بزرگاي متفاوت زلزله‌ها
مهدي زارع
در ساعت 17:07 شنبه 25/10/1400 زمين‌لرزه‌اي در سيرچ كرمان رخ داد كه موسسه ژئوفيزيك دانشگاه تهران بزرگاي آن را 5.1 و مراكز بين‌المللي بزرگاي آن را 4.5 اعلام كردند. سوال ايجاد شده كه چرا بزرگاي زلزله‌ها، همچنين از سوي مراكز مختلف داخلي و بين‌المللي متفاوت گزارش مي‌شود؟ به نظر مي‌رسد كه هيچ پاياني براي سردرگمي، سوءتفاهم و تفسير بزرگا و مقدارهاي مختلف آن وجود ندارد به ويژه هنگامي كه گويندگان اخبار از «مقياس ريشتر» ياد مي‌كنند، زلزله‌شناسان در سراسر جهان از چنين نوع اعلامي خشنود نيستند! بزرگا بيشترين اندازه‌گيري اندازه زمين‌لرزه است، اما تنها اندازه‌گيري نيست و در واقع انواع مختلفي از بزرگاي زلزله وجود دارد. چرا بزرگاي زمين‌لرزه گزارش شده از سوي موسسه ژئوفيزيك با مقادير منتشر شده توسط ساير آژانس‌ها متفاوت است؟ تخمين‌هاي بزرگا براي يك زلزله معين مي‌تواند بين آژانس‌هاي گزارش‌دهنده به دليل تفاوت در روش‌شناسي، در دسترس بودن داده‌ها و عدم قطعيت‌هاي ذاتي در داده‌هاي لرزه‌اي متفاوت باشد. هر موسسه زلزله‌شناسي از روش‌هاي تخمين بزرگا استفاده مي‌كند كه براي برآوردن نيازهاي مورد نظرش و قابليت‌هاي نظارتي‌اش طراحي شده‌اند. حتي براي رويدادهايي كه به خوبي ثبت شده‌اند، تفاوت در بزرگا 0.2 يا 0.3 واحد رايج است و نشان‌دهنده عدم قطعيت ذاتي فرآيند تخمين بزرگاست. زمينلرزهها فرآيندهاي پيچيده‌اي هستند كه در زير سطح زمين به دور از مشاهده و اندازه‌گيري مستقيم رخ مي‌دهند. تعيين يك عدد منفرد براي نشان دادن اندازه زمين‌لرزه به دليل فرضيات ما در مورد محيط گسلش و ناتواني ما در بازسازي كامل و دقيق فرآيند پنهان گسيختگي، عدم قطعيت‌هاي ذاتي - ريشه‌اي دارد.
برآوردهاي اوليه اندازه زمين‌لرزه بر اساس معيارهاي غيرابزاري اثرات زلزله بوده است. براي مثال، مي‌توانيم از مقاديري مانند تعداد تلفات يا جراحات، حداكثر مقدار شدت لرزش يا ناحيه تكان‌هاي شديد ياد كنيم. مشكل اين معيارها اين است كه همبستگي خوبي ندارند. خسارت و ويراني ناشي از زلزله به موقعيت، ژرفا، نزديكي به مناطق پرجمعيت و همچنين اندازه واقعي آن بستگي دارد. حتي براي زمين‌لرزه‌هايي كه به اندازه كافي نزديك به مراكز جمعيتي هستند، مقاديري مانند بيشينه شدت و ناحيه‌اي كه سطح خاصي از لرزش را تجربه مي‌كند، همبستگي خوبي نشان نمي‌دهند. با اختراع و استقرار لرزه‌نگارها، مكان‌يابي دقيق زمينلرزهها و اندازه‌گيري حركت زمين ناشي از امواج لرزه‌اي امكان‌پذير شد. توسعه و استقرار لرزه‌سنج‌ها منجر به تغييرات زيادي در مطالعات زلزله شد، بزرگا اولين اندازه‌گيري كمي براي اندازه زلزله بر اساس لرزه‌نگاري بود. حداكثر يا «اوج» حركت زمين به عنوان بزرگ‌ترين قدر مطلق حركت زمين ثبت شده در يك لرزه‌نگاري تعريف مي‌شود. از اين اقدامات ابزاري براي مقايسه زلزله‌ها استفاده شد و يكي از اولين راه‌هاي كمي‌سازي زلزله با استفاده از لرزه‌نگاري، بزرگا بود. در سال 1931 يك زلزله‌شناس ژاپني به نام «كيو واداتي» نموداري از حداكثر حركت زمين در مقابل فاصله براي تعدادي از زمينلرزهها ساخت و اشاره كرد كه نمودارهاي زمين‌لرزه‌هاي مختلف خطوط موازي و منحني تشكيل مي‌دهند (زلزله‌هاي بزرگ‌تر دامنه‌هاي بزرگ‌تري ايجاد مي‌كنند). اين واقعيت كه زلزله‌هاي با اندازه‌هاي مختلف منحني‌هايي را ايجاد مي‌كنند كه تقريبا موازي هستند، نشان مي‌دهد كه يك عدد واحد مي‌تواند اندازه نسبي زلزله‌هاي مختلف را نمايندگي كند. در سال 1935 چارلز ريشتر نمودار مشابهي از حركت اوج زمين در مقابل فاصله ايجاد كرد و از آن براي ايجاد اولين مقياس بزرگاي زمين‌لرزه (رابطه لگاريتمي بين اندازه زمين‌لرزه و حداكثر حركت زمين مشاهده شده) استفاده كرد. او مقياس خود را بر اساس قياسي با مقياس روشنايي ستاره‌اي كه معمولا در نجوم استفاده مي‌شود، استوار كرد كه همچنين مشابه مقياس pH مورد استفاده براي اندازه‌گيري اسيديته است (pH يك معيار لگاريتمي غلظت يون هيدروژن در محلول است) . داده‌هاي مورد استفاده توسط ريشتر حاصل از لرزه‌نگار وود اندرسون براي ساخت مقياس بزرگا براي جنوب كاليفرنيا به كار رفت. مثلا در اين مقياس زمين‌لرزه 3.0 ريشتري به عنوان رويداد اندازه‌اي تعريف مي‌شود كه حداكثر حركت زمين يك ميليمتر را در فاصله 100 كيلومتري ايجاد مي‌كند. براي تكميل ساخت مقياس بزرگا، ريشتر بايد يك مقدار مرجع ايجاد و سرعت كاهش دامنه اوج با فاصله از زلزله را مشخص مي‌كردند. ريشتر زماني كه بزرگا را به عنوان لگاريتم پايه ده حداكثر حركت زمين (برحسب ميكرومتر) ثبت شده روي لرزه‌سنج كوتاه دوره اندرسون در صد كيلومتري زمين‌لرزه تعريف كرد، يك مقدار مرجع براي بزرگاي زلزله تعيين كرد. ريشتر در تعريف خود عملگرا بود و مقداري را براي بزرگا صفر انتخاب كرد كه تضمين مي‌كرد بيشتر زلزله‌هايي كه به‌طور معمول ثبت مي‌شوند داراي بزرگاي مثبت هستند. همچنين، ابزار دوره كوتاه وود اندرسون كه ريشتر براي مرجع خود انتخاب كرد، امواج لرزه‌اي را با دوره زماني حدود 0.8 ثانيه ثبت مي‌كند، تقريبا در حد دوره‌هاي ارتعاشي كه انسان احساس مي‌كند و به ساختمان‌ها و سازه‌هاي ما آسيب مي‌زند.
ريشتر همچنين يك تصحيح فاصله ايجاد كرد تا تغييرات حداكثر حركت زمين با فاصله از زمين‌لرزه را محاسبه كند . كاهش حركات اوج زمين با فاصله بستگي به زمين‌شناسي منطقه دارد و بنابراين مقياس بزرگا براي مناطق مختلف كمي به «منحني تصحيح فاصله» وابسته است.
بنابراين در اصل، مقياس ريشتر به‌طور خاص براي كاربرد در جنوب كاليفرنيا طراحي شده بود. روش ريشتر به دليل ساده بودن، فقط به مكان زلزله (براي به دست آوردن فاصله) و اندازه‌گيري سريع اوج حركت زمين، قابل اعتمادتر از معيارهاي قديمي‌تر مانند «شدت» بود، به همين ترتيب به‌طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت و به خوبي تثبيت شد. ما مقياس ريشتر را ML (بزرگاي محلي) مي‌ناميم، اما بسياري از رسانه‌ها معمولا همه بزرگا‌ها را به عنوان بزرگاي ريشتر گزارش مي‌كنند! بزرگاي زلزله هيچ واحد فيزيكي يا 0 معني‌داري ندارد. اين به اين دليل است كه نمي‌توانيم انرژي زلزله را دقيق حساب كنيم. همين عدم دقت منشا بسيار از تخمين‌هاي متفاوت به ويژه در اعلان سريع اندازه زمين‌لرزه است.
اندازه بزرگاي يك شاخص شرطي، اسكالر و بدون بعد از انرژي لرزه‌اي آزاد شده در كانون لرزه است. از زمان ريشتر (1935) معرفي بزرگا امكان مقايسه اندازه زمينلرزهها را به صورت ابزاري در سراسر جهان فراهم كرد.
اكثر مقياس‌هاي بزرگا عمدتا مبتني بر وابستگي‌هاي تجربي حاوي چندين ثابت (يا توابع مشتق شده تجربي) هستند. اين ثابت‌ها به گونه‌اي تعيين مي‌شوند كه بزرگا‌هاي مقياس جديد (حداقل در يك بازه اندازه معين) با مقياس موجود مطابقت داشته باشند. متاسفانه، تلاش‌ها براي معرفي مقياس بزرگاي استاندارد در جهان تاكنون شكست خورده است. زلزله‌شناسان معمولا از يك اندازه‌گيري نسبي استفاده مي‌كنند. انتخاب يك زمين‌لرزه خاص ثبت شده در يك فاصله خاص به عنوان زلزله «استاندارد» آسان‌تر است و آن را يك ريشتر ناميدند. افزايش هر واحد بزرگا با افزايش 10 برابري دامنه حركت زمين و حدود 32 تا 33 برابر انرژي همراه است. معني اين در زبان انگليسي ساده اين است كه هر نقطه روي ترازو با دامنه 10 برابر بزرگ‌تر از نقطه زير آن مي‌لرزد. لرزش زمين‌لرزه M4.0 ده برابر بزرگ‌تر از M3.0 و صد برابر بزرگ‌تر از M2.0 و هزار برابر بزرگ‌تر از M1.0 است مقياس، M9.0 خيره‌كننده 100 ميليون برابر بزرگ‌تر از M1.0 است! در دقايق اوليه (يا ده‌ها دقيقه اول) پس از يك زمين‌لرزه تا «يك» واحد بزرگا نيمي از اختلاف بين تخمين‌ها عموما توسط زلزله‌شناسان به عنوان پراكندگي معقول رد مي‌شود. اما تفاوت‌هاي بزرگ‌تر از آن معمولا به اين معني است كه يك مشكل نسبتا جدي وجود دارد، مانند تكنيك كاملا اشتباه استفاده شده است يا داده‌هاي حياتي حذف شده‌اند.