Escala de Richter

Medida de la fuerza de un terremoto

La escala de Richter ^[1] ( / ˈ r ɪ k t ər / ), también llamada escala de magnitud de Richter , escala de magnitud de Richter y escala de Gutenberg-Richter , ^[2] es una medida de la fuerza de los terremotos , desarrollada por Charles Richter en colaboración con Beno Gutenberg , y presentada en el artículo de referencia de Richter de 1935, donde la llamó "escala de magnitud".  [ ^3] Esta fue revisada más tarde y renombrada como escala de magnitud local , denotada como ML o M _L. ^[4]

Debido a varias deficiencias de la escala original M _L   , la mayoría de las autoridades sismológicas ahora utilizan otras escalas similares, como la escala de magnitud de momento (M _w  ) para informar las magnitudes de los terremotos, pero gran parte de los medios de comunicación todavía se refieren erróneamente a estas como magnitudes "Richter". Todas las escalas de magnitud conservan el carácter logarítmico de la original y se escalan para tener valores numéricos aproximadamente comparables (normalmente en la mitad de la escala). Debido a la variación en los terremotos, es esencial entender que la escala Richter utiliza logaritmos comunes simplemente para hacer que las mediciones sean manejables (es decir, un terremoto de magnitud 3 factoriza 10³ mientras que un terremoto de magnitud 5 factoriza 10 ⁵ y tiene lecturas sismométricas 100 veces mayores). ^[5]

Magnitudes de Richter

La magnitud de Richter de un terremoto se determina a partir del logaritmo de la amplitud de las ondas registradas por los sismógrafos. Se incluyen ajustes para compensar la variación en la distancia entre los distintos sismógrafos y el epicentro del terremoto. La fórmula original es: ^[6]

$${\displaystyle M_{\mathrm {L} }=\log _{10}A-\log _{10}A_{\mathrm {0} }(\delta )=\log _{10}[A/A_{\mathrm {0} }(\delta )],\ }$$

donde A es la excursión máxima del sismógrafo Wood-Anderson , la función empírica A ₀ depende únicamente de la distancia epicentral de la estación, . En la práctica, las lecturas de todas las estaciones de observación se promedian después del ajuste con correcciones específicas de la estación para obtener el   valor M _L. ^[6] ${\displaystyle \delta }$

Debido a la base logarítmica de la escala, cada aumento de magnitud de un número entero representa un aumento de diez veces en la amplitud medida. En términos de energía, cada aumento de un número entero corresponde a un aumento de aproximadamente 31,6 veces la cantidad de energía liberada, y cada aumento de 0,2 corresponde aproximadamente a una duplicación de la energía liberada.

Los eventos con magnitudes superiores a 4,5 son lo suficientemente fuertes como para ser registrados por un sismógrafo en cualquier parte del mundo, siempre que sus sensores no estén ubicados en la sombra del terremoto . ^{[7] [8] [9]}

A continuación se describen los efectos típicos de terremotos de diversas magnitudes cerca del epicentro. ^[10] Los valores son típicos y pueden no ser exactos en un evento futuro porque la intensidad y los efectos del suelo dependen no solo de la magnitud sino también de (1) la distancia al epicentro, (2) la profundidad del foco del terremoto debajo del epicentro, (3) la ubicación del epicentro y (4) las condiciones geológicas .

( Basado en documentos del Servicio Geológico de Estados Unidos. ) ^[14]

La intensidad y el número de muertos dependen de varios factores (profundidad del terremoto, ubicación del epicentro y densidad de población, por nombrar algunos) y pueden variar ampliamente.

Cada año se producen millones de terremotos menores en todo el mundo, lo que equivale a cientos cada hora todos los días. ^[15] Por otro lado, los terremotos de magnitud ≥8,0 ocurren aproximadamente una vez al año, en promedio. ^[15] El terremoto más grande registrado fue el Gran Terremoto de Chile del 22 de mayo de 1960, que tuvo una magnitud de 9,5 en la escala de magnitud de momento . ^[16]

La sismóloga Susan Hough ha sugerido que un terremoto de magnitud 10 puede representar un límite superior muy aproximado de lo que son capaces de hacer las zonas tectónicas de la Tierra, lo que sería el resultado de la ruptura conjunta del mayor cinturón continuo de fallas conocido (a lo largo de la costa del Pacífico de las Américas). ^[17] Una investigación de la Universidad de Tohoku en Japón descubrió que un terremoto de magnitud 10 era teóricamente posible si un total de 3.000 kilómetros (1.900 millas) de fallas desde la fosa de Japón hasta la fosa de Kuril-Kamchatka se rompieran juntas y se desplazaran 60 metros (200 pies) (o si ocurriera una ruptura similar a gran escala en otro lugar). Un terremoto de ese tipo causaría movimientos del suelo durante hasta una hora, con tsunamis que golpean las costas mientras el suelo todavía está temblando, y si ocurriera este tipo de terremoto, probablemente sería un evento que ocurre una vez cada 10.000 años. ^[18]

Desarrollo

Charles Francis Richter (alrededor de 1970)

Antes del desarrollo de la escala de magnitud, la única medida de la fuerza o "tamaño" de un terremoto era una evaluación subjetiva de la intensidad del temblor observado cerca del epicentro del terremoto, categorizado por varias escalas de intensidad sísmica como la escala de Rossi-Forel . ("Tamaño" se utiliza en el sentido de la cantidad de energía liberada, no el tamaño del área afectada por el temblor, aunque los terremotos de mayor energía tienden a afectar un área más amplia, dependiendo de la geología local). En 1883, John Milne supuso que el temblor de grandes terremotos podría generar ondas detectables en todo el mundo, y en 1899 E. Von Rehbur Paschvitz observó en Alemania ondas sísmicas atribuibles a un terremoto en Tokio . ^[19] En la década de 1920, Harry O. Wood y John A. Anderson desarrollaron el sismógrafo Wood-Anderson , uno de los primeros instrumentos prácticos para registrar ondas sísmicas. ^[20] Wood luego construyó, bajo los auspicios del Instituto Tecnológico de California y el Instituto Carnegie , una red de sismógrafos que se extendía por el sur de California . ^[21] También reclutó al joven y desconocido Charles Richter para medir los sismogramas y localizar los terremotos que generaban las ondas sísmicas. ^[22]

En 1931, Kiyoo Wadati mostró cómo había medido, para varios terremotos fuertes en Japón, la amplitud del temblor observado a varias distancias del epicentro. Luego trazó el logaritmo de la amplitud en función de la distancia y encontró una serie de curvas que mostraban una correlación aproximada con las magnitudes estimadas de los terremotos. ^[23] Richter resolvió algunas dificultades con este método ^[24] y luego, utilizando datos recopilados por su colega Beno Gutenberg , produjo curvas similares, confirmando que podían usarse para comparar las magnitudes relativas de diferentes terremotos. ^[25]

Se requirieron desarrollos adicionales para producir un método práctico de asignar una medida absoluta de magnitud. Primero, para abarcar el amplio rango de valores posibles, Richter adoptó la sugerencia de Gutenberg de una escala logarítmica , donde cada paso representa un aumento de magnitud diez veces mayor, similar a la escala de magnitud utilizada por los astrónomos para el brillo de las estrellas . ^[26] Segundo, quería que una magnitud de cero estuviera cerca del límite de la perceptibilidad humana. ^[27] Tercero, especificó el sismógrafo Wood-Anderson como el instrumento estándar para producir sismogramas. La magnitud se definió entonces como "el logaritmo de la amplitud máxima de la traza, expresada en micrones ", medida a una distancia de 100 km (62 mi). La escala se calibró definiendo un choque de magnitud 0 como uno que produce (a una distancia de 100 km (62 mi)) una amplitud máxima de 1 micrón (1 μm, o 0,001 milímetros) en un sismograma registrado por un sismómetro de torsión Wood-Anderson. ^[28] Finalmente, Richter calculó una tabla de correcciones de distancia, ^[29] en que para distancias menores a 200 kilómetros ^[30] la atenuación se ve fuertemente afectada por la estructura y propiedades de la geología regional. ^[31]

Cuando Richter presentó la escala resultante en 1935, la llamó (por sugerencia de Harry Wood) simplemente una escala de "magnitud". ^[32] La "magnitud de Richter" parece haberse originado cuando Perry Byerly le dijo a la prensa que la escala era de Richter y "debería ser referida como tal". ^[33] En 1956, Gutenberg y Richter, aunque todavía se referían a la "escala de magnitud", la etiquetaron como "magnitud local", con el símbolo M _L  , para distinguirla de otras dos escalas que habían desarrollado, las escalas de magnitud de onda superficial (M _S ) y magnitud de onda corporal (M _B ). ^[34]

Detalles

Cómo se determina la escala de magnitud de Richter: cuanto mayor sea el valor en el gráfico logarítmico, mayor será el daño causado.

La escala Richter se definió en 1935 para circunstancias e instrumentos particulares; las circunstancias particulares hacen referencia a que se definió para el sur de California e "incorpora implícitamente las propiedades atenuantes de la corteza y el manto del sur de California". ^[35] El instrumento particular utilizado se saturaría con terremotos fuertes y no podría registrar valores altos. La escala fue reemplazada en la década de 1970 por la escala de magnitud de momento (MMS, símbolo M _w  ); para los terremotos medidos adecuadamente por la escala Richter, los valores numéricos son aproximadamente los mismos. Aunque los valores medidos para los terremotos ahora son M _w  , la prensa los informa con frecuencia como valores de Richter, incluso para terremotos de magnitud superior a 8, cuando la escala Richter deja de tener sentido.

Las escalas Richter y MMS miden la energía liberada por un terremoto; otra escala, la escala de intensidad Mercalli , clasifica los terremotos según sus efectos , desde detectables por instrumentos pero no perceptibles hasta catastróficos. La energía y los efectos no están necesariamente fuertemente correlacionados; un terremoto superficial en una zona poblada con suelo de ciertos tipos puede tener un impacto mucho más intenso que un terremoto profundo mucho más enérgico en una zona aislada.

Varias escalas han sido descritas históricamente como la "escala de Richter", ^{[ cita requerida ]} , especialmente la magnitud local M _L   y la escala de onda superficial M _s   . Además, la magnitud de onda corporal , mb , y la magnitud de momento , M _w  , abreviada MMS, han sido ampliamente utilizadas durante décadas. Un par de nuevas técnicas para medir la magnitud están en la etapa de desarrollo por parte de los sismólogos.

Todas las escalas de magnitud han sido diseñadas para dar resultados numéricamente similares. Este objetivo se ha logrado bien para M _L  , M _s  y M _w  . ^{[36] [37]} La ​​escala mb da valores algo diferentes a las otras escalas. La razón de que haya tantas formas diferentes de medir lo mismo es que a diferentes distancias, para diferentes profundidades hipocentrales y para diferentes tamaños de terremotos, se deben medir las amplitudes de diferentes tipos de ondas elásticas.

La escala M _L   es la utilizada para la mayoría de los terremotos reportados (decenas de miles) por los observatorios sismológicos locales y regionales. Para los grandes terremotos en todo el mundo, la escala de magnitud de momento (MMS) es la más común, aunque   también se reporta con frecuencia M _{s .}

El momento sísmico , M ₀  , es proporcional al área de la ruptura por el deslizamiento promedio que tuvo lugar en el terremoto, por lo que mide el tamaño físico del evento. M _w   se deriva de él empíricamente como una cantidad sin unidades, solo un número diseñado para ajustarse a la   escala M _{s .} ^[38] Se requiere un análisis espectral para obtener M ₀  . En contraste, las otras magnitudes se derivan de una simple medición de la amplitud de una onda definida con precisión.

Todas las escalas, excepto M _w  , se saturan para terremotos grandes, lo que significa que se basan en las amplitudes de ondas que tienen una longitud de onda más corta que la longitud de ruptura de los terremotos. Estas ondas cortas (ondas de alta frecuencia) son un criterio demasiado corto para medir la extensión del evento. El límite superior efectivo de medición resultante para M _L   es de aproximadamente 7 y de aproximadamente 8,5 ^[39] para M _s  . ^[40]

Se están desarrollando nuevas técnicas para evitar el problema de la saturación y medir magnitudes rápidamente en el caso de terremotos muy grandes. Una de ellas se basa en la onda P de período largo; ^[41] La otra se basa en una onda de canal descubierta recientemente. ^[42]

La liberación de energía de un terremoto, ^[43] que se correlaciona estrechamente con su poder destructivo, escala con la potencia 3 ⁄ 2 de la amplitud de sacudida (ver Escala de magnitud de momento para una explicación). Por lo tanto, una diferencia en magnitud de 1.0 es equivalente a un factor de 31.6 ( ) en la energía liberada; una diferencia en magnitud de 2.0 es equivalente a un factor de 1000 ( ) en la energía liberada. ^[44] La energía elástica irradiada se deriva mejor de una integración del espectro irradiado, pero una estimación se puede basar en mb porque la mayor parte de la energía es transportada por las ondas de alta frecuencia. ${\displaystyle =({10^{1.0}})^{(3/2)}}$ ${\displaystyle =({10^{2.0}})^{(3/2)}}$

Fórmulas empíricas de magnitud

Estas fórmulas para la magnitud de Richter son alternativas al uso de las tablas de correlación de Richter basadas en el evento sísmico estándar de Richter. En las fórmulas siguientes, es la distancia epicentral en kilómetros , y es la misma distancia representada como grados del círculo máximo del nivel del mar . ${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}\ }$ ${\displaystyle {\big (}\ M_{\mathsf {L}}=0\ ,}$ ${\displaystyle \ A=0.001\ {\mathsf {mm}}\ ,}$ ${\displaystyle \ D=100\ {\mathsf {km}}\ {\big )}~.}$ ${\displaystyle \ \Delta \ }$ ${\displaystyle \ \Delta ^{\circ }\ }$

La fórmula empírica de Lillie es:

${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}=\log _{10}A-2.48+2.76\ \log _{10}\Delta \ }$

donde es la amplitud (máximo desplazamiento sobre el terreno) de la onda P , en micrómetros (μm) , medida a 0,8 Hz. ${\displaystyle \ A\ }$

La propuesta de fórmula empírica de Lahr ^[45] es:

${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}=\log _{10}A+1.6\ \log _{10}D-0.15\ ,}$

dónde

${\displaystyle \ A\ }$¿Es la amplitud de la señal del sismógrafo en mm y

${\displaystyle \ D\ }$está en km , para distancias menores a 200 km.

y

${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}=\log _{10}A+3.0\ \log _{10}D-3.38\ ;}$

donde está en km , para distancias entre 200 km y 600 km. ${\displaystyle \ D\ }$

La fórmula empírica de Bisztricsany (1958) para distancias de epicentro entre 4° y 160° es: ^[46]

${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}=2.92+2.25\ \log _{10}\left(\tau \right)-0.001\ \Delta ^{\circ }\ ,}$

dónde

${\displaystyle \ \tau \ }$es la duración de la onda superficial en segundos, y

${\displaystyle \ \Delta ^{\circ }\ }$está en grados.

${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}\ }$Está principalmente entre 5 y 8.

La fórmula empírica de Tsumura es: ^[47]

${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}=-2.53+2.85\log _{10}\left(F-P\right)+0.0014\ \Delta ^{\circ }\ ,}$

dónde

${\displaystyle \ F-P\ }$es la duración total de la oscilación en segundos.

${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}\ }$toma principalmente valores entre 3 y 5.

La fórmula empírica de Tsuboi (Universidad de Tokio) es:

${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}=\log _{10}A+1.73\ \log _{10}\Delta -0.83\ ,}$

donde es la amplitud en μm . ${\displaystyle \ A\ }$

Véase también

• Portal de ciencias de la tierra

• 1935 en la ciencia
• Escalas de intensidad sísmica
• Escalas de magnitud sísmica
• Cronología de las invenciones en Estados Unidos (1890-1945)

Notas

1. Kanamori 1978, pág. 411. Hough (2007, pp. 122-126) analiza el nombre con cierta extensión.
2. McPhee, John (1998). Anales del mundo anterior . Farrar, Straus y Giroux. pág. 608.
3. Kanamori 1978, pag. 411; Richter 1935.
4. Gutenberg y Richter 1956b, pág. 30.
5. "Proyecto Discovery 17: Órdenes de magnitud". www.stewartmath.com . Consultado el 24 de febrero de 2022 .
6. Ellsworth, William L. (1991). "The Richter Scale ML". En Wallace, Robert E. (ed.). El sistema de fallas de San Andrés, California . USGS. pág. 177. Documento profesional 1515. Archivado desde el original el 25 de abril de 2016. Consultado el 14 de septiembre de 2008 .
7. Brush, Stephen G. (septiembre de 1980). «Descubrimiento del núcleo de la Tierra». American Journal of Physics . 48 (9): 705–724. doi :10.1119/1.12026. ISSN  0002-9505.
8. Michael Allaby (2008). Diccionario de ciencias de la tierra (3.ª ed.). Oxford. ISBN 978-0-19-921194-4.OCLC 177509121  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace )
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10. "¿Qué es la escala de magnitudes de Richter?". GNS Science . Archivado desde el original el 3 de agosto de 2021. Consultado el 3 de agosto de 2021 .
11. "Comparación de magnitud/intensidad". Archivado desde el original el 23 de junio de 2011.
12. Esto es lo que escribió Richter en su libro Elementary Seismology (1958), una opinión que luego se reprodujo profusamente en los manuales sobre ciencias de la Tierra. Evidencias recientes muestran que los terremotos con magnitudes negativas (hasta -0,7) también pueden sentirse en casos excepcionales, especialmente cuando el foco es muy superficial (unos cientos de metros). Véase: Thouvenot, F.; Bouchon, M. (2008). "¿Cuál es el umbral de magnitud más bajo en el que un terremoto puede sentirse u oírse, o los objetos lanzados al aire?", en Fréchet, J., Meghraoui, M. y Stucchi, M. (eds), Modern Approaches in Solid Earth Sciences (vol. 2), Historical Seismology: Interdisciplinary Studies of Past and Recent Earthquakes, Springer, Dordrecht, 313–326.
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17. Silver, Nate (2013). La señal y el ruido: el arte y la ciencia de la predicción . Londres: Penguin. ISBN 9780141975658.
18. Kyodo (15 de diciembre de 2012). «Podría producirse un temblor de magnitud 10: estudio». The Japan Times . Consultado el 15 de septiembre de 2020 .
19. Bolt 1993, pág. 47.
20. Hough 2007;
21. Hough 2007, pág. 57.
22. Hough 2007, págs. 57, 116.
23. Richter 1935, pág. 2.
24. Richter 1935, págs. 1–5.
25. Richter 1935, págs. 2-3.
26. [pendiente]
27. Richter 1935, pág. 14: Gutenberg y Richter 1936, pág. 183.
28. Richter 1935, pág. 5. Véase también Hutton y Boore 1987, pág. 1; Chung y Bernreuter 1980, pág. 10.
29. Richter 1935, pág. 6, Tabla I.
30. Richter 1935, pág. 32.
31. Chung y Bernreuter 1980, pág. 5.
32. Richter 1935, pág. 1. Su artículo se titula: "Una escala instrumental de magnitud de terremoto".
33. Hough 2007, págs. 123-124.
34. Gutenberg y Richter 1956b, pág. 30.
35. "Explicación de los listados de boletines, USGS".
36. Richter 1935.
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39. Woo, Wang-chun (septiembre de 2012). "Sobre las magnitudes de los terremotos". Observatorio de Hong Kong. Archivado desde el original el 24 de mayo de 2017. Consultado el 18 de diciembre de 2013 .
40. "Escala de Richter". Glosario . USGS . 31 de marzo de 2010.
41. Di Giacomo, D., Parolai, S., Saul, J., Grosser, H., Bormann, P., Wang, R. y Zschau, J., 2008. "Determinación rápida de la magnitud energética Me", en la 31ª Asamblea General de la Comisión Sismológica Europea, Hersonissos.
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47. Al-Arifi, Nassir S.; Al-Humidan, Saad (julio de 2012). "Calibración de la magnitud del terremoto local y regional de la subred analógica de Tabuk, noroeste de Arabia Saudita". Revista de la Universidad Rey Saud - Ciencia . 24 (3): 257–263. doi : 10.1016/j.jksus.2011.04.001 .

Fuentes

• Bolt, BA (1993), Terremotos y descubrimientos geológicos , Scientific American Library, ISBN 0-7167-5040-6.

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• Gutenberg, B.; Richter, CF (21 de febrero de 1936), "Discusión: magnitud y energía de los terremotos", Science , 83 (2147): 183–185, Bibcode :1936Sci....83..183G, doi :10.1126/science.83.2147.183, PMID  17770563.

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• Hough, SE (2007), Escala de Richter: medida de un terremoto, medida de un hombre, Princeton University Press, ISBN 978-0-691-12807-8.

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• Richter, CF (enero de 1935), "An Instrumental Earthquake Magnitude Scale" (PDF) , Boletín de la Sociedad Sismológica de América , 25 (1): 1–32, archivado desde el original (PDF) el 10 de julio de 2018 , consultado el 14 de marzo de 2018.

Enlaces externos

• Monitor Sísmico – Consorcio IRIS
• Política de magnitud de terremotos del USGS (implementada el 18 de enero de 2002) – USGS
• Perspectiva: una comparación gráfica de la liberación de energía de los terremotos – Centro de Alerta de Tsunamis del Pacífico