Földrengések mérése

Skálák története

A földrengések mérését már az ókori görögök megkísérelték. A legrégebbi erősségi skálát 1564-ben Jacopo Gastaldi piemonti térképrajzoló dolgozta ki, mégpedig a Nizza környéki, 1594-es nagy földrengés mérésére. A XVII—XVIII. századi skálák általában négy fokozatúak voltak, a XIX. században már inkább tíz fokozatban írták le a rengések pusztító erejét. A magyarok közül elsőként Kitaibel és Tomcsányi szerkesztett izoszeizta térképet 1810-ben.

A ma használt földrengés-skálák egyik előképe a Rossi és Forel által 1883-ban alkotott 10 fokozatú beosztás, és Mercalli (ugyancsak 10 fokú) skálája, ami 1897-ben született. Ez utóbbit 1904-ben 12 fokúra egészítette ki Cancani, aki a pusztító rengések hatásainak leírásán kívül a talajmozgás gyorsulási maximum-értékeit is a fokokhoz kapcsolta. Ezután Sieberg a hatások elemzésével és az épületek sérüléseinek leírásával tovább tökéletesítette ugyanezt a beosztást, amit végül 1917-ben nemzetközi mérceként fogadtak el, és azóta is világszerte használják, teljes nevén Mercalli-Cancani-Sieberg skálának hívják. A szakértők a Mercalli-skála tovább korszerűsített, 1964-es skáláját, az MSK '64-et alkalmazzák.

A japánok - akiket országuk elhelyezkedése, geológiai adottságai miatt igen gyakran sújt földrengés - 1900-ban saját beosztást készítettek: a hét fokozatú Omori-skálát, bár később ezt is átdolgozták; hat fokúra mérsékelték. Az Omori-skála alkalmas a különösen pusztító földrengések feldolgozására, mérésére. Első fokozata az "észlelhető", de kárt nem okozó rengés, hatodik a "pusztító rengés" kifejezésére szolgál.

Míg a Mercalli-féle beosztás és a korábbi mércék mind a földrengések által okozott környezeti hatások és a károk alapján osztályoztak, addig a Richter-skála egészen másfajta megközelítést hozott. 1935-ben C. Richter amerikai szeizmológus bevezette a műszeres feljegyzések alapján leírható méret és a magnitúdó fogalmát, s a földrengéskor felszabaduló energia alapján megalkotta saját skáláját. A rengések közben felvett szeizmogrammal határozható meg a Richter-skála szerinti földrengés-erősség. Eszerint az eddigi legnagyobb földrengés 8,9-es volt, ami körülbelül 1018 Joule-nak felel meg. Ennél erősebb földrengés nem lehetséges, mert a Richter-féle 8,9 foknál nagyobb energiát a földkéreg nem képes felhalmozni. (A Hirosimára ledobott atombomba mintegy 6x1013 Joule energiájú volt. Tehát a legnagyobb földrengésben 16667-szer akkora energia szabadult fel, mint a Hirosimai atombomba robbanásakor.)

Intenzitás-skálák

A rengések hatása a Föld felszínén okozott jelenségek, elváltozások mértéke alapján is becsülhető. Ezen alapulnak az intenzitás-skálák. E hatások a mélyben felszabadult kinetikus (össz-)energián kívül függnek:

  • a hipocentrum mélységétől,
  • a hely (létesítmény) és az epicentrum távolságától,
  • az energia döntő részét hordozó hullámok frekvenciájától,
  • a kérdéses hely altalajától (ha laza, adott térfogaton belül nagyobb impulzus nyelődik el), annak geológiai szerkezetétől, a talajviszonyoktól,
  • a lökések irányától, végül "létesítmény-oldalról" a létesítmény állapotától, szerkezetétől és anyagától.

Mi az intenzitás és magnitúdó közötti különbség?

A földrengések erőssége
Intenzitás
(Mercalli-
C.-S.-skála
)
Magnitúdó
(Richter-
skála
)
Ismertetőjelek
I0,4Észrevehetetlen
II1,5Alig észrevehető
III2,5Néhány ember észleli
IV3,5A legtöbb ember észleli
V4,4Felébreszt
VI5,2Megriaszt, kevés kár
VII6,0Kisebb épületkárok
VIII6,7Néhány ház összedől
IX7,4Általános épületkárok
X8,0Házak általában összedőlnek
XI8,5Katasztrófa
XII8,9A táj megváltozik

Forrás: [Nagy világatlasz]

Az intenzitás a földrengésnek egy adott helyen az emberekre, illetve az emberi építményekre gyakorolt hatásának mértéke, míg a magnitúdó értékét a rengés során felszabaduló energia nagysága szabja meg. Az intenzitást legújabban a 12 fokozatú EMS (Európai Makroszeizmikus Skála) skálán szokás megadni. Ez a régebben használt Mercalli-skála, illetve MSK-skála pontosított változata. Az épületek sérülésére az V-nél nagyobb fokozatú intenzitásértékek esetében lehet számítani. A magnitúdó mérésére a Richter-skála szolgál. Ennek elméletileg alsó és felső határa nincsen, azonban a gyakorlatban nyilván létezik egy határérték, melynél nagyobb földrengés nem fordulhat elő. Az ismert legnagyobb földrengések magnitúdója M=9 körüli, míg egy asztalról leeső tégla által keltett földmozgás magnitúdója kb. M=-2. (A magnitúdó skála logaritmikus, a magnitúdó értéke negatív is lehet!) Ha egy rengés magnitúdója egy egységgel nagyobb a másikénál, akkor az 30-szor nagyobb energiát jelent.


Charles F. Richter-féle skála

A Richter-skála a földrengések méretét, ún. magnitúdóját határozza meg. A fogalmat az amerikai Charles F. Richter 1935-ben vezette be. A skála 0 és 9 közötti számokkal írja le a rengés erejét. A skála tovább is folytatódik, de mióta az 1930-as években használni kezdték, szerencsére még nem fordult elő 8,9-nél erősebb rengés. A földrengés magnitúdóját megkapjuk, ha a földrengés epicentrumától 100 km-re lévő szabvány szeizmográfon felvett szeizmogramban megmérjük a műszer által jelzett legnagyobb kitérést mikronban (10-6 m), s annak tízes alapú logaritmusát vesszük.

Matematikai okfejtés

Egy 4-es magnitúdójú rengés tehát 1 cm-es kitéréseket eredményez az előbb említett szabvány szeizmográfon, míg a 3-as magnitúdójú rengés esetében a kitérés 1 mm. Ezek alapján kiszámítható, hogy a vizsgált kitérés egy feles magnitúdó esetén az alatta lévő egész magnitúdó gyök(10)-szerese, azaz durván 3,2-szeres. Mivel a rezgések magnitúdója közelítőleg egyenesen arányos a rengésben felszabaduló energia tízes alapú logaritmusával, a feles rengésekben durván 3,2-szer annyi energia szabadul fel, mint a Richter-skálán alattuk lévő legközelebbi egész magnitúdójú rengésben. A 8,0 magnitúdós földrengés során egymilliószor akkora energia szabadul fel, mint a 2,0-s erősségűnél.

Ezek után lássuk az egyes magnitúdókhoz tartozó észlelhető hatásokat:

Csak műszerrel észrevehető rengések

1-2 magnitúdó
A rengés csak szeizmográffal vagy más műszerrel érzékelhető.
Évente több mint 500000 ilyen gyenge földrengés következik be.

Feltűnő rengések

3-4 magnitúdó
A földrengés alig érezhető. A csillárok lengenek, kisebb károk előfordulhatnak.
Az ilyen rengések száma évente 10000 és 100000 között van.

Rongáló rengések

5-6 magnitúdó
A földrengés erősen érezhető. A tárgyak leesnek a polcról, a falak megrepednek.
Évente 20 és 200 között lehet az ilyen erős rengések száma.

Romboló rengések

7-8 magnitúdó
A rengés nagyon súlyos károkat okoz. A házak és a hidak összeomlanak. Az utak deformálódnak.
Évente legalább 10 ekkora erejű rengésre kell számítanunk.

Mercalli-Cancani-Sieberg-féle (MCS) skála

Európában a Mercalli-Cancani-Sieberg-féle 12 fokozatú skála terjedt el. Az egyes fokozatokhoz a jelenségek (a 6. foktól kezdődően az épületekre gyakorolt hatások) leírásán kívül mms-2-ben megadott, mérhető gyorsulás-intervallumok tartoznak.

Aki az ilyen fajta elvont matematikai számításoktól irtózik, annak rendelkezésére áll a földrengések külső hatása alapján felállított Mercalli-Cancani-Sieberg-skála, melynek a következő fokozatai vannak:

  • Nem érzékelhető. Csak műszerekkel érzékelhető.
  • Nagyon gyenge. Csak egyesek észlelik a házon belül, főképp az emeleteken.
  • Gyenge. A házon belül lévőknek kisebb része észleli. Legtöbbször továbbhaladó jármű hatásához hasonló.
  • Mérsékelt. Nappal házon belül sokan, házon kívül kevesen érzékelik. Éjszaka egyesek felébrednek rá. A tányérok, ajtók, ablakok megzörrennek. A falak recsegnek. A nehezebb autók épületrázásához hasonló a hatásuk. Az álló autókat meghimbálja.
  • Elég erős. Csaknem mindenki észreveszi. Sokan felébrednek. Az ablakok betörnek. Egyes tárgyak felborulnak, a függő tárgyak lengésbe jönnek. Az ingaóra megállhat. A fák lengésbe jöhetnek.
  • Erős. Mindenki észreveszi. Sokan megijednek s a lakásból kiszaladnak. Egyik-másik nehéz bútor elcsúszik a helyéről. Néhány kémény ledőlhet.
  • Nagyon erős. Mindenki ijedtében kiszalad a házból. A jól megépített épületekben kevés, a kevésbé jól megépített házakban komolyabb károk keletkeznek. Sok kémény lehull. Az autóvezetők vezetés közben észreveszik.
  • Eléggé romboló. A házaknak mintegy negyedrésze súlyos kárt szenved. Egyesek összeomlanak, sok lakhatatlanná válik. A lakóházak kéményei beomlanak, gyárkémények összedőlnek, emlékművek, szobrok leomlanak, elmozdulnak. A nedves földből iszapos víz nyomódik ki. Az autóvezetést nagymértékben akadályozza.
  • Romboló. A lakóházak fele súlyosan megsérül. Viszonylag sok összeomlik, a legtöbb lakhatatlanná válik. A földben repedések keletkeznek, az elásott távvezetékek elszakadnak.
  • Erősen romboló. Az épületek ¾ részében súlyos sérülések keletkeznek. A legtöbb összeomlik. A jól megépített házak is súlyos sérüléseket szenvednek. Tekintélyes földcsuszamlások lépnek fel, a földben hatalmas repedések keletkeznek.
  • Katasztrofális. Minden kőépület összeomlik, a hidak leszakadnak, a távvezetékek használhatatlanná válnak, a sínek meggörbülnek.
  • Teljesen katasztrofális. Minden emberi létesítmény tönkremegy. A rengéshullámok a felszínen is láthatók lesznek, egyes tárgyak a földről a levegőbe dobódnak fel.

Medvegyev-Sponhauer-Karnik (MSK) skála

A volt szocialista országokban többnyire az MSK-64 skálát fogadták el. Az egyes fokozatok - amelyek száma szintén 12 - jellemzése kiterjed a természeti jelenségekre, az építményekre, az emberek érzeteire és környezetére. A Magyarországon eddig kipattant legerősebb rengés 8-9-es fokozatú volt.

Európai Makroszeizmikus Skála (EMS)

    Szerkesztő:
  • G. Grünthal, Chairman of the ESC Working Group, GeoForschungsZentrum Potsdam, Germany


  • Segédszerkesztők:
  • R.M.W. Musson, British Geological Survey, Edinburgh, Great Britain
  • J. Schwarz, Bauhaus University Weimar, Germany
  • M. Stucchi, Istituto di Ricerca sul Rischio Sismico, C.N.R, Milan, Italy

Elsősorban a nagyobb tömegátrendeződések során felhalmozott feszültségek (hegyek és dombok emelkednek, medencék süllyednek) hirtelen kioldódása okoz rengéseket. Sok előzetes tapasztalat alapján dolgozta ki az Európai Szeizmológiai Bizottság Munkacsoportja az Európai Makroszeizmikus Skálát (EMS), melynek az első változatát 1992-ben készítették el, 1998-ban módosították Luxemburgban és azóta azt használják az európai országokban.
A skálázás az intenzitás (erősség) 12 fokozatát használja a bekövetkezett jelenségre jellemző hatás alapján:

IntenzitásRövid jellemzésJellemző hatás
INem érezhető Nem érezhető, még a legkedvezőbb körülmények között sem.
IIAlig érezhető A rezgést csak egy-egy, elsősorban fekvő ember érzi, különösen magas épületek felsőbb emeletein.
IIIGyenge A rezgés gyenge, néhány ember érzi, főleg épületen belül. A fekvő emberek lengést vagy gyenge remegést éreznek.
IVSzéles körben érezhető A rengést épületen belül sokan érzik, a szabadban kevesen. Néhány ember felébred. A rezgés mértéke nem ijesztő. Ablakok, ajtók, edények megcsörrennek, felfüggesztett tárgyak lengenek.
VErős A rengést épületen belül a legtöbben érzik, a szabadban csak néhányan. Sok alvó ember felébred, néhányan a szabadba menekülnek. Az egész épület remeg, a felfüggesztett tárgyak nagyon lengenek. Tányérok, poharak összekoccannak. A rezgés erős. Felül nehéz tárgyak felborulnak. Ajtók, ablakok kinyílnak vagy bezáródnak.
VIKisebb károkat okozó Épületen belül szinte mindenki, szabadban sokan érzik. Épületben tartózkodók közül sokan megijednek, és a szabadba menekülnek. Kisebb tárgyak leesnek. Hagyományos épületek közül sokban keletkezik kisebb kár, hajszálrepedés a vakolatban, kisebb vakolatdarabok lehullanak.
VIIKárokat okozó A legtöbb ember megrémül, és a szabadba menekül. Bútorok elmozdulnak, a polcokról sok tárgy leesik. Sok hagyományos épület szenved mérsékelt sérülést: kisebb repedések keletkeznek a falakban, kémények ledőlnek.
VIIISúlyos károkat okozó Bútorok felborulnak. Sok hagyományos épület megsérül: kémények ledőlnek, a falakban nagy repedések keletkeznek, néhány épület részlegesen összedől.
IXPusztító Oszlopok, műemlékek ledőlnek vagy elferdülnek. Sok hagyományos épület részlegesen, néhány teljesen rombadől.
XNagyon pusztító Sok hagyományos épület összedől.
XIElsöprő A legtöbb épület összedől.
XIITeljesen elsöprő Gyakorlatilag minden építmény megsemmisül.