סולם סייסמי

סולם סייסמי הוא יחידת מידה המשמשת לחישוב גודלן ועצימותן של רעידות אדמה. הסולמות נחלקים לסולמות של גודל (magnitude) – באמצעותם מחושבת האנרגיה שהשתחררה ברעידת האדמה, ולסולמות של עצימות וחומרת פגיעה (intensity, severity) – באמצעותם נאמדת השפעת רעידת האדמה על פני השטח.

גודל ועצימות

רעידת אדמה מתוארת גם במונחי גודל וגם במונחי עצימות וחומרת הפגיעה. רעידות אדמה גדולות הן לא בהכרח חמורות במיוחד בפגיעתן, ורעידות שעצימותן גבוהה הן לא בהכרח גדולות במיוחד. השוני במידה נגרם ממגוון של מרכיבים: עומק מוקד רעידת האדמה, מרחק המוקד מאזורים מיושבים, תנאי המסלע והקרקע, צפיפות האוכלוסייה, איכות הבנייה ואחרים. כך, שתי רעידות בגודל מסוים עשויות להתבטא בעצימות, בנזק ובמספר נפגעים שונה, ושתי רעידות שהתבטאו בחומרת פגיעה מסוימת, בנזק ובמספר נפגעים דומה – עשויות להיות בעלות גודל שונה.
את ההבדל בין גודל הרעידה לבין עצימותה הסביר צ'ארלס ריכטר – שפיתח סולם סייסמי מבוסס גודל הקרוי על שמו, סולם ריכטר – בראיון שהתקיים ב-1980:
זה גורם לבלבול רב בציבור. אני נוהג לדמות זאת לשידורי רדיו. הסייסמוגרפים (או מקלטי הרדיו) מקליטים גלים של הפרעות אלסטיות (או של גלי רדיו) המוקרנים ממקור רעידת האדמה (או מתחנת שידורי הרדיו). אפשר לדמות את העוצמה (הגודל) להספק השידור של תחנת הרדיו בקילוואטים. לפי הדימוי הזה, העצימות המקומית בסולם מרקאלי ניתנת להשוואה לטיב האות הנשמע במקלט הרדיו במקום מסוים. בדומה לטיב האות במקלט הרדיו, העצימות תלך ותדעך ככל שמתרחקים מהמקור, אף כי היא תלויה בתנאים המקומיים ובמסלול ממקור הרעידה לנקודת המדידה.

עצימות

העצימות – חומרת הפגיעה של רעידת אדמה – מיוצגת באמצעות ספרות רומיות (לדוגמה: I, II, III, IV, V), המציינות תוצאים שלה על פני השטח. תוצאים אלה נמדדים בהשפעתם על תחושתם של בני אדם ובעלי חיים ובהשפעתם הישירה על מבנים מעשה ידי אדם – דוגמת בניינים, או מבנים טבעיים – דוגמת גופי מים והרים. אומדן העצימות מבטא את ההבדלים בין רעידת אדמה הנמדדת במכשירים בלבד לבין זו המורגשת על ידי בני אדם, וכן דרגות שונות של נזק הנגרם לחפצים ולמבנים.
אומדן העצימות נעשה באמצעות שאלונים המפרטים תחושות ותצפיות של אנשים ובאמצעות עדויות מדעיות מהשטח המתעדות שינויים במפלס מים בבארות, סדקים בקרקע ונזק לחפצים ולמבנים.

גודל רעידה

באותו ראיון סיפר ריכטר, אסטרונום חובב, כי טבע את המונח "מגניטודה" – המשמש להגדרת בהירות אורם של כוכבים – כמדד להיקפה של רעידת אדמה. ריכטר סבר כי התנודה המרבית הנרשמת בתחנת מדידה עשויה לשמש להגדרת גודל מסוים, באמצעותו ניתן לערוך השוואה בין גודלן של רעידות אדמה.
הגודל של רעידת אדמה מיוצג באמצעות ספרות הודיות-ערביות (9 ,8 ,7 ,6 ,5 ,4 ,3 ,2 ,1 ,0), המציינות את הגודל במדידה לא ישירה של האנרגיה הסייסמית שהשתחררה בה.

סולמות סייסמיים

הבנת התהליכים המתרחשים ברעידת אדמה והצורך בהערכת חומרתן התפתחו במקביל להתפתחות המחקר הסייסמולוגי בכללותו. במהלכו פותחו כמה סולמות, המבוססים הן על גודל רעידות האדמה והן על חומרת הפגיעה שלהן.

סולמות ראשונים

המיון הראשון של עצימות רעידות אדמה נערך בשנות ה-80 של המאה ה-18 על ידי הרופא האיטלקי דומניקו פיניאטרו (Domenico Pignataro,‏ 1735–1802), שסקר מידע מ-1,181 רעידות אדמה וסיווגן לחלשות, מתונות, חזקות וחזקות מאוד. את רעידות האדמה שהתרחשו בקלבריה בדרום איטליה בשנת 1783 וגרמו למותם של עשרות בני אדם סיווג פיניאטרו כ"אלימות" – הדרגה החמישית והגבוהה ביותר. סולם זה היה גס למדי, ולא נעשה בו שימוש מדעי. באותה עת יצר האדריכל פומפיי סקיאנטרלי (Pompey Schiantarelli) – שסייע בשיקום הערים שנפגעו – את המפה הראשונה לנזקי רעידת אדמה, בה השתמש בסימון כוכבים לציון חומרת הנזק שנגרמה ליישובים שונים.
ב-23 בפברואר 1828 אירעה בהולנד רעידת אדמה, בעקבותיה יצר המתמטיקאי הגרמני פ' איגן (P.N.C Egen,‏ 1793–1849) סולם עצימות בן שש דרגות, שלווה במפה בה נצבעו השטחים שנפגעו ברעש על פי חומרת הפגיעה. בסולם של איגן נעשה שימוש מדעי במשך כמה עשורים, במקביל להתפתחותם של סולמות נוספים.

סולם רוסי-פורל

היסוד לסולם עצימות סייסמי מודרני הונח בשנת 1873 על ידי הסייסמולוג האיטלקי מיקלה דה רוסי (Michele Stefano Conte de Rossi,‏ 1834–1889), שפותו בעזרתו של הלימנולוג השווייצרי פרנסואה אלפונס פורל (François-Alphonse Forel,‏ 1841–1912) והוצג בשנת 1886. סולם זה נקרא סולם רוסי-פורל והוא מורכב מ-10 דרגות עצימות.

סולמות יפניים

בשנת 1884 הוחל בפיתוחו של סולם עצימות ביפן. בתחילת קיומו של סולם זה נעשה שימוש ב-4 יחידות שינדוֹ (מיפנית: 震度, דרגת רעד) – 微 לקלושה, 弱 לחלשה, 強 לחזקה ו-烈 לאלימה. סולם שינדו המשיך להתפתח, ובשנת 1898 הפך סולם העצימות לסולם מספרי מדרגה 0 עד דרגה 7. בשנת 1908 הוגדר פירוט לדרגות הרעד השונות ובשנת 1995, לאחר רעידת האדמה בעיר קובה, חולקו דרגות 5 ו-6 לשתי דרגות משנה.
בשנת 1894 פותח סולם אומורי על ידי הסייסמולוג פוסקיצ'י אומורי (大森房吉,‏ 1868–1923), שכיהן כפרופסור באוניברסיטת טוקיו וניסח את חוק אומורי העוסק בתדירותן של רעידות עוקבות. סולם העצימות שלו היה בעל 7 דרגות, והתבסס על התאוצה המרבית של הקרקע ועל התנהגותם של מבנים יפניים אופייניים. ב"Historical perspectives on East Asian Science, Technology, and medicine" מצוין, כי לאחר ביקור באיטליה התאים אומורי את סולם רוסי-פורל למפרטים יפניים, וציין את שרידותם של בניינים יפניים לעומת שבירותם של בניינים זרים בהקשר סייסמולוגי. הסולם פורסם בשנת 1900.
בשנת 1996 פותח סולם עצימות יפני (JMA) על ידי הסוכנות המטאורולוגית של יפן. סולם זה – המבוסס על סולם אומורי – משמש ביפן מאז פיתוחו וגם בטאיוואן.

סולם MSK

שמו של סולם מדבדב-ספונהאוור-קרניק (MSK) – הנקרא גם סולם MSK-64 – מורכב מראשי התבות של שמות מפתחיו: סרגיי מדבדב מברית המועצות, וילהלם ספונהאוור מגרמניה המזרחית וויט קרניק מצ'כוסלובקיה. סולם זה פותח בשנת 1964 על יסוד סולם מרקאלי המותאם וסולם שפיתח מדבדב בשנת 1953 שנקרא על שמו, המוכר גם כסולם GEOFIAN. סולם MSK משמש בישראל, בהודו, ברוסיה ובחבר המדינות.

סולם ליידו (CSIS)

ב-1980 פותח בסין סולם ליידו (הנקרא גם סולם CSIS), המבוסס על דרגות לֶיידוּ (בסינית: 烈度 ובפין-יין: lièdù – דרגות אלימוּת). תקופה קצרה לפני רעידת האדמה בסצ'ואן עודכן הסולם והפך לתקן סטנדרטי. הסולם מורכב מתחושה סובייקטיבית של בני אדם, דרגות נזק שונות ותנועה אופקית של הקרקע.

סולם EMS

בשנת 1988 החליטה הוועדה הסייסמולוגית האירופית (ESC) לבחון ולעדכן את סולם MSK. בשנת 1992, לאחר ארבע שנים של בחינה ועדכונים, הונח היסוד להרכבתו של סולם מקרוסייסמי אירופי (EMS). באספת הוועדה ב-1996 הוחלט על אימוץ הסולם החדש, וב-1998 פורסם הסולם והוחל ביישומו במדינות החברות בוועדה. סולם זה – המורכב מ-12 דרגות – משמש סייסמולוגים ומהנדסים כאחד ומאפשר שיתוף פעולה ביניהם. סולם EMS משמש בעיקר באירופה, אך גם במקומות נוספים.

סולמות גודל

סולמות גודל שונים פותחו על מנת לחשב את גודלן המוחלט של רעידות אדמה – גודל שיהווה מדד בינלאומי ויאפשר השוואה מתמטית בין רעשים שונים בעולם.

סולם גודל יפני

מאחר שביפן מתרחשות רעידות אדמה רבות, פיתחה הסוכנות המטאורולוגית של יפן סולם גודל יפני – סולם חשיבות מקומי. הסולם משמש להערכת הגודל של רעידות האדמה המקומיות, ומסומן כ-MJMA.

מדדים נוספים

מאחר שסולם ריכטר היה מוגבל לרעידות אדמה קטנות וקרובות יחסית לפני הקרקע, נחוץ היה להרחיב את הערכת הגודל לרעידות אדמה גדולות ועמוקות יותר. מסיבה זו נערך רישום וחישוב גודלם של הגלים הסייסמיים השונים הפעילים בעת רעידת האדמה ומשך פעילותם. שילוב של סולמות אלה מהווה מדד טוב לגודלה של רעידת האדמה.

סולם גלי גוף

סולם גלי גוף מודד את גודלם של גלי P – גלי גוף ראשוניים – ומספק הערכה ראשונית של עוצמת רעידת האדמה מאחר שגלים אלה הם הראשונים להגיע אל פני השטח. סולם זה מתאים במיוחד לרעידות אדמה עמוקות מוקד, והעוצמה של גלי הגוף נרשמת כ-Mb.

סולם גלי שטח

סולם גלי שטח מודד את גודלם של גלי שטח מסוג ריילי – הנעים על פני השטח וגורמים לעיקר הנזק והנפגעים. השימוש בסולם גלי השטח נעשה במטרה לשפר את המידע המתאר את רעידת האדמה. סולם זה מתאים לרעידות אדמה מרוחקות, הנמדדות במשך כ-20 שניות. הגודל של גלי השטח נרשמת כ-Mₛ.

סולם משך הגודל

סולם משך הגודל פותח על יסוד ההשערה, כי מדידת משך הזמן בו פועלים גלים סייסמיים מהווה מדד לגודלה של רעידת האדמה. במקרה זה נמדדת דעיכת משרעת הרעידה לאורך זמן. בסולם זה משתמשים במקרים בהם קיימת מגבלת טווח במיכשור אנלוגי, שאינה מאפשרת למדוד את שיאי המשרעת. הסולם מתבסס על משך פעולתם של גלי שטח, ונרשם כ-MD.