escala de Richter

Medida de la fuerza de un terremoto

La escala de Richter ^[1] ( / 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 Francis Richter en colaboración con Beno Gutenberg , y presentada en el histórico artículo de Richter de 1935, donde la llamó "escala de magnitud". ^[3] Esto fue posteriormente revisado y renombrado como escala de magnitud local , denotada como ML o _ML  . ^[4]

Debido a varias deficiencias de la escala ML original _,   la mayoría de las autoridades sismológicas ahora usan otras escalas similares, como la escala de magnitud de momento (Mw ₎  para informar las magnitudes de los terremotos, pero muchos de los medios de comunicación todavía se refieren erróneamente a éstas como magnitudes "Richter". . Todas las escalas de magnitud conservan el carácter logarítmico del original y están escaladas para tener valores numéricos aproximadamente comparables (normalmente en el medio de la escala). Debido a la variación en los terremotos, es esencial comprender que la escala de Richter utiliza logaritmos comunes simplemente para 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 de sismómetro 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 sólo 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 _ML   . ^[6] ${\displaystyle \delta }$

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

( Basado en documentos del Servicio Geológico de EE. UU. ) ^[14]

La intensidad y el número de muertes 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 cada día. ^[15] Por otro lado, los terremotos de magnitud ≥8,0 ocurren aproximadamente una vez al año, en promedio. ^[15] El mayor terremoto 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 . ^[dieciséis]

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 cinturón continuo de fallas más grande conocido (a lo largo de la costa del Pacífico de América). ). ^[17] Una investigación de la Universidad de Tohoku en Japón encontró 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 movieran 60 metros (200 ft) (o si se produjo una ruptura similar a gran escala en otro lugar). Un terremoto de este tipo provocaría movimientos del suelo de hasta una hora, con tsunamis golpeando las costas mientras el suelo aún está temblando, y si este tipo de terremoto ocurriera, probablemente sería un evento que ocurre cada 10.000 años. ^[18]

Desarrollo

Charles Francis Richter (hacia 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 del 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 las sacudidas de grandes terremotos podrían 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 construyó entonces, bajo los auspicios del Instituto de Tecnología de California y el Instituto Carnegie , una red de sismógrafos que se extendía por todo 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, durante varios terremotos fuertes en Japón, la amplitud del temblor observado a distintas distancias del epicentro. Luego trazó el logaritmo de la amplitud frente a 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 podrían 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 la amplia gama de valores posibles, Richter adoptó la sugerencia de Gutenberg de una escala logarítmica , donde cada paso representa un aumento de magnitud diez veces, similar a la escala de magnitud utilizada por los astrónomos para el brillo de las estrellas . ^[26] En segundo lugar, quería que una magnitud de cero estuviera alrededor del límite de la perceptibilidad humana. ^[27] En tercer lugar, 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 micras ", medida a una distancia de 100 km (62 millas). La escala se calibró definiendo un choque de magnitud 0 como aquel que produce (a una distancia de 100 km (62 millas)) una amplitud máxima de 1 micrón (1 µm o 0,001 milímetros) en un sismograma registrado por un sistema de torsión de Wood-Anderson. sismómetro. ^[28] Finalmente, Richter calculó una tabla de correcciones de distancia, ^[29] en la que para distancias inferiores 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 escala de "magnitud". ^[32] La "magnitud de Richter" parece haberse originado cuando Perry Byerly dijo a la prensa que la escala era la de Richter y "debería denominarse como tal". ^[33] En 1956, Gutenberg y Richter, aunque todavía se referían a la "escala de magnitud", la denominaron "magnitud local", con el símbolo M _L  , para distinguirla de otras dos escalas que habían desarrollado, la magnitud de onda superficial (M _S ) y escalas de magnitud de onda corporal (MB ₎ . ^[34]

Detalles

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

La escala de Richter fue definida en 1935 para circunstancias e instrumentos particulares; las circunstancias particulares se refieren a que se define 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 quedaría saturado por fuertes terremotos y no podría registrar valores altos. La escala fue reemplazada en la década de 1970 por la escala de magnitud de momento (MMS, símbolo Mw ₎  ; para los terremotos medidos adecuadamente mediante la escala de Richter, los valores numéricos son aproximadamente los mismos. Aunque los valores medidos para los terremotos ahora son Mw _,  con frecuencia la prensa los informa como valores de Richter, incluso para terremotos de magnitud superior a 8, cuando la escala de Richter deja de tener sentido.

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

Varias escalas se han descrito históricamente como la "escala de Richter", ^{[ cita necesaria ]} , 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 , Mw _,  abreviada MMS, se han utilizado ampliamente durante décadas. Los sismólogos están desarrollando un par de nuevas técnicas para medir la magnitud.

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 existan 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.

M _L   es la escala 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 informa con frecuencia M _{s .}

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

Todas las escalas, excepto Mw _,  se saturan para los grandes terremotos, 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 magnitud del evento. El límite superior efectivo resultante de medición para M _L   es aproximadamente 7 y aproximadamente 8,5 ^[39] para M _s  . ^[40]

Se están desarrollando nuevas técnicas para evitar el problema de la saturación y medir rápidamente las magnitudes de terremotos muy grandes. Uno de ellos se basa en la onda P de período largo; ^[41] El otro 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, aumenta con la potencia de 3 ⁄ 2 de la amplitud del temblor (consulte la escala de magnitud del momento para obtener una explicación). Así, una diferencia de magnitud de 1.0 equivale a un factor de 31.6 ( ) en la energía liberada; una diferencia de magnitud de 2,0 equivale a un factor de 1000 ( ) en la energía liberada. ^[44] La energía elástica irradiada se deriva mejor de una integración del espectro radiado, pero una estimación puede basarse 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 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 gran círculo 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 (desplazamiento máximo del suelo) de la onda P , en micrómetros (μm) , medida a 0,8 Hz. ${\displaystyle \ A\ }$

La fórmula empírica propuesta por 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 inferiores 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:

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

¿Dónde está la amplitud en µm ? ${\displaystyle \ A\ }$

Ver también

• portal de ciencias de la tierra

• 1935 en ciencia
• Escala de emergencia de Rohn para medir la magnitud (intensidad) de cualquier emergencia
• Escalas de intensidad sísmica
• Escalas de magnitud sísmica
• Cronología de las invenciones estadounidenses (1890-1945)

Notas

1. Kanamori 1978, pag. 411. Hough (2007, págs. 122-126) analiza el nombre con cierta extensión.
2. McPhee, John (1998). Anales del mundo anterior . Farrar, Straus y Giroux. pag. 608.
3. Kanamori 1978, pag. 411; Richter 1935.
4. Gutenberg y Richter 1956b, pág. 30.
5. "Proyecto de descubrimiento 17: Órdenes de magnitud". www.stewartmath.com . Consultado el 24 de febrero de 2022 .
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10. "¿Qué es la escala de magnitud de Richter?". Ciencia GNS . Archivado desde el original el 3 de agosto de 2021 . Consultado el 3 de agosto de 2021 .
11. "Comparación magnitud / intensidad". Archivado desde el original el 23 de junio de 2011.
12. Esto es lo que Richter escribió en su Sismología elemental (1958), una opinión reproducida copiosamente después en las cartillas científicas de la Tierra. La evidencia reciente muestra que los terremotos con magnitudes negativas (hasta -0,7) también pueden sentirse en casos excepcionales, especialmente cuando el foco es muy superficial (unos pocos cientos de metros). Ver: Thouvenot, F.; Bouchon, M. (2008). "¿Cuál es el umbral de magnitud más bajo en el que se puede sentir u oír un terremoto, o se pueden lanzar objetos al aire?", en Fréchet, J., Meghraoui, M. & Stucchi, M. (eds), Modern Approaches in Solid Earth Ciencias (vol. 2), Sismología histórica: estudios interdisciplinarios de terremotos pasados ​​​​y recientes, Springer, Dordrecht, 313–326.
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18. Kyodo (15 de diciembre de 2012). "Podría ocurrir un temblor de magnitud 10: estudio". Los tiempos de Japón . Consultado el 15 de septiembre de 2020 .
19. Perno 1993, pag. 47.
20. Duro 2007;
21. Hough 2007, pag. 57.
22. Hough 2007, págs.57, 116.
23. Richter 1935, pag. 2.
24. Richter 1935, págs. 1-5.
25. Richter 1935, págs. 2-3.
26. [pendiente]
27. Richter 1935, pag. 14: Gutenberg y Richter 1936, pág. 183.
28. Richter 1935, pag. 5. Véase también Hutton y Boore 1987, p. 1; Chung y Bernreuter 1980, pág. 10.
29. Richter 1935, pag. 6, Tabla I.
30. Richter 1935, pag. 32.
31. Chung y Bernreuter 1980, pág. 5.
32. Richter 1935, pag. 1. Su artículo se titula: "Una escala instrumental de magnitud de terremotos".
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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40. "Escala de Richter". Glosario . USGS . 31 de marzo de 2010.
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Fuentes

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• Kanamori, Hiroo (2 de febrero de 1978), "Quantification of Earthquakes" (PDF) , Nature , 271 (5644): 411–414, Bibcode :1978Natur.271..411K, doi :10.1038/271411a0.

• 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 , recuperado 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 un terremoto – Centro de Alerta de Tsunamis del Pacífico