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里氏震級是由兩位來自美國加州理工學院的地震學家里克特(Charles Francis Richter)和古登堡(Beno Gutenberg)於1935年提出的一種震級標度,是目前國際通用的地震震級標準。它是根據離震中一定距離所觀測到的地震波幅度和周期,並且考慮從震源到觀測點的地震波衰減,經過一定公式,計算出來的震源處地震的大小。

1簡介

里氏震級

  里氏震級

為了使結果不為負數,里克特定義在距離震中100千米處之觀測點地震儀記錄到的最大水平位移為1微米(這也是伍德-安德森扭力式地震儀的最大精度)的地震作為0級地震。按照這個定義,如果距震中100千米處的伍德-安德森扭力式地震儀測得的地震波振幅為1毫米(10^3微米)的話,則震級為里氏3級。里氏震級並沒有規定上限或下限。現代精密的地震儀經常記錄到規模為負數的地震。
由於當初設計里氏震級時所使用的伍德-安德森扭力式地震儀的限制,近震規模ML 若大於約6.8或觀測點距離震中超過約600千米便不適用。後來研究人員提議了一些改進,其中面波震級(MS)和體波震級(Mb)最為常用。

2發展歷史

里氏震級由美國的查里斯里克特於1935年提出。不過,像許多科學領域中發生的情況一樣,在通用的標準出世之前,關於地震等級,也有許多人提出不同的方案。1883年,歐洲的兩位科學家提出了以10度為衡量的刻度;1902年,義大利的火山學家麥卡利以人對地震的感覺,劃分了12級強度。
查里斯·里克特1900年出生於美國的俄亥俄州的一個農場主家庭。在斯坦
查里斯·里克特

  查里斯·里克特

福大學念書時,里克特學習了物理學領域中的地震學。畢業后,里克特成為加州技術學院地震實驗室的一名工作人員。在20世紀30年代,里克特列表對比了一年中200次地震的特徵,他試圖探索出一種客觀的、定量的地震等級標準。里克特於1935年提出的一種震級標準,它是根據離地震中心一定距離所觀測到的地震波的幅度和周期,並且考慮從震源到觀測點的地震波衰減,經過計算,得出震源處地震的大小。里克特的震級,本質上反映了地震釋放的能量大小。里氏震級每增加1個單位,相對應的地震能量大約增加32倍。目前世界上已測得的最大震級為里氏8.9級(后修正為9.5級),是在1960年智利發生的大地震。
里氏震級首先應用在美國加州的南部,當里克特將自己的成果應用到世界各地時,發現自己的計算方法有一定的局限,不能準確地反映地震的大小。於是他又在原來震級的基礎上,發展了兩種震級,一種是用地震體波計算震級,以測量地殼深處的地震。另一種用地震的表面波計算震級,來測量更遙遠且更強烈的地震。
一般來說,里氏震級小於2的地震,以人類的感覺系統,是無法感知的,這樣的地震被稱為無感地震。5級以上的地震,會造成人員傷亡和建築物損壞,被稱作破壞性地震。從全世界範圍看,幾乎天天都會發生規模為6級的地震,一兩個星期發生一次7級地震,8級地震則要
里氏震級

  里氏震級

幾年發生一次。之所以我們的電視中,不會每天充斥著地震報道的原因,是因為很多地震發生在人跡罕至的沙漠、群山、冰原和深海中,由於事不關己,所以人們也就沒有興趣報道。
在20世紀60年代,里克特成為美國最負盛名的地震學權威。由於他很善於與新聞媒體打交道,並頻頻在媒體上拋頭露面,熱心回答公眾提出的有關地震的問題,因此以他名字命名的里氏震級這一術語,很快成了衡量地震大小的人人皆知的術語。里克特使地震知識進入了千家萬戶,公眾關注也成就了里克特的學術地位和名氣。

3計數公式

里氏震級的計算公式:
M_L = log (A_max / A_0) [下劃線代表腳標]
其中A_0是距震中100公里處接收到的0級地震的地震波的最大振幅,單位是μm;A_max 是指我們關注的這個地震在距震中100公里出接收到的地震波的最大震幅,單位是μm
地震的級數就是當地震發生時,以地震波的形式放出的能量的指示參數
E=10^4.8×10^(1.5M)焦耳
其中M為地震級數前國際上使用的地震震級——里克特級數,是由美國地震學家裡克特所制定,它直接同震源中心釋放的能量(熱能和動能)大小有關,震源放出的能量越大,震級就越大。里克特級數每增加一級,即表示所釋放的熱能量大了10√10倍。假定第1級地震所釋放的能量為k,第2級應為10√10k,第3級應為1000k,依此類推,第7級為10億k。
可見當級數增長時,釋放的能量差別巨大。

4級數劃分

震級
人的感覺
對建築物的影響
其他現象
頻率
無感


約每天8,000次
室內個別靜止的人有感


約每天1,000次
室內個別靜止的人有感
門、窗輕微作響
懸挂物微動
每年49,000次
室內多數人有感,室外少數人有感,少數人驚醒
門、窗作響
懸挂物明顯擺動,器皿作響
每年6,200次
室內人普遍有感,室外多數人有感,多數人驚醒
門窗、屋頂、屋架顫動,灰土掉落,抹灰出現細微裂縫
不穩的器物翻到
每年800次
部分人驚慌失措,倉皇出逃
發生損壞,個別磚瓦掉落,牆體微細裂縫
河岸和鬆散土上出現裂縫,飽和砂層出現噴砂並冒水
每年120次
大多數人倉皇出逃
局部破壞、開裂,但並不妨礙使用
河岸出現塌方、噴砂、冒水現象,鬆軟土裂縫較多
每年18次
搖晃顛簸,行走困難
結構受損,需要修理
干硬土上有裂縫
每年1次
坐立不穩,行走的人可能摔跤
牆體龜裂,局部倒塌,修復困難
多處出現裂縫,滑坡塌方常見
20年1次
騎自行車的人會摔跤,處不穩狀態的人會摔出幾米遠,有拋起感
大部倒塌,不堪修復
山崩地裂出現,拱橋破壞
十一

毀滅
地震斷裂延續很長,山崩常見,拱橋毀壞
十二


地面劇烈變化,山河改觀

5缺點和改進

里氏震級的主要缺陷在於它與震源的物理特性沒有直接的聯繫,並且由於「地震強度頻譜的比例定律」(The Scaling Law of Earthquake Spectra)的限制,在8.3-8.5左右會產生飽和效應,使得一些強度明顯不同的地震在用傳統方法計算后得出里氏震級(如(MS)數值卻一樣。到了21世紀初,地震學者普遍認為這些傳統的震級表示方法已經過時,轉而採用一種物理含義更為豐富,更能直接反應地震過程物理實質的表示方法即矩震級(Moment magnitude scale,MW)。地震矩規模是由同屬加州理工學院的金森博雄(Hiroo Kanamori)教授於1977年提出的。該標度能更好的描述地震的物理特性,如地層錯動的大小和地震的能量等。

6震級與能量

改進后的里氏震級直接反映地震釋放的能量。其中0級地震釋放的能量為2.0×10^6焦耳,按幾何級數遞加,每級相差31.6倍(準確地說是根下1000倍,即差兩級能量差1000倍)。
目前世界上已測得的最大震級為1960年智利大地震,里氏8.9級(后修訂為里氏9.5級)。另外引發2004年印度洋海嘯的地震美國一監測機構稱里氏震級為9.0級。2010年2月27日智利第二大城市發生8.8級地震,美國發布海嘯警報
2008年汶川里氏8.0級大地震,其釋放的能量約為6.3*10^16焦耳,相當於1500萬噸TNT炸藥或750個廣島原子彈的能量。
且有:ρρ
M為里氏震級的大小,E為釋放的能量,單位為焦耳。
下表列出的是不同級別的地震釋放的能量相當於的TNT當量:(注意,此表中TNT當量與實例嚴重不符,其正確性有待考證)
里氏震級
大致相應的TNT當量
實例
0.5
84.5公克
手榴彈爆炸
1
475公克
建築爆破
1.5
2.67 公斤
二戰期間常規炸彈
2
15.0 公斤
二戰期間常規炸彈
2.5
84.5 公斤
二戰期間的"Cookie" 巨型炸彈
3
475 公斤
2003年大型燃料空氣炸彈(MOAB)
3.5
2.67 公噸
1986年前蘇聯切爾諾貝利核事故
4
15.0 公噸
小型原子彈
4.5
84.5公噸
常見的龍捲風
5
475 公噸

5.5
2.67×10^3公噸
1992年美國內華達州Little Skull Mtn.地震
6
15.0×10^3公噸
1994年美國內華達州Double Spring Flat地震,日本廣島投放的原子彈
6.5
84.5×10^3公噸
1994年Northridge地震
7
475×10^3公噸
2013年4月20日中國四川省雅安市蘆山縣7級地震
7.5
2.67×10^6公噸
1992年美國加利福尼亞Landers地震
1999年台灣921集集大地震
8
15.0×10^6公噸
1976年中國唐山大地震
2008年中國汶川大地震
8.5
84.5×10^6公噸
1950年印度阿薩姆與中國察隅交界處1950年墨脫大地震
8.8
238×10^6公噸
2010年智利大地震
9
475×10^6公噸
1964年美國阿拉斯加安克雷奇耶穌受難日地震(地震發生后引發海嘯,造成阿拉斯加部份地區受到海嘯襲擊狀況嚴重)
2004年印度洋大地震(地震發生后引發海嘯,即2004年南亞大海嘯)
2011年3月11日東日本大地震(地震發生后引發海嘯,造成日本本州東北三縣受災慘重)
9.5
2.67×10^9公噸
1960年智利大地震(地震發生后引發海嘯,絕大多數太平洋沿岸地區受到海嘯衝擊)觀測史上記錄到規模最大的地震
10
15.0×10^9公噸
約相當於一個直徑約為3公里的隕石以秒速25公里撞擊地球時所產生的地震。

7震級與烈度

地震震級與地震烈度是不同的概念。
地震烈度是指某一地區地面和各類建築物遭受一次地震影響破壞的強烈程度,是衡量某次地震對一定地點影響程度的一種度量。同一地震發生后,不同地區受地震影響的破壞程度不同,烈度也不同,受地震影響破壞越大的地區,烈度越高。判斷烈度的大小,是根據人的感覺、傢具及物品振動的情況、房屋及建築物受破壞的程度以及地面出現的破壞現象等。影響烈度的大小有下列因素:地震等級、震源深度、震中距離、土壤和地質條件、建築物的性能、震源機制、地貌和地下水等。例如,在其它條件相同的情況下,震級越高,烈度也越大。地震烈度(例如麥加利地震烈度)是表示地震破壞程度的標度,與地震區域的各種條件有關,並非地震之絕對強度。
本報綜合報道 許多人都聽說過里氏震級———這個用於測量地震強度的名詞,但是里氏震級是如何測定的、它的不同等級又意味著什麼?根據美國地質測量專家估計,印度發生的這次地震為里氏7·9級。1999年,中國台灣省的地震為里氏7·6級(死亡2400人),這是否意味印度發生的這次地震比台灣的強度稍微高一點?答案是否定的。
印度這次地震的強度是台灣的兩倍。根據里氏震級劃分,地震強度隨震級升高而加強,下一個震級的地震釋放出的能量是前一震級的31倍。里氏震級於1935年被採用,以美國加州科技學院的物理學家查爾斯·里克特的姓命名,因為他一年內進行超過200次的地震模擬研究。
里氏震級相比較通用的其他標準來說,更客觀、更從量的基礎上測定地震強度。它並不表明地震的影響,但通過地震儀能夠精確給出以釋放能量為標準的地震等級。南方都市報
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