סולם ריכטר

סולם ריכטר הוא סולם מדידה לגודלה ("מגניטודה" בלעז) של רעידת אדמה. נהוג לתאר רעידות אדמה לפי סולם ריכטר כאשר פונים לציבור הרחב, אף שכבר אינו בשימוש על ידי סייסמולוגים. סולם זה מתאים למדידת גודל רעידת אדמה בהיקף מקומי, וכיום משתמשים סייסמולוגים בסולם מגניטודה לפי מומנט, הנחשב מדויק יותר ואינו מוגבל לנתונים מקומיים בלבד.

 הסולם ושיטת המדידה 
ממוזער|צ'ארלס ריכטר בערוב ימיו.
סולם ריכטר פותח בשנת 1935 על ידי הפיזיקאי צ'ארלס ריכטר בשיתוף עם בֶּנוֹ גוטנברג, שניהם מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה (קאלטק).

סולם ריכטר מציג את גודלן של רעידות אדמה בסקאלה לוגריתמית (לפי בסיס ). הדרגה בסולם ריכטר היא מדד יחסי של כמות האנרגיה שהשתחררה במוקד רעידת האדמה, בדומה למדידת דציבל. כלומר, רעידת אדמה שדרגתה 7 בסולם ריכטר גדולה פי 30 מזו של רעידת אדמה שדרגתה 6 מבחינת כמות האנרגיה שהשתחררה במוקד. הצורך בסקאלה לוגריתמית נובע מכך שגודלה של רעידת האדמה החזקה ביותר שנמדדה (9.5 בסולם ריכטר) גדולה פי 1,600,000,000 מזו של רעידה במגניטודה 0.
הבסיס למדידה הוא תנודה של סייסמוגרף (מסוג מסוים) במרחק של 100 ק"מ ממוקד הרעש. מגניטודה של 0.0 בסולם ריכטר היא תנודה של אלפית מיקרון; מגניטודה של 1.0 היא תנודה של מאית מיקרון; מגניטודה של 2.0 היא תנודה של עשירית מיקרון; מגניטודה של 3.0 היא תנודה של מיקרון וכן הלאה. כאמור, כמות האנרגיה המשתחררת בין דרגה אחת לשנייה בסולם ריכטר שקולה לפי 30 מהדרגה הקודמת. לכל רעידת אדמה מגניטודה אחת בלבד והיא תמיד מתייחסת רק למוקד הרעש. לסולם ריכטר אין סף עליון תאורטי, ואין סף תחתון.

ממוזער|הסייסמוגרמה של רעידת האדמה ביפן, שנקלטה בגרמניה בשנת 1889.
לפני התפתחות סולם ריכטר, המדד היחיד לעוצמתה או ל"גודלה" של רעידת אדמה, הייתה הערכה סובייקטיבית של עוצמת הרעידה שנצפתה בסמוך למוקד רעידת האדמה. זו סווגה לפי סולמות עוצמה סייסמית שונים כמו סולם רוסי-פורל. בשנת 1883 שיער ג'ון מילן שטלטולים של רעידות אדמה גדולות, עלולות ליצור גלים שניתן יהיה לזהות אותם ברחבי הגלובוס, ובשנת 1889 המדען ארנסט פון רובר פשוויץ, שסייסמומטר שבנה בפוטסדאם לשם בדיקת גרביטציה, קלט לראשונה בהיסטוריה רעידת אדמה רחוקה (ביפן)Rebeur-Paschwitz, 1989. Earthquake on April 17, 1889 in Japan. Nature, July, 25th, pp. 294-295. In: Schweitzer, J. German National, Report. Part A. Early German Contributions to Modern Seismology, pp. 35-36. בשנות ה-20 הארי ווד וג'ון אנדרסון פיתחו את סייסמוגרף שנקרא סייסמומטר ווד-אנדרסון, אחד המכשירים המעשיים הראשונים להקלטת גלים סייסמיים. לאחר מכן בנה ווד, בחסות המכון הטכנולוגי של קליפורניה ומכון קרנגי, רשת של סייסמוגרפים המשתרעת על פני דרום קליפורניהHough 2007: p. 59. הוא גם גייס את צ'ארלס ריכטר הצעיר והלא ידוע אז, כדי למדוד את הסייסמוגרמות, ולאתר את רעידות האדמה שיוצרות את הגלים הסיסמייםHough, 2007: p. 57, 116.

בשנת 1931 הראה קיואו ודאצ'י כיצד מדד, עבור מספר רעידות אדמה חזקות ביפן, את משרעת הרעד שנצפתה במרחקים שונים מהמוקד. לאחר מכן הוא שרטט את הלוגריתם של המשרעת כנגד המרחק, ומצא סדרה של עקומות משרעת, שהראו מתאם גס עם גודלן המשוער של רעידות האדמה. ריכטר פתר כמה קשיים בשיטה זוRichter 1935: pp. 1-5. ולאחר מכן, באמצעות נתונים שנאספו על ידי עמיתו בנו גוטנברג, הוא יצר עקומות דומות, ואישר שניתן להשתמש בהן כדי להשוות את המגניטודה היחסית של רעידות אדמה שונותRichter, 1935: pp. 2-3..

כדי לייצר שיטה מעשית להקצאת מדד מוחלט של גודל, נדרשו פיתוחים נוספים. ראשית, כדי להקיף את הטווח הרחב של הערכים האפשריים, אימץ ריכטר את הצעתו של גוטנברג לסולם לוגריתמי, שבו כל צעד מייצג עלייה של פי עשרה בגודל (המשרעת), בדומה לסולם הגודל המשמש את האסטרונומים לבהירות הכוכבים. שנית, הוא רצה שגודל אפס יהיה סביב גבול התפיסה האנושיתRichter 1935: p.14.. שלישית, הוא ציין את הסיסמוגרף של ווד-אנדרסון כמכשיר הסטנדרטי להפקת סייסמוגרמות. הגודל הוגדר אז כ"לוגריתם של המשרעת המקסימלית, מבוטאת במיקרונים", שנמדד במרחק של 100 ק"מ. הסולם כויל על ידי הגדרת זעזוע במגניטודה 0 ככזה שמייצר במרחק של 100 ק"מ משרעת מקסימלית של 1 מיקרון (1 מיקרון, או 0.001 מילימטרים) בסייסמוגרמה המתועדת על ידי סיסממטר פיתול של ווד-אנדרסון. לבסוף, ריכטר חישב טבלה של תיקוני מרחקRichter 1936: p.6, table 1., בכך שבמרחקים של פחות מ-200 קילומטריםRichter 1935: p. 32. ההנחתה מושפעת מאוד מהמבנה והמאפיינים של הגאולוגיה האזורית.

כאשר ריכטר הציג את הסולם שהתקבל ב-1935, הוא כינה אותו (כהצעת הארי ווד) פשוט סולם "מגניטודה". נראה ש"סולם ריכטר" מקורו כאשר פרי ביירלי אמר לעיתונות כי הסולם הוא של ריכטר ו"צריך להתייחס אליו ככזה"Hough 2007: pp.123-124.. בשנת 1956, גוטנברג וריכטר, בעודם עדיין מתייחסים ל"סולם גודל", כינו אותו "גודל מקומי", עם הסימול ML, כדי להבחין בין סולם גלי השטח(MS) וסולם גלי הגוף(MB) שפיתחוGutenberg, B.; Richter, C., F., 1956. Earthquake magnitude, intensity, energy, and acceleration (Second Paper). Bulletin of the Seismological Society of America, 46: pp. 105–145,.

מגניטודת רעידת אדמה לפי סולם ריכטר נקבעת מהלוגריתם של משרעת הגלים שנרשמו על ידי סייסמוגרפים. הנוסחה המקורית היא:


 כאשר A היא המשרעת המקסימלית של הסייסמוגרף של ווד-אנדרסון; הפונקציה האמפירית A0 תלויה רק במרחק של התחנה מהאפיצנטר; δ היא בפועל ממוצע הקריאות מכל תחנות התצפית שמדדו את הרעידה, לאחר התאמה עם תיקונים ספציפיים לתחנה כדי לקבל את ערך ה-ML.

 דוגמה להמחשה 
ממוזער|דוגמה להמחשה, כיצד מחשבים את המגניטודה בסולם ריכטר.
לצורך המחשה, ניתן להסביר את שיטת המדידה בעזרת האיור שמשמאל. הסקאלה השמאלית באיור מסמנת את הפרשי הזמנים בין הגעת גלי ה־P לתחנה הסייסמוגרפית, להגעת גלי ה־S לתחנה. המשמעות של הפרש זמנים זה היא כאמור מרחק התחנה ממוקד הרעידה. על כן לאורך הסקאלה הזו יש גם את סימון הפרשי הזמנים, וגם את משמעות המרחק של כל הפרש. הסקאלה הימנית היא גודל המשרעת המקסימלית (במילימטרים) של הסייסמוגרמה שנקלטה בתחנה (גודל המשרעת מבטא את כמות האנרגיה שהשתחררה במוקד כפונקציה של המרחק ממנו). הסייסמוגרמה בראש האיור מציגה גודל מקסימלי של 23 מ"מ והפרש זמנים בין הגעת גלי P לגלי S של 24 שניות. נסמן על הסקאלה הימנית את הערך של 23 מ"מ, ועל הסקאלה השמאלית את הערך של 24 שניות ונחבר את שתיהן בישר. הנקודה בה יחתוך הישר את הסקאלה שקבע ריכטר (במרכז האיור) יהיה הגודל בסולם ריכטר, ובמקרה שלנו, 5 בסולם ריכטר. בכל תחנה בכדור הארץ שתקלוט את הרעידה באופן תקין, תתקבל אותה מגניטודה: זאת מכיוון שאם התחנה קרובה למוקד, גודל המשרעת המקסימלית יהיה גדול מאוד, אך הפרש הזמנים בין גלי P לגלי S יהיה קטן מאוד. אם התחנה רחוקה, גודל המשרעת יהיה קטן, אך הפרש הזמנים יהיה גדול, ובכל מקרה הישר יחתוך את הסקאלה של ריכטר באותה נקודה.

 מההלכה למעשה 
המגניטודה הגדולה ביותר שנמדדה אי פעם הייתה בסדרת רעידות אדמה במגניטודה 9.5 בצ'ילה בשנת 1960. רעידה זו גרמה לצונאמי בגובה 11.5 מטרים שחצה את כל האוקיינוס השקט והכה כמעט את כל איי האוקיינוס השקט ואת אוסטרליה, והגיע עד מזרח יפן.
ממוזער|דוגמה לאפקטים סייסמיים ברעידת אדמה שהתרחשה בצ'ילה ב־2010 בגודל 8.8 בסולם ריכטר, ובמרחק של כ־100 ק"מ מהאפיצנטר. יודגש, שצ'ילה ידועה ביישום תקני בנייה עמידה בפני רעידות אדמה ברמה מחמירה במיוחד.
הטבלה הבאה מציגה את תיאור הנזק האפשרי של רעידות אדמה לפי סולם ריכטר באתרים נבחרים ובעיקר בקרבת האפיצנטר, כולל שכיחות טיפוסית (על בסיס נתונים מרחבי העולם):

 תיאור  דרגה בסולם ריכטר  תוצאותיה של רעידת האדמה באזור המוקד  מספר מופעים ממוצע בשנה בעולם (הערכה) זעירה (Micro) פחות מ־2.0 רעידה זעירה, בלתי מורגשת מספר מיליונים קטנה מאוד (Very minor) 2.0-2.9 בדרך כלל אינה מורגשת, אבל נרשמת במכשירי המדידה מעל מיליון קטנה (Minor) 3.0-3.9 מורגשת בדרך כלל, אך אינה גורמת נזק מעל מאה אלף קלה (Light) 4.0-4.9 רעידה מורגשת של חפצים ביתיים, קולות שקשוק, בדרך כלל לא נגרם נזק משמעותי מעל עשרת אלפים בינונית (Moderate) 5.0-5.9 עלולה לגרום נזק ניכר למבנים הבנויים בצורה גרועה. נזק קל ביותר למבנים הבנויים היטב וייתכנו נפגעים מעל אלף חזקה (Strong) 6.0-6.9עלולה לגרום נזק במרחק 150 ק"מ ממוקד הרעש מעל מאה עצומה (Major) 7.0-7.9 עלולה לגרום נזק חמור באזורים שמרחקם כמאות קילומטרים ממוקד הרעש מעל עשרים כבירה (Great) 8.0-9.9 עלולה לגרום נזק חמור באזורים שמרחקם כ-500 ק"מ ממוקד הרעש אחת אפית (Epic) 10 ומעלה קשה להעריךמעולם לא נמדדה או תוארה בכתב
קיימות משוואות היפוך לחישוב כמות האנרגיה שהשתחררה במוקד רעידת אדמה בגודל נתון לפי סולם ריכטר וכדלקמן: (1)  כאשר  היא כמות האנרגיה (ביחידות ארג) שהשתחררה במוקד ו־ הוא גודל רעידת האדמה בסולם ריכטר; (2)  כאשר כאן  היא כמות האנרגיה ביחידות של ג'אול.

ראו גם
 סולם ריכטר - מידת רעידת אדמה - מידת אדם - ספר הביוגרפיה של צ'ארלס ריכטר. פרק 9 :"סולם ריכטר", עמ' 112 - 131 עוסק בסולם.

 צ'ארלס ריכטר
 סולם מגניטודה לפי מומנט
 יחידות מידה על שם אישים

 לקריאה נוספת 

 קישורים חיצוניים 
 בכמה גדולה יותר רעידת אדמה בגודל של 7.5 מאשר רעידה בגודל של 3.7?, אתר Ready.org.il


ביאורים

הערות שוליים

ריכטר, סולם
קטגוריה:מחקר מאקרוסייסמי