برای تعیین اندازه یک زلزله از نظر کیفی یا کمی در سطح زمین، از دو مقیاس «شدت» و «بزرگی» استفاده می‌شود. شدت زمین لرزه مقداری کیفی است. این مقیاس مبتنی بر نحوه تأثیرپذیری بشر و اشیاء بر اثر زلزله است. در مقابل، بزرگی مقداری کمّی بوده و از روی لرزه نگاشت محاسبه می‌شود. در ادامه به طور کامل با مفهوم بزرگا و شدت زمینلرزه آشنا خواهیم شد.
فهرست محتوا
بزرگی زلزله (Magnitude)
بزرگا یا بزرگی زلزله، مقیاس کمّی زمین لرزه می‌باشد. این مقیاس توسط ریشتر و در سال ۱۹۳۵ جهت بیان میزان کل انرژی امواج منتشره از کانون زمینلرزه ارائه شد. با توجه به محاسبه‌ی لگاریتمی این مقیاس، زلزله‌های با بزرگی صفر و منفی نیز منطقی هستند و وجود دارند. همچنین به ازای هر واحد که به بزرگی ریشتر اضافه شود، انرژی آزاد شده‌ی زلزله ۳۱ برابر خواهد بود. به این ترتیب یک زمین لرزه ۶ ریشتری، ۳۱ برابر یک زمین لرزه ۵ ریشتری انرژی آزاد می‌کند.
سیستم‌های مختلف بزرگی زلزله
بر حسب اینکه دامنهی کدام نوع از امواج زلزله‌ها در محاسبات به کار گرفته شوند، بزرگی‌های مختلفی خواهیم داشت. در نتیجه بزرگی یک زلزله در مقیاس ریشتر را مؤسسات مختلف با اعداد مختلف بیان می‌کنند. برخی از مردم فکر می‌کنند که این اعداد دستکاری شده هستند؛ اما صرفاً سیستم محاسبات مختلف است.
در زیر به مقیاس‌های مختلف سه سازمان بزرگ اشاره می‌کنیم:
- سازمان ژئوفیزیک آمریکا: بزرگای گشتاوری
- مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران: امواج حجمی زلزله، تصحیح شده توسط ناتلی
- پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی: امواج طولی زلزله
نکته: هر کدام از مقیاس‌های فوق، دارای نقاط قوت و ضعفی می‌باشند. اما در حال حاضر وجود همه‌ی این مقیاس‌ها ضروری است.
در بخش اخبار وب‌سایت آئرولیت، می‌توانید گزارش برخی از زلزله‌های بزرگ دو سال اخیر ایران را ببینید. این زمین لرزه ها دارای بزرگی‌های متفاوت در مقیاس‌های مختلف هستند.
بزرگترین زلزله‌ای که تاکنون ثبت شده، دارای بزرگی ۹٫۵ ریشتر در مقیاس گشتاوری بوده است. این زمین لرزه در سال ۱۹۶۰ در بین شیلی و اقیانوس آرام رخ داد رخ داد.
به طور کلی، رخدادهای لرزه‌ای با بزرگی بیش از ۵ ریشتر باعث حرکاتی می‌شوند که صدمات زیادی بر سازه‌های دارای طراحی و اجرای نامناسب وارد می‌کنند. از طرفی معمولاً بزرگی ۴ به بالا به عنوان آستانۀ خسارت در نظر گرفته می‌شود. بایستی توجه داشت که بزرگی الزاماً مقیاسی از خسارت ایجاد شده توسط زمین لرزه به دست نمی‌دهد. زیرا خسارت وارده متأثر از عوامل چندی از جمله شرایط زمین شناسی (نوع خاک، عمق و ساخت سنگ، عمق سطح ایستابی و …)، عمق کانون، فاصله تا مرکز زلزله، مدت لرزش، تراکم جمعیت و کیفیت سازه‌ها است.
شدت زلزله (Intensity)
همتنطور که اشاره شد، شدت زلزله یک مقیاس کیفی است. به این معنا که با محاسبات سر و کار ندارد. از مقایسه‌ی میزان تأثیرگذاری و تخریب زمین لرزه ها با یکدیگر، می‌توان به مفهوم شدت رسید. طبیعتاً هرچه از مرکز زلزله دورتر شویم، شدت آن کمتر احساس می‌شود؛ بنابراین شدت یک زلزله در مکان‌های مختلف، متفاوت است.
اولین مقیاس شدت زمین لرزه در سال ۱۸۸۳ میلادی، توسط دو دانشمند به نام‌های روسی و فورل ارائه شد. این مقیاس را به اختصار RF می‌گویند که به دنبال آن یک عدد رومی برای میزان شدت نوشته می‌شود.
مقیاس روسی-فورل در سال ۱۹۰۲ توسط دانشمندی به نام مرکالی تکمیل شد. ریشتر در سال ۱۹۵۶ مقیاس شدت مرکالی را تصحیح کرد تا به شکل امروزی درآید. در این میان، پژوهشگرانی از ژاپن، آمریکا و … نیز رده بندی های متنوعی برای شدت زلزله تعیین کرده‌اند که هر کدام نقاط قوت و ضعفی داشته اند. اما امروزه مقیاس تحصحیح شده‌ی مرکالی توسط ریشتر، مورد قبول همگان است. بزرگی زلزله بر حسب ریشتر نیز برگرفته از نام همین دانشمند بزرگ است. همچنین پژوهشگری به نام هانت، دو پارامتر کمّی به مقیاس شدت زلزله افزود؛ که در اینجا ذکر نمی‌شود.
اطلاعات مربوط به شدت زمین لرزه به صورت «نقشه‌های هم شدت» تدوین می‌شود. بر مبنای این اطلاعات همچنین می‌توان نقشه های لرزه خیزی ناحیه‌ای را تهیه کرد. در مواردی نیز می‌توان از روی آن نقشه ریسک (خطر) زلزله را ترسیم کرد. تقریباً از سال ۱۹۹۰ به بعد چنین نقشه‌هایی بر حسب بزرگی ریشتر و یا «شتاب اوج مؤثر» رسم می‌شوند.
در زیر به توصیف کامل رده‌های شدت زلزله می‌پردازیم:
شدت ۱ (I)
زلزله به قدری ضعیف است که توسط انسان احساس نمی‌شود. برخی از حیوانات به این شدت زمین لرزه واکنش نشان می‌دهند (بخصوص حیواناتی که از شنوایی قوی برخوردار هستند و هنگام خواب گوش را بر روی سطح زمین قرار می‌دهند. قدرت درک امواج P نیز می‌تواند در این میزان بالای هوشیاری تأثیرگذار باشد). شدت ۱ معادل بزرگی کمتر از ۳ در نظر گرفته می‌شود.
شدت ۲ (II)
توسط شخص در حال استراحت یا در طبقات بالای ساختمان احساس می‌شود. شدت ۲ معادل بزرگی ۳ در نظر گرفته می‌شود.
شدت ۳ (III)
در داخل ساختمان احساس می‌شود. اشیاء آویزان تکان می‌خورند. این زمینلرزه ها ارتعاشی کثل گذر کامیون‌های سبک دارند. مدت لرزش قابل برآورد است. ممکن است افراد فکر کنند علام لرزش چیزی غیر از زلزله بوده است. شدت ۳ معادل بزرگی ۳٫۵ در نظر گرفته می‌شود.
شدت ۴ (IIII)
اشیاء آویزان تاب می‌خورند. ارتعاشی مثل گذر کامیون‌های سنگین یا احساس ضربتی مثل برخورد یک توپ سنگین به دیوار دارد. ماشین‌های پارک شده تکان می‌خورند. پنجره‌ها، بشقاب‌ها، درها و شیشه‌ها به صدا درمی‌آیند. ظروف سفالی به هم می‌خورند. در حد فوقانی شدت ۴، دیوارهای چوبی و گلی و قاب‌ها ترک برمی‌دارند. شدت ۴ معادل بزرگی ۴ در نظر گرفته می‌شود.
شدت ۵ (V)
زلزله با شدت ۵ در خارج از ساختمان‌ها احساس می‌شود. جهت آن قابل برآورد است. افرادی که خواب باشند، بیدار می‌شوند. مایعات درون ظروف به حرکت درمی‌آیند و برخی از آن‌ها به خارج ظرف خود می‌ریزند. اشیاء ناپایدار کوچک، جابه‌جا یا واژگون می‌شوند. درها تکان می‌خورند و باز و بسته می‌شوند. ساعت‌های آونگی متوقف شده، به حرکت آمده یا سرعتشان تغییر می‌کند. شدت ۵ معادل بزرگی ۴٫۵ در نظر گرفته می‌شود.
شدت ۶ (VI)
این زمین لرزه توسط همه احساس می‌شود. بسیاری دچار وحشت شده و از ساختمان‌ها خارج می‌شوند. اشخاص به طور نامتعادلی حرکت می‌کنند. پنجره‌ها، بشقاب‌ها و ظروف شیشه‌ای می‌شکنند. اشیاء، کتاب‌ها و چیزهای دیگر از قفسه‌ها به خارج می‌ریزند. قاب عکس‌ها از دیوارها فرومی‌افتند. برخی وسایل منزل جابه‌جا یا واژگون می‌شوند. گچ‌های ضعیف یا ساختمان‌های نوع D (توضیح در پایان مطلب) ترک برمی‌دارند. زنگ‌های کوچک مدارس، کلیساها و … به صدا درمی‌آیند. درختان و بوته‌ها تکان می‌خورند. شدت ۶ معادل بزرگی ۵ در نظر گرفته می‌شود.
شدت ۷ (VII)
ایستادن مشکل می‌شود. توسط رانندگان وسایل نقلیه حس می‌شود. اشیاء آویزان شدیداً نوسان می‌کنند. برخی از وسایل چوبی می‌شکنند. بناهای نوع D صدمه می‌بینند و ترک برمی‌دارند. دودکش‌های ضعیف در محل اتصالشان به سقف می‌شکنند. قطعات گچ، آجرهای سست، سنگ و کاشی سقوط می‌کنند. برخی از بناهای نوع C ترک برمی‌دارند. امواج آب در سطح حوض‌ها و آبگیرها گل آلود می‌شوند. لغزش‌ها و حفرات کوچکی در سواحل شنی و ماسه‌ای ایجاد می‌شود. رنگ‌های مکانیکی بزرگ به صدا درمی‌آیند. نهرهای آبیاری صدمه می‌بینند. شدت ۷ معادل بزرگی ۶ در نظر گرفته می‌شود.
شدت ۸ (VIII)
در این زمین لرزه ها، هدایت وسایل نقلیه مشکل می‌شود. بناهای نوع C صدمه می‌بینند و بخشی از آن‌ها فرومی‌ریزند. به بناهای نوع B کمی صدمه وارد می‌شود. گچ کاریها و برخی از دیوارها فرومی‌ریزند. دودکش‌ها و بناهای یادبود، برج‌ها و مخازن مرتفع می‌چرند و فرومی‌ریزند. دیوارهای جداکننده‌ای که محکم نباشند از محل خود خارج می‌شوند. شمع‌های ساختمانی فرسوده شده، می‌شکنند. شاخه‌های درختان می‌شکنند. دما و جریان آب چشمه‌ها و چاه‌ها تغییر می‌کند (چشمه‌های جدید ایجاد شده یا چشمه‌های دارای آب خشک می‌شوند. همچنین وضعیت چاه‌های آرتزین ممکن است دچار تغییر شود). در زمین‌های مرطوب و دامنه‌های پرشیب ترک‌هایی ایجاد می‌شود. شدت ۸ معادل بزرگی ۶٫۵ در نظر گرفته می‌شود.
شدت ۹ (IX)
عموم مردم احساس وجشت می‌کنند. بناهای نوع D کاملاً تخریب می‌شوند. بناهای نوع C به شدت صدمه می‌بینند و گاه کاملاً فرومی‌ریزند. بناهای نوع B به طور جدی صدمه می‌بینند. ساختمان‌های پیش ساخته، اگر خوب به هم متصل نشده باشند، از محل پی جابه‌جا می‌شوند. مخازن شدیداً صدمه می‌بینند. لوله‌های زیرزمینی می‌برند. ترک‌های آشکاری در زمین ایجاد می‌شود. در زمین‌های آبرفتی، ماسه و گل به خارج فوران می‌کنند. شدت ۸ معادل بزرگی ۷ در نظر گرفته می‌شود.
شدت ۱۰ (X)
پی اغلب ساختمان‌های معمولی و پیش ساخته تخریب می‌شود. برخی از سازه‌های چوبی خوب ساخته شده و پل‌ها تخریب می‌شوند. سدها و خاکریزها صدمه جدی می‌بینند. زمین لغزه های بزرگ به وقوع می‌پیوندد. آب از ساحل کانال‌ها، رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و … به خارج می‌ریزد. ماسه و گل در سواحل و زمین‌های هموار به صورت افقی جابه‌جا می‌شود. ریل‌های راه آهن کمی خم می‌شوند. شدت ۱۰ معادل بزرگی ۸ در نظر گرفته می‌شود.
شدت ۱۱ (XI)
ریل‌ها به شدت خم می‌شوند. خطوط لوله زیرزمینی کاملاً از سرویس خارج می‌شوند. شدت ۱۰ معادل بزرگی بیش از ۸ در نظر گرفته می‌شود.
شدت ۱۲ (XII)
تخریب عمومی! خسارت تقریباً به طور کامل است. توده‌های سنگی بزرگ جابه‌جا می‌شوند. اشیاء به هوا پرتاب می‌شوند.
انواع بناها در مقیاس شدت زلزله
بناهای نوع A و B و C و D که در توصیف مقیاس شدت زلزله استفاده شد، به صورت زیر تعریف می‌شوند (توجه کنید که این مفاهیم هیچ رابطه‌ای با طبقه بندی بناها به A و B و C که در ساختمان سازی مرسوم است، ندارند):
بناهای نوع A
طراحی، مصالح پیوند دهنده (ملات) و اجرای استادانه‌ای دارد. به صورت مسلح، مخصوصاً در جهت افقی ساخته شده است. بخش‌های مختلف آن با استفاده از فولاد، بتن و … به یکدیگر پیوند یافته است. به نحوی طراحی شده‌اند که در مقابل نیروهای جانبی مقاومت نمایند.
بناهای نوع B
مصالح پیوند دهنده . اجرای استادانه‌ای دارند. ولی در برابر نیروهای افقی مقاوم نیستند.
بناهای نوع C
دارای مصالح پیوند دهنده و مهارت معمولی در اجرا هستند. نقاط ضعف شدیدی ندارند؛ ولی مصالح مسلح نشده و برای مقابله با نیروهای افقی نیز طراحی نشده‌اند.
بناهای نوع D
مصالح ضعیف از جمله خشت خام و ملات ضعیف دارند. استانداردهای لازم در اجرای آن‌ها رعایت نشده است. در جهت افقی بسیار ضعیف و شکننده هستند.
منابع:
- کتاب زمین شناسی مهندسی و ژئوتکنیک – تألیف دکتر حسین معماریان
- برخی کتب و مقالات دیگر
