Измерение силы и воздействий землетрясений

Отредактировано 22.10.2022

Для оценки и сравнения землетрясений используются шкала магнитуд (например, шкала Рихтера) и различные шкалы интенсивности.

Шкала магнитуд

Магнитуда землетрясений - условная логарифмическая величина (т.е. она рассчитывается по формулам), определенная по инструментальным наблюдениям сейсмическими станциями и характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясениями или взрывами. Магнитуда позволяет сравнивать источники колебаний по их энергии.

Первоначальная шкала магнитуд была предложена Чарльзом Рихтером в 1935, поэтому в обиходе значение магнитуды ошибочно называют шкалой Рихтера.

Существует несколько магнитуд и соответственно магнитудных шкал:

• локальная магнитуда (Ml)
• магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms)
• магнитуда, определяемая по объемным волнам (Mb)
• моментная магнитуда (Mw)

Наиболее популярной шкалой для оценки энергии землетрясений долгое время была локальная шкала магнитуд Рихтера. Эта шкала содержит условные единицы (от 1 до 9,5, где "9,5" — максимальная зарегистрированная на сегодняшний день магнитуда, хотя теоретически она может быть и выше) и возрастанию магнитуды на единицу соответствует 32-кратное увеличение освобождённой сейсмической энергии. Землетрясение с магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как магнитуда 7 отвечает нижней границе разрушительных землетрясений, охватывающих большие территории.

С 2002 года Геологическая служба США использует моментную магнитуду для сильных землетрясений. Если в 1970-х - 1980-х годах сильнейшими землетрясениями в истории считались землетрясение у берегов Эквадора (1906) и землетрясение Санрику (1933) с Ml=8,9 у обоих, то с начала 21 века таковым считается Великое Чилийское землетрясение с Mw=9,5, тогда как его Ml=8,4-8,5.


Интенсивность землетрясений не может быть оценена магнитудой и оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах. Для этого используют шкалы интенсивности землетрясений.

Шкала интенсивности землетрясений

Интенсивность является качественной характеристикой землетрясения и указывает на характер и масштаб воздействия землетрясения на поверхность земли, на людей, животных, а также на естественные и искусственные сооружения в районе землетрясения.

В мире используется несколько шкал интенсивности:

• в России — шкала Медведева — Шпонхойера — Карника
• в Европейском союзе — европейская макросейсмическая шкала (EMS)
• в Японии — шкала Японского метеорологического агентства (Shindo)
• в США — модифицированная шкала Меркалли (MM)

Шкала интенсивности землетясений Медведева — Шпонхойера — Карника

12-балльная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника была опубликована в 1964 году Сергеем Васильевичем Медведевым из СССР, Вильгельмом Шпонхойером (Wilhelm Sponheuer) из ГДР и Витом Карником (Vít Kárník) из Чехословакии и получила широкое распространение в Европе и СССР.
MSK-64 лежит в основе СНиП II-7-81 "Строительство в сейсмических районах" и продолжает использоваться в России и странах СНГ. В Казахстане в настоящее время используется СНиП РК 2.03-30-2006 "Строительство в сейсмических районах".

Балл. Сила землетрясения	Краткая характеристика
I. Не ощущается	Не ощущается. Отмечается только сейсмическими приборами.
II. Очень слабые толчки	Отмечается сейсмическими приборами. Ощущается только отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя в верхних этажах зданий, и очень чуткими домашними животными.
III. Слабое	Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение от грузовика.
IV. Интенсивное	Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен. Внутри здания сотрясение ощущает большинство людей.
V. Довольно сильное	Под открытым небом ощущается многими, внутри домов — всеми. Общее сотрясение здания, колебание мебели. Маятники часов останавливаются. Трещины в оконных стёклах и штукатурке. Пробуждение спящих. Ощущается людьми и вне зданий, качаются тонкие ветки деревьев. Хлопают двери.
VI. Сильное	Ощущается всеми. Многие в испуге выбегают на улицу. Картины падают со стен. Отдельные куски штукатурки откалываются.
VII. Очень сильное	Повреждения (трещины) в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные и плетневые постройки остаются невредимыми.
VIII. Разрушительное	Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно повреждаются. Падают фабричные трубы.
IX. Опустошительное	Сильное повреждение и разрушение каменных домов. Старые деревянные дома кривятся.
X. Уничтожающее	Трещины в земной коре иногда до метра шириной. Оползни и обвалы со склонов. Разрушение каменных построек. Искривление железнодорожных рельсов.
XI. Катастрофа	Широкие трещины в поверхностных слоях земли. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома почти полностью разрушаются. Сильное искривление и выпучивание железнодорожных рельсов, разрушаются мосты.
XII. Сильная катастрофа	Изменения в земной коре достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения рек. Изменяется рельеф. Ни одно сооружение не выдерживает.

Европейская макросейсмическая шкала интенсивности землетрясений (EMS)

Это основная шкала для оценки сейсмической интенсивности в европейских странах, также используется в ряде стран за пределами Европы. Была принята в 1998 году как обновление тестовой версии 1992 года и носит название EMS-98.

История EMS началась в 1988 году, когда Европейская сейсмологическая комиссия (ЕСК) решила пересмотреть и обновить шкалу Медведева — Шпонхойера — Карника (MSK-64), которая использовалась в своей основной форме в Европе почти четверть века. После более чем пяти лет интенсивных исследований и разработок и четырехлетнего периода тестирования новая шкала была официально выпущена. В 1996 году на XXV Генеральной Ассамблее ЕСК в Рейкьявике была принята резолюция, рекомендующая принять новую шкалу в странах-членах Европейской сейсмологической комиссии.

Европейская макросейсмическая шкала EMS-98 является первой шкалой интенсивности землетрясения, направленной на поощрение сотрудничества между инженерами и сейсмологами, а не для использования сейсмологами в одиночку. Она поставляется с подробным руководством, которое включает в себя принципы, иллюстрации и примеры применения.

В отличие от магнитуды землетрясения, выражающей количество сейсмической энергии, выделившейся в результате землетрясения, EMS-98 определяет, насколько сильно воздействует землетрясение на определенное место. EMS-98 является 12-балльной шкалой.

Балл. Сила землетрясения	Краткая характеристика
I. Неощутимое	Не ощущается. Отмечается только сейсмическими приборами.
II. Едва ощутимое	Ощущается только отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя в верхних этажах зданий, и очень чуткими домашними животными. Отмечается сейсмическими приборами.
III. Слабое	Ощущается в помещениях некоторыми людьми. Находящиеся в покое в помещении люди ощущают раскачивание или легкое дрожание.
IV. Широко наблюдаемое	Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен. Внутри здания сотрясение ощущает большинство людей.
V. Сильное	Большинство ощущает землетрясение внутри здания, снаружи ощущается только некоторыми. Многие спящие просыпаются. Некоторые выбегают на улицу. Строения испытывают легкое сотрясение по всей поверхности. Подвешенные предметы значительно качаются. Стеклянные и фарфоровые изделия стучат друг о друга. Вибрации сильные. Объекты с высоко расположенным центром тяжести падают. Двери и окна открываются и закрываются.
VI. Легкие повреждения	Подавляющее большинство людей ощущает землетрясение внутри здания. Люди напуганы и выбегают прочь из здания. Маленькие предметы падают. Лёгкие повреждения у большинства обычных зданий; например, тонкие трещины в штукатурке, небольшие куски откалываются.
VII. Повреждения	Подавляющее большинство людей напуганы и выбегают из здания. Мебель сдвигается, большинство предметов падает с полок. Многие здания умеренно повреждены: небольшие трещины в стенах; часть дымовых труб обрушивается.
VIII. Тяжелые повреждения	Перевёрнутая мебель. Большинству зданий причинён значительный ущерб: дымовые трубы падают; большие трещины в стенах; некоторые здания могут частично разрушиться.
IX. Разрушительное	Памятники и колонны падают. Многие здания частично разрушены, некоторые - полностью.
X. Очень разрушительное	Большинство зданий полностью разрушены.
XI. Опустошительное	Практически все здания полностью разрушены.
XII. Полностью уничтожающее	Практически все наземные и подземные структуры очень сильно повреждены или разрушены.

Шкала интенсивности Японского метеорологического агентства

Это шкала считается 7-балльной, но фактически содержит 10 уровней (от 0 до 4, 5 "минус", 5 "плюс", 6 "минус", 6 "плюс" и 7).

Интенсивность землетрясения 0 - незаметно для людей, пиковое (максимальное) ускорение грунта 0,008 м/сек².

Интенсивность землетрясения 1 - ощущается только некоторыми людьми в помещении, пиковое ускорение толчков 0,008–0,025 м/сек².

Интенсивность землетрясения 2 - толчки ощущают большинство людей в зданиях. Некоторые люди просыпаются. Висячие предметы немного раскачиваются, например лампы. Колебания грунта имеют ускорнения 0,025-0,08 м/сек².

Интенсивность землетрясения 3 - некоторые люди пугаются. Посуда в шкафах иногда постукивает. Немного раскачиваются электрические провода. Ускорение поверхности земли 0,08-0,25 м/сек².

Интенсивность землетрясения 4 - многие люди испытывают испуг. Некоторые люди пытаются уйти от опасности. Большинство спящих людей просыпается. Подвесные вещи качаются, посуда в шкафу гремит. Нестабильные мелкие вещи иногда падают. Электропровода качаются, люди на улице и некоторые в автомобиле ощущают вибрацию. Ускорение поверхности земли 0,25-0,80 м/сек².


Интенсивность землетрясения 5-минус (5-lower, 5弱) - большинство людей пытаются спастись от опасности. Некоторым людям обнаруживают, что трудно передвигаться. Подвешенные предметы сильно раскачиваются. Наиболее неустойчивые вещи падают. Иногда посуда в шкафу и книги на полке падают, мебель смещается. Люди замечают качание столбов. Иногда, разбиваются и падают стекла. Неармированные бетонные блоки стен трескаются, дороги получают повреждения. Иногда повреждаются стены и колонны слабо-сейсмоустойчивых домов. Устройства безопасности отключают газоснабжение в некоторых домах. В редких случаях повреждаются водопроводные трубы, отключается водоснабжение. Могут быть локальные отключения электроичества. Иногда появляются трещины в мягких грунтах и происходят камнепады в горных районах. 0,80-1,40 м/сек².

Интенсивность землетрясения 5-плюс (5-upper, 5強) - многие люди значительно пугаются и с трудом передвигаются. Большинство посуды и книг падают с полок. Иногда падает тяжелая мебель, раздвижные двери выскальзывают из направляющих, а деформация дверных косяков заклинивает входные двери. Во многих случаях неармированные бетонные блоки сооружений разрушаются. Многие автомобили останавливаются из-за трудности управления. Иногда падают плохо установленные торговые автоматы. Иногда малосейсмостойкие дома (less earthquake-resistant houses) получают серьезные повреждения стен, колонн; наклоняются. Иногда образуются большие трещины в стенах, балках зданий. В стенах даже весьма сейсмостойких зданий возможны трещины в стенах. Иногда повреждаются газопроводные и водопроводные трубы. Отключения газа и водоснабжения происходят в целых районах. Иногда появляются трещины в мягком грунте, случаются камнепады на склонах в горах. 1,40-2,50 м/сек².


Интенсивность землетрясения 6-минус (6-lower, 6弱)
Трудно устоять на ногах. Много тяжелой и незакреплённой мебели перемещается и падает. Во многих случаях невозможно открыть двери. В некоторых зданиях падает настенная плитка и стекла. Иногда слабо сейсмостойкие дома разрушаются. Повреждаются стены и колонны даже весьма сейсмостойких домов - в стенах, колоннах и балках образуются большие трещины. Повреждаются газопроводы и водопровод. В некоторых регионах происходят отключение электроснабжения. Иногда появляются трещины в земле, происходят оползни. 2,50-3,15 м/сек².

Интенсивность землетрясения 6-плюс (6-upper, 6強)
Невозможно устоять на ногах, передвижение возможно ползком. Перемещается и падает большинство тяжелой и незафиксированной мебели. Во многих зданиях падает облицовочная настенная плитки и стекла. Большинство неармированных бетонных блоков стен разрушается. Разрушаются многие несейсмостойкие дома. В некоторых случаях стены и колонны весьма сейсмостойких домов сильно повреждены. В некоторых случаях, получают ущерб стены и колонны даже весьма сейсмостойких зданий. Иногда повреждены магистральные газопроводов и водоводы. Электроснабжение прерывается в некоторых регионах. Иногда газоснабжение и водоснабжение прекращается на большой площади. Иногда появляются трещины в земле и происходят оползни. 3,15-4,00 м/сек².


Интенсивность землетрясения 7
Броски и тряска делают невозможным передвижение по своему желанию. Большинство мебели перемещается и подпрыгивает. В большинстве зданий разрушается облицовочная плитка и стёкла. В некоторых случаях разрушаются железобетонные стены. Иногда даже очень сейсмостойкие здания получают серьезные повреждения и наклоняются. Снабжение газом и электричеством прекращается на в больших областях. Земля значительно деформированна большими трещинами и щелями, происходят оползни. Иногда происходит изменение рельефа. Ускорение подземных толчков больше 4 м/сек

Модифицированная шкала интенсивности землетрясений Меркалли 

Применяется для определения интенсивности землетрясения по внешним признакам, на основе данных о разрушениях. Может быть применена в том случае, когда отсутствуют прямые данные об интенсивности подземных толчков, например, из-за отсутствия соответствующего оборудования. В шкале Меркалли для определения степени интенсивности землетрясения используются римские цифры.

Шкала названа по имени Джузеппе Меркалли, который заложил основы её использования в 1883 и 1902 годах. Позднее Чарльзом Рихтером в шкалу были внесены изменения, после чего её стали называть модифицированной шкалой Меркалли (MM). Сейчас шкала Меркалли используется в основном в США.

l.	Не ощущается людьми.
II.	Ощущается в спокойной обстановке на верхних этажах зданий.
III.	Ощущается в помещениях; кажется, будто под окнами проезжает лёгкий грузовик. Качаются висячие предметы.
IV.	Кажется, будто проезжает тяжёлый грузовик; звенят оконные стёкла, посуда, скрипят двери.
V.	Ощущается на улице; просыпаются люди, выплескивается жидкость из посуды.
VI.	Ощущается всеми; испуганные люди выбегают на улицу; трескаются штукатурка и кирпичная кладка; сдвигается и переворачивается мебель; лопаются оконные стекла.
VII.	Трудно стоять на ногах; ощущается водителями движущихся автомобилей; осыпается штукатурка, падают кирпичи, керамическая плитка и т.д.; звенят большие колокола; на поверхности водоёмов возникают волны.
VIII.	Трудно вести автомобиль; падает штукатурка, рушатся некоторые кирпичные стены, дымовые трубы, башни, памятники; обламываются ветки деревьев; в сыром грунте образуются трещины.
IX.	Общая паника; лопаются каркасы строений и подземные трубы; образуются значительные трещины в грунте и песчаные воронки.
X.	Рушатся большинство кирпичных кладок каркасных сооружений и фундаментов; серьезные повреждения плотин и насыпей; рушатся мосты; мощные оползни.
XI.	Серьёзная деформация железнодорожных путей; полностью выходят из строя подземные трубопроводы.
XII.	Практически полное разрушение; нарушение линии горизонта; взлетают в воздух отдельные предметы.