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震级(M)的英文单词为magnitude,它用于表示地震的相对大小。说相对,是因为震级没有量纲,它可以是0,也可以是负数。比如用锤子敲击地面,产生的震级大约为-1级。

这是一个大众即熟悉又陌生的科学名词。虽然我们经常听到这个名词,但我们对它并不了解。震级是地震学定量研究的基础,但计算过程非常复杂,难度超出了一般人的想象。

为了全面研究地震,人们发明了不同的震级标度。不仅有我们耳熟能详的里氏震级ML,还有体波震级mb,面波震级Ms,Lg波震级mbLg,矩震级Mw,持续时间震级Md,能量震级Me,地幔震级Mm,等等。地震发生后,不同的地震波(震相)在不同的地球内部传播,用不同距离的不同类型的地震仪,对地震波的不同震相进行不同算法的计算,就能得到各自相应的震级。

作为大众,我们没有必要深究震级的计算过程,以及各震级之间是如何进行转换的,但我们需要知道媒体报道的震级指的是哪一种。以这次日本大地震为例。

世界时间2011年3月11日5时46分23秒(北京时间13:46:23),日本最大的岛——本州岛东部海域(38.322°N, 142.369°E)发生强烈地震。美国地质调查局(USGS)下属的国家地震信息中心(NEIC)地震响应能力很快,他们很快在网站上公布了初步结果,震级M=7.9(图1)。

图1

这里M7.9所指的震级是Mi,这种震级和矩震级Mw不同,它是科学家Tsuboi (1995) 为了对大地震的海啸能量作出快速评估,而做出的快速求解Mw的方法。但Mi的震级范围为5~8,一旦地震震级超过8级,Mi就不准确了。因此,过了没多久,USGS就将震级修正为Mw8.9级(图2)。

图2

Mw是真正的矩震级,这种震级和地震震源的物理过程直接关联,能够反映地震实际释放的能量大小,也是目前用于度量地震最理想的标度。理论上,Mw震级没有上下限,但地球的板块大小是有限的,那就意味着岩石的破裂长度是有限的,震级也就不可能无限大。事实也是如此,迄今为止,最大的一次地震是1960年的智利大地震,Mw=9.5,引发的海啸波经过20多小时传播,使日本海岸造成了重大灾害。那么,地球会不会产生10级的地震呢?理论上很难,因为要产生这么大的地震,要求的地震破裂长度是地球的1/4圈,位错是现今地震最大位错量的10倍。

地震发生后,中国地震局台网中心也利用自己的台网作出了快速响应,他们定的震级为Ms8.6(图3)。Ms是面波震级的简称,s表示surface wave(面波)。由于世界各国地震台网有各自的研究历史和震级计算公式,我国通常用Ms表示地震大小,对外公布的震级也大多是这种震级。但是,这就面临一个问题:当震级M>8时,Ms就会出现饱和,便会低估地震的能量而不能正确地反映大地震的能量。举个例子,1960年智利大地震,矩震级Mw=9.5,但Ms仅为8.5。因此,中国地震局后来对Ms8.6进行震级校正,最后将震级修改为8.8级。

图3

美国地质调查局USGS已经把日本地震的震级修正为矩震级Mw9.0。日本气象厅公布的9.0级同样为矩震级。这些震级都是临时的,最终数值也许还会修正。

来源:原创

作者:空错

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