In sismologia , la magnitudo è la rappresentazione logaritmica del momento sismico , che è a sua volta una misura dell'energia rilasciata da un terremoto .
Maggiore è l'energia rilasciata dal terremoto, maggiore è la magnitudo: un aumento di magnitudo di 1 corrisponde a un aumento di 30 volte dell'energia e un aumento di 10 volte dell'ampiezza del movimento.
I media usano spesso i termini scala Richter o scala Richter aperta , ma questi termini non sono corretti: la scala Richter, stricto sensu, è una scala locale, particolarmente adatta ai terremoti californiani. Le grandezze solitamente citate oggigiorno sono infatti magnitudini momento (indicate con M w o M ).
Magnitudo e intensità (come la scala Mercalli ) sono misure di due grandezze diverse. L'intensità è una misura dei danni causati da un terremoto. Mentre un terremoto in teoria ha un solo valore di magnitudo (in pratica si possono citare diversi valori di magnitudo, a seconda di come sono stati fatti i calcoli), l'intensità varia a seconda di dove si trova l'osservatore. Esistono molte relazioni tra l'intensità massima percepita e la magnitudo, ma dipendono molto dal contesto geologico locale e queste relazioni sono principalmente utilizzate per stimare la magnitudo dei terremoti storici (per i quali non è stata effettuata alcuna misurazione di magnitudo).
Esistono diversi tipi di grandezze:
In questi giorni, le grandezze trasmesse dai media, in particolare dall'USGS (l'Istituto per gli studi geologici degli Stati Uniti), sono grandezze del momento. L'uso dell'espressione "magnitudo sulla scala Richter" è inappropriato, specialmente per terremoti di grande magnitudo (maggiori di 6,5-7).
La prima stima della magnitudo fu sviluppata nel 1935 da Charles Francis Richter per classificare i sismogrammi registrati localmente in California . Originariamente questa scala è la misura dell'ampiezza in micrometri su un sismografo di tipo Wood-Anderson (pt) di un terremoto situato a 100 km di distanza . Questa misura è affidabile solo a distanze molto brevi ed è ora chiamata magnitudo locale.
La cosiddetta magnitudo Richter viene stabilita sulla misura dell'ampiezza massima delle onde sismiche su un sismogramma . La magnitudo è definita come il logaritmo decimale di questo valore. Questa definizione molto generale mostra chiaramente la natura empirica di questa misura che dipende da un lato dal tipo di sismometro e dall'altro dal tipo di elaborazione grafica utilizzata per produrre il sismogramma su cui viene effettuata la misura. Quest'ultimo è anche molto variabile da una stazione sismica all'altra perché la radiazione sismica di un terremoto non è omogenea (vedi meccanismo al fuoco ).
La definizione originale data da Richter nel 1935 , ora chiamata magnitudo locale o M L , è una semplice scala logaritmica della forma: dove rappresenta l'ampiezza massima misurata sul sismogramma, è un'ampiezza di riferimento corrispondente ad un terremoto di magnitudo da 0 a 100 km , è la distanza epicentrale (km) ed è una costante di calibrazione. Oltre alla disomogeneità di questa equazione, che ne marca ancor più il carattere empirico, le costanti di calibrazione ( e c) rendono questa definizione valida solo localmente. Ad esempio, nella definizione originale in cui la calibrazione viene eseguita su terremoti moderati della California meridionale registrati con un sismografo di tipo Wood-Anderson, et .
La scala Richter essendo una misura locale, una nuova magnitudine chiamata M S o magnitudine delle onde di superficie, fu introdotta nel 1936. Beno Gutenberg e Charles Richter propongono così una magnitudine che si basa sull'ampiezza delle onde di superficie (in generale l'onda di Rayleigh su la componente verticale del sismogramma) per distanze telesismiche (distanza maggiore di 30°) e per un periodo di 20 secondi (periodo naturale dei sismografi utilizzati). La sua formulazione è simile alla precedente dove è l'ampiezza misurata, è la distanza epicentrale espressa in gradi e sono le costanti di calibrazione. Questa misura è ancora utilizzata oggi. Tuttavia, oltre al suo carattere empirico e al problema della saturazione (vedi sotto ), ha due punti deboli. Il primo è la sua inutilità per i terremoti profondi (profondità maggiori di 100 km ) che non generano onde di superficie. Il secondo problema è che le onde di superficie sono gli ultimi treni di onde ad arrivare. Nell'ambito di una rete di allerta, è essenziale poter stimare la magnitudo del terremoto il più rapidamente possibile.
La magnitudo delle onde di volume rilevate m b (b per “ onde di corpo ”) è quindi una misura, introdotta nel 1956 , che viene effettuata sul primo treno d'onde P e permette una rapida stima dell'importanza del terremoto. La sua formulazione dipende dal periodo dominante del segnale: dove si misura l'ampiezza massima, è la distanza epicentrale (sempre in gradi) ed è la profondità ipocentrale. è una funzione di calibrazione dipendente dai due parametri precedenti. In generale, il periodo dominante è di circa un secondo, il periodo minimo delle onde P per le distanze telesismiche ( ) . Ancora una volta, il problema con questa misurazione è la sua rapida saturazione con la grandezza.
Vengono utilizzate altre grandezze, soprattutto su scala locale o regionale. La grandezza della durata viene spesso utilizzata per la microsismicità e si ottiene come suggerisce il nome misurando la durata in secondi del segnale sul sismogramma. Esiste un'abbondante letteratura sulle regressioni tra queste diverse misure per cercare di creare relazioni di transizione dall'una all'altra. Questo è sempre un esercizio difficile. La disparità di queste misurazioni, dovuta sia al tipo di onda, al tipo di sensore e alla sua frequenza naturale , alla distanza, al tipo di magnitudo utilizzato, spiega abbastanza facilmente la grande variabilità della misura della magnitudo di un terremoto nel ore successive al suo verificarsi.
Per superare i limiti delle magnitudini m b e M S , Hiroo Kanamori e Thomas Hanks introdussero nel 1977 e nel 1979 una nuova magnitudine, la magnitudo momento . Sebbene meno immediata da stimare, questa magnitudo è direttamente correlata a una grandezza fisica, il momento sismico , che misura l'energia emessa dal terremoto. Questa grandezza ha l'acronimo M w o M . È il più utilizzato al giorno d'oggi dagli scienziati.
Il problema principale con la scala Richter M L e le magnitudini m b e M S è quello della saturazione. Questo fenomeno è legato al periodo in cui viene effettuata la misurazione. È imperativo che questa misurazione sia effettuata in un periodo maggiore della durata di emissione della sorgente sismica. Tuttavia, per grandi terremoti, questa volta può essere molto lungo. Il caso estremo è quello del terremoto di Sumatra del 2004 dove l'emissione dalla sorgente è durata almeno 600 secondi .
Se consideriamo:
quindi una durata di emissione di 1 s corrisponde a una magnitudo 4,6 e una durata di emissione di 20 s corrisponde a una magnitudo 7,2 . Quindi qualsiasi misura di magnitudo con m b (misurata su onde P ) inizia ad essere sottostimata al di sopra di una magnitudo 4.6 e lo stesso vale per M S per terremoti di magnitudo maggiore di 7.2 .
Questo problema di saturazione è stato evidenziato durante la stima della magnitudo del terremoto del Cile del 1960 , magnitudo superiore a 9,0. La magnitudo momento è stata quindi creata per superare questa difficoltà. Tuttavia, la stima di grandezze molto grandi pone un problema. Il terremoto di Sumatra del 2004 ha anche messo in discussione i metodi che calcolano il momento sismico e quindi la magnitudo. La lunghissima durata della sorgente rende necessario considerare segnali a bassissima frequenza. Una stima della magnitudo è stata quindi fatta proprio dal modo più grave della terra ( 0 S 2 - periodo 53,9 min ). Tale stima (momento sismico di 6,5 × 10 22 N m corrispondente a una magnitudo di 9,15) presenta un'incertezza di un fattore 2 , dovuta principalmente alla complessità e alle dimensioni della sorgente sismica.
Poiché la scala è il logaritmo di un'ampiezza, è aperta e non ha limite superiore. In pratica, i terremoti di magnitudo 9.0 sono eccezionali e gli effetti di magnitudo più elevate non sono più descritti separatamente. Il terremoto più potente misurato, che ha raggiunto un valore di 9,5, è stato quello del 1960 in Cile .
Descrizione | magnitudo del momento | Effetti | Frequenza media globale |
---|---|---|---|
Microfono | meno di 1.9 | Micro terremoto, non sentito. | 8.000 al giorno |
Molto minore | da 2,0 a 2,9 | Di solito non sentito ma rilevato/registrato. | 1.000 al giorno |
Minore | da 3,0 a 3,9 | Spesso sentito senza causare danni. | 50.000 all'anno |
Leggero | da 4.0 a 4.9 | Notevole scuotimento di oggetti all'interno delle case, rumori di scontro. Il danno rimane molto lieve. | 6.000 all'anno |
Moderare | da 5,0 a 5,9 | Può causare danni significativi a edifici mal progettati in aree ristrette. Nessun danno a edifici ben costruiti. | 800 all'anno |
Forte | da 6.0 a 6.9 | Può causare gravi danni per diverse decine di chilometri. Solo gli edifici adattati resistono vicino al centro. | 120 all'anno |
Molto forte | da 7.0 a 7.9 | Può causare gravi danni su vaste aree; tutti gli edifici sono interessati vicino al centro. | 18 all'anno |
Principale | da 8.0 a 8.9 | Può causare danni molto gravi in aree a centinaia di miglia intorno. Danni ingenti a tutti gli edifici, anche a decine di chilometri dal centro. | 1 all'anno |
Devastante | 9.0 e superiori | Devasta aree per centinaia di miglia intorno. Danni per oltre 1.000 chilometri circa. | da 1 a 5 per secolo |
Per un dato sito, la distribuzione dei terremoti segue una legge di Gutenberg-Richter .