發展歷史
芮氏地震規模最早是在1935年由兩位來自美國加州理工學院的地震學家裡克特(Charles Francis Richter)和古騰堡(Beno Gutenberg)共同制定的。此標度原先僅是為了研究美國加州地區發生的地震而設計的,並用伍德-安德森扭力式地震儀(Wood-Anderson torsion seismometer)測量。里克特設計此標度的目的是區分當時加州地區發生的大量小規模地震和少量大規模地震,而靈感則來自天文學中表示天體亮度的星等。
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)的地震作為規模0級的地震。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(103微米)的話,則震級為芮氏3級。芮氏地震規模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。
由於當初設計芮氏地震規模時所使用的伍德-安德森扭力式地震儀的限制,近震規模 ML 若大於約6.8級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。
缺點和改進
芮氏地震規模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the scaling law of earthquake spectra的限制,在8.3-8.5級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後得出芮氏地震規模(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地震矩規模 (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。地震規模與地震烈度是不同的概念。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,並非地震之絕對犟度。
震級與發生頻率
下表列出的是不同芮氏規模(ML)的年均發生次數和震中地區的影響:
程度 | 芮氏規模 | 地震影響 | 發生頻率(全球) |
極微 | 2.0以下 | 很小,沒感覺 | 約每天 8,000次 |
甚微 | 2.0-2.9 | 人一般沒感覺,設備可以記錄 | 約每天 1,000次 |
微小 | 3.0-3.9 | 經常有感覺,但是很少會造成損失 | 估計每年49,000次 |
弱 | 4.0-4.9 | 室內東西搖晃出聲,不太可能有大量損失。當地震強度超過4.5級時,已足夠讓全球的地震儀監測得到。 | 估計每年6,200次 |
中 | 5.0-5.9 | 可在小區域內對設計/建造不佳或偷工減料的建築物造成大量破壞,但對設計/建造優良的建築物則只會有少量的損害。 | 每年800次 |
強 | 6.0-6.9 | 可摧毀方圓100英里以內的居住區。 | 每年120次 |
甚強 | 7.0-7.9 | 可對更大的區域造成嚴重破壞。 | 每年18次 |
極強 | 8.0-8.9 | 可摧毀方圓數百英里的區域。 | 每年1次 |
超強 | 9.0及其以上 | 摧毀方圓數千英里的區域 | 每20年1次 |
(數據來自美國地需要注意的是由於地震影響還受當地地質條件等因素的影響,表中描述的是極端影響
歷史紀錄中最強烈的地震是1960年5月22日的智利大地震,芮氏9.5級。
震級與能量
由於芮氏地震規模是常用對數,因此在估算能量的時候,芮氏規模每增加一,釋放的能量大約增加32倍。
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:
芮氏規模 | 大致相應的TNT當量 | 實例 |
0.5 | 6kg | 手榴彈爆炸 |
1.0 | 30kg | 建築爆破 |
1.5 | 180kg | 二戰期間常規炸彈 |
2.0 | 1噸 | 二戰期間常規炸彈 |
2.5 | 6噸 | 二戰期間的"Cookie" 巨型炸彈 |
3.0 | 30噸 | 2003年大型燃料空氣炸彈(MOAB) |
3.5 | 180噸 | 1986年前蘇聯車諾比核事故 |
4.0 | 1千噸 | 小型核子彈 |
4.5 | 6千噸 | 常見的龍捲風 |
5.0 | 1萬噸 | 美國在二戰結束前在日本廣島、長崎投放的核子彈(投放後日本無條件投降) |
5.5 | 3.3萬噸 | 1992年美國內華達州Little Skull Mtn.地震 |
6.0 | 10萬噸 | 1994年美國內華達州Double Spring Flat地震 |
6.5 | 60萬噸 | 1994年Northridge地震 |
7.0 | 340萬噸 | 目前最大型的核子彈 (註:前蘇聯曾試爆5000萬噸級別的氫彈) |
7.5 | 1900萬噸 | 1992年美國加利福尼亞Landers地震 |
8.0 | 11億噸 | 1976年中國唐山大地震(7.8級)、2008年中國汶川大地震(8.0級-2008年5月18日修訂) |
8.5 | 62億噸 | 1964年美國阿拉斯加安克雷奇耶穌受難日地震 |
9.0 | 350億噸 | 2004年印度洋大地震(地震發生後引發了海嘯,即2004年南亞大海嘯) |
10.0 | 1兆噸 | 約相當於一個直徑約為100公里的石質隕石以秒速25公里撞擊地球時所產生的地震。 |