ما هو "زلازلك ماغنتيود"؟

() إن حجم الإرتكاز () هو تدبير أساسي يستخدمه علماء الاهتزازات لتحديد حجم أو إطلاق زلزال في مصدره كمياً، وخلافاً للكثافة التي تصف آثار الهز في مواقع معينة وتتباين ببعدها وبظروفها المحلية، فإن الحجم هو ملكية أساسية للزلزال نفسه، وهو ما تحدده موجة تولدها في جميع أنحاء العالم.

ومقياسات الصلاحية هي لوغاريثية، بمعنى أن كل زيادة في العدد توازي زيادة في موجات الزلازل بمقدار عشرة أضعاف تقريباً، وحوالي 32 مرة أخرى في الطاقة المفرج عنها، وعلى سبيل المثال، فإن زلزالاً كبيراً يبلغ حوالي 32 مرة في طاقة الحدث الذي يبلغ حجمه 5.0، وهذه الطبيعة الدوائية تمكّن العلماء من تمثيل النطاق الواسع من مقاييس الزلازل - من الميكروبات المجهرية غير القابلة للتصور إلى أحداث واسعة النطاق،

ويعد فهم حجم الزلازل أمرا أساسيا لتطبيقات متعددة، بما في ذلك نظم الإنذار المبكر بالزلازل، وتقييم المخاطر السيزمية، ووضع مدونة للبناء، ووضع نماذج لمخاطر التأمين، والتخطيط للسلامة العامة، كما أن التحسينات المستمرة في تقنيات القياس تساعد على تحسين فهمنا لعمليات الزلازل وتحسين دقة واتساق تقديرات الحجم.

كيف هو قياس الـ"ماغنتيود"؟

The process of measuring earthquake magnitude begins with seismometers], highly sensitive devices that detect and record ground motions caused by seismic waves. Modern seismometers typically use a suspended mass or electromagnetic principles to convert ground shaking into electrical signals. Networks of these instruments, such as theزل

وعندما يحدث زلزال، يولد أنواعا مختلفة من موجات السيزمية:

  • P-waves (Primary waves):] The fastest seismic waves, traveling through the Earth’s interior by compressional motion.
  • S-waves (Secondary waves):] slower shear waves that also propagate through the Earth’s interior.
  • Surface waves (Love and Rayleigh waves):] Travel along the Earth’s surface and typically cause the strongest shaking and damage.

ويسجل علماء الاهتزاز هذه الأمواج على أنها سيزموغرام، وهو سلسلة زمنية تبين الكم الهائل من الحركة الأرضية مقابل الوقت، ولمعرفة حجمها، يقوم علماء الاهتزاز بقياس حجم أنواع معينة من الموجات السيزمية على الأشعة السيزمية، ويطبقون التصويبات على المسافة بين مصدر الزلازل وكل محطة من المحطات لحصر الارتفاع في موجات الموجات التي تبثها أمواج الأرض.

وبالإضافة إلى ذلك، يجري تحليل محتوى الترددات السيزمية، حيث أن الزلازل الأكبر تنتج عموما طاقة منخفضة التردد نسبيا، وطاقة أقل ترددا مقارنة بالأحداث الأصغر، وتساعد هذه الخصائص الطيفية على التمييز بين مختلف النطاقات وتحسين دقة تقديرات الحجم.

أنواع مقادير الطول

ونظراً لعدم وجود نطاق واحد يستوعب تماماً جميع سلاسل الزلازل والمسافات والبيئات التكتونية، يستخدم علماء الاهتزاز مجموعة متنوعة من المقاييس التكميلية المصممة حسب مختلف أنواع الموجات، وفرق التردد، وخصائص الزلازل، وهي أكثر مقاييس الحجم شيوعاً إلى جانب مواطن قوتهم وحدودهم.

ريتشتر سكال (المجعد المحلي، ML)

وقد وضع تشارلز ريتشتر وبنو غوتينبرغ في معهد التكنولوجيا في كاليفورنيا أول حجم معتمد على نطاق واسع ولا يزال مكتظاً ثقافياً، حيث حدد ريتشتر ميلتر على أساس الحد الأقصى من الزلازل التي تصيب الكم من الكمبيات المميزة التي سجلتها مسافة 100 متر.

وفي حين أن مقياس ريتشتر فعال بالنسبة للزلازل المتوسطة في جنوب كاليفورنيا، فإنه ينطوي على قيود ملحوظة، ويميل إلى الاستمناء ] بالنسبة للأحداث الأكبر (فوق حجمها 6.5 إلى 7.0)، حيث لم تعد ترتفع كميات الأمواج بشكل متناسب مع حجم الزلازل، وبالإضافة إلى ذلك، نظراً لأن حجم الأسعار الأصلية لم يكن محدداً للمنطقة، فإن قيم التخطيط المتعدد الأطراف لا تتسق على نطاق عالمي دون تعديل.

Moment Magnitude Scale (Mw)

Introduced in the late 1970s, the moment scale (Mw)] addresses the saturation and regional limitations of earlier scales by directly relating magnitude to the disease's physical source parameters. It is calculated from the seismic moment (M0), which quafies an total energy

M]0 = × A × D]

  • ميكرون (السمعة modulus): ] The rigidity of the rocks involved in the fault slip.
  • A:] The area of the fault surface that slipped.
  • D:] The average displacement or slip along the fault.

وتستمد اللحظات السيزمية من خلال نماذج موجات سيزمية طويلة الأمد (تراوح فتراتها بين 10 ثوان وعدة مئات ثانية) مسجلة في محطات متعددة في أنحاء العالم، ثم يحسب حجمها في الوقت الحاضر باستخدام الصيغة التالية:

Mw = (2/3) لوج ]10](M0) - 10.7] (يستخدم وحدات SI ل M0)

وعلى عكس نطاق ريتشتر، لا تشبع موز حتى في أكبر الزلازل، فعلى سبيل المثال، فإن زلزال فالديفيا في شيلي في عام 1960، وهو أكبر زلزال سومي 9-5، وزلزال سومطرة - أندامان لعام 2004 (Mw 9.1) يقاسان بدقة باستخدام موز.

الأشعة فوق البنفسجية (م)

ويستند حجم الموجات الشعاعية (mb) ] إلى اتساع نطاق أسرع موجات سيزمية، وأجهزة الموجات P، التي تقاس على فترات قصيرة (حوالي 1Hz) من الزلزال، ولأن الموجات P-waves تسافر عبر داخل الأرض وتصل أولاً إلى محطات الزلازل، يمكن حسابها بسرعة من بعد الاختبارات النووية.

غير أن المترنح يميل إلى التشبع بحجم متوسط (فوق حوالي 6.5 إلى 6.5) مما يحد من فائدته في الزلازل الكبيرة جداً، وعلى الرغم من ذلك، لا يزال المتر مهم بالنسبة لوصف الزلازل الأصغر في جميع أنحاء العالم وللتقديرات الأولية للحجم.

سطح - سطح الماء

Surface-wave magnitude (Ms)] uses the amplitude of surface waves, primarily Rayleigh waves, with periods near 20 seconds. Surface waves travel slower than body waves but often have larger amplitudes at shallow depths, making Ms particularly effective for measuring shallow ters between magnitudes:5.5 and 8.5.

غير أن السيدة ساتورتس، شأنها شأن الميبل والحركة، تُستخدم في الزلازل الكبيرة جداً (فوق حوالي 8.5) بسبب ارتفاع مستويات خط العرض الموجي السطحي، حيث تفيد كتالوجات زلازل تاريخية كثيرة عن قيمها، لا سيما بالنسبة للأحداث التي وقعت قبل تطور حجمها.

مقالي الطول المتخصصة الأخرى

  • Duration Magnitude (Md):] Estimates magnitude based on the total duration of the seismic signal rather than amplitude. Useful for very small terers or volcanic tremor where amplitude measurements are unreliable.
  • Energy Magnitude (Me):] Derived from the total radiated seismic energy rather than seismic moment. It can differ from Mw for ters that release unusually high or low energy relative to their moment.
  • Mwp and Mwb:] Rapid, near-real-time magnitude estimates based on P-wave data designed forزل systems. These provide rapid initial magnitude estimates to facilitate emergency response.

ومن الشائع أن يبلغ علماء الاهتزازات عن أنواع متعددة من الحجم للزلزال نفسه، مثل " 6.2 ميغاباي، و6.8 ميغابايت، و7.1 موان، " ، ثم يختارون أكثر قيمة موثوقية للإبلاغ الرسمي.

الصلاحية ضد الكثافة: فهم الفرق

ومن المهم التمييز بين الزلازل ] الهيمنة ] و] النوايا ]، وهي مفاهيم ذات صلة ولكنها مختلفة اختلافاً جوهرياً، وفي حين أن حجم الطاقة التي يوفرها الزلزال في المصدر، فإن كثافة هذه المفاهيم تصف شدة الركود والأضرار التي تصيب في موقع محدد.

وتقاس كثافة هذه المواد باستخدام جداول مثل نطاق كثافة استخدام Modified Mercalli Intensity (MMI) ]، التي تتراوح بين الأول (غير محسوس) والثاني عشر (الدمار الإجمالي). وتختلف قيم الكثافة اختلافا كبيرا تبعا للمسافة من الظروف الوبائية، والجيولوجية المحلية (مثل نوع التربة)، وتصميم البناء، وغير ذلك من العوامل.

فعلى سبيل المثال، كان زلزال شمالريدج في كاليفورنيا في عام 1994 قد بلغ حجمه 6.7 موز، ولكنه تسبب في أضرار جسيمة في بعض المناطق بسبب التربة الناعمة التي تهز المباني المهتزة والمسنة المعرضة للانهيار، وعلى النقيض من ذلك، شهدت المناطق البعيدة عن المركز مستويات أضعف بكثير من الهزات وقلة الكثافة.

إن معرفة توزيع الكثافة من الزلزال أمر حيوي لإدارة حالات الطوارئ، وتوجيه عمليات البحث والإنقاذ، وتحسين مدونات البناء للتخفيف من الأضرار في المستقبل، غير أنه بالنسبة للمقارنات العلمية لحجم الزلازل وإطلاق الطاقة، لا يزال حجمها هو القياس المعياري.

كيف يتم حساب الـ"ماغنتيود" في الممارسة؟

وعندما يضرب الزلزال، تقوم الشبكات السيزمية تلقائيا بالكشف عن أوقات وصول الموجات من نوع P- و S إلى محطات متعددة، مما يتيح التحديد السريع لنفقة المركز في الزلزال )نقطة الانزلاق داخل الأرض( والركن )التوقع السطحي(.

ويبدأ تقدير الصلاحية بعد ذلك بقياس حجم أنواع معينة من الموجات السيزمية على كل مقياس من أشعة كل محطة، ويجب تصحيح هذه القياسات الكمائية للبعد بين المحطة والزلزال، باستخدام خطوط الاستنشاق المسبق ]]] للتستنزف التي تصف كيف تتناقص كميات الأمتار المهزلية بسبب انتشار الأرض والطاقة.

وتزداد هذه العملية تواتراً في حسابات حجمها في الوقت الحاضر، إذ يقوم أخصائيو الاهتزاز بتحليل موجات زلزالية طويلة الأمد من محطات متعددة، ومقارنة هذه الصور بالأشعة السيزمية الاصطناعية التي تنتج عن نماذج حاسوبية تحفيز مختلف معايير مصادر الزلازل، بما في ذلك الميل إلى الخطأ وكمية الزلازل، وتجد عملية التحويل هذه اللحظة السيزمية التي تناسب أفضل البيانات الملاحظها.

ويمكن أن يستغرق التحويل من دقائق إلى ساعات تبعا لحجم الزلازل وتوافر البيانات، وتوفر شبكات الزلازل الحديثة مثل مؤسسات البحوث المشتركة لعلم الاهتزاز ] مجاري البيانات في الوقت الحقيقي التي تيسر تقدير الحجم السريع ووصف الأحداث في جميع أنحاء العالم.

وبالنسبة للزلازل الكبرى، تجمع تقديرات متعددة الحجم من مختلف الجداول والأساليب لإنتاج حجم توافقي مع حدود عدم التيقن، بما يكفل الدقة والموثوقية في الإبلاغ.

القيود والتحديات في قياس درجة الصلاحية

وعلى الرغم من التقدم المحرز، لا يوجد نطاق كبير بدون قيود، وتشمل التحديات الرئيسية ما يلي:

  • Saturation:] Many traditional scales (Richter ML, body-wave mb, surface-wave Ms) experience saturation, where wave amplitudes no longer increase proportionally with 1987 size, limiting their accuracy for large events. Moment magnitude (Mw) avoids this problem.
  • Depth dependence:] Surface waves weaken with depth, so Ms is effective primarily for shallow ters (less than ~50 km depth).
  • Regional variation:] Earthquake wave attenuation varies regionally due to differences in crustal composition and structure. As a result, similar magnitude ters may produce different shaking intensities in different regions, though their energy release is similar.
  • Rapid vs. final magnitude:] Early magnitude estimates often rely on limited data and can be revised as additional seismic records and longer-period data become available. For example, the 2011 Thoku land’s initial magnitude was reported as Mw 8.1, later revised to Mw 9.0 after detailed analysis.
  • ] Compmunication and reporting:] Miscommunication or omission of the magnitude scale used in public reporting can cause confusion. The 2010 Haitiزل was correctly reported as Mw 7.0, but sometimes the scale was omitted or misrepresented in media coverage.

وترمي البحوث الجارية إلى تحسين تحديد الحجم عن طريق إدماج صفائف السيزمية الكثيفة، وتقنيات الجيوديسيا الساتلية مثل النظام العالمي لتحديد المواقع وشبكة إنسار (الرادار ذي الفتحة الاصطناعية المترية)، وأجهزة التحصيل التي تعزز الكشف عن الإشارات وفصل الضوضاء.

"أرض مُلاحظة وخطاياهم"

فدراسة بعض أهم الزلازل في التاريخ تساعد على توضيح تطبيق وأهمية مقاييس الحجم:

  • 1960 Valdivia, Chile (Mw 9.5): ] The largest disease recorded ever global. It generated a destroyed Pacific-wide tsunami. Initially estimated at about 8.5 on the Richter scale before the moment magnitude scale existed, later reanazed to Mw 9.5. This event remains a benchmarks for understanding megathrust ters.
  • 2011 Thoku, Japan (Mw 9.1):] This massiveزل caused a catastrophic tsunami and the Fukushima nuclear disaster. Its Mw was precisely determined through long-period seismic waves and GPS measurements of seafloor displacement, showcasing the integration of seismology and geodesy in magnitude estimation.
  • 1906 San Francisco, California (estimated Mw 7.8):] Occurred before modern seismographs were widespread, Its magnitude is inferred from rupture length, intensity reports, and geological studies, with modern reanalyses suggests approximately Mw 7.8. This event highlighted the importance of seismic hazard preparedness in urban areas.
  • 2015 Gorkha, Nepal (Mw 7.8): A moderate-sizedزلزال تسبب في تدمير شديد بسبب الجيولوجيا المحلية وضعف معايير البناء.() وقد سمحت البيانات الزلزالية ذات النطاق العريض بحساب دقيق للوزن، مع التأكيد على مدى عدم وجود ضرر في حد ذاته.
  • 1989 Loma Prieta, California (Mw 6.9):] تسبب في أضرار كبيرة خلال السلسلة العالمية، مما يدل على مدى ضخامة وموقع وظروف الموقع المحلية لتأثير أثر الزلازل.

وتبرز هذه الأمثلة نطاق زلزال الأرض ودورها الحاسم في قياس حجم إطلاقها للطاقة واستجاباتها التوجيهية.

الاتجاهات المستقبلية في قياس خط العرض في الزلزال

ويواصل التقدم في التكنولوجيا تعزيز دقة قياس حجم الزلازل وسرعة قياسه، وتشمل بعض التطورات الواعدة ما يلي:

  • Dense seismic arrays:] Increasing the number and coverage of seismic stations, especially in seismically active regions, allows more accurate and rapid magnitude determination.
  • Satellite geodesy:] Techniques like GPS and InSAR provide direct measurements of ground displacement duringزلs, complementing seismic data and improving moment magnitude calculations.
  • Machine learning:] Artificial intelligence algorithms are being applied to detect seismic signals amid noise, classify earthquake types, and estimate magnitudes more quickly and reliably.
  • Integrated early warning systems:] Combining rapid magnitude estimates from multiple scales and data sources enables more effectiveزل early warning and hazard mitigation.
  • Global standardization:] Efforts continue to harmonize magnitude reporting worldwide to reduce confusion and improve communication between scientists, emergency managers, and the public.

ومع هذه التقدمات، ستستمر قدرتنا على فهم الزلازل وتحديدها كمياً والتصدي لها في التحسن، مما سيقلل في نهاية المطاف من المخاطر وينقذ الأرواح.