Charles Richter
Charles Richter aan het werk

Het verschil tussen de intensiteitsschaal van Mercalli en de magnitudeschaal van Richter

Tussen de intensiteit en de magnitude van een aardbeving bestaat een duidelijk verschil. De intensiteit van een beving is afhankelijk van de plaats van waarneming. Daarentegen is de magnitude volgens de schaal van Richter onafhankelijk van de plaats op aarde waar deze wordt berekend en dus karakteristiek voor de kracht van de aardbeving zelf. Zo heeft een krachtige aardbeving op grote diepte een relatief geringe intensiteit aan het aardoppervlak, echter wel verspreid over een groot gebied. Anderzijds kan een zwakke aardbeving een hoge intensiteit bereiken wanneer deze op geringe diepte plaatsvindt.

De magnitudeberekening door Richter

De Amerikaanse seismoloog Charles Richter (1900-1985) was de eerste wetenschapper die seismogrammen van lokale aardbevingen gebruikte om de sterkte van een aardbeving uit die regio te kunnen bepalen. Hij berekende de sterkte aan de hand van de maximale uitslag (amplitude) van de registratie van de aardbeving. De sterkte wordt de magnitude genoemd, analoog aan het begrip uit de sterrenkunde om de helderheid van een ster aan te geven.

De formule die Richter ontwikkelde ziet er als volgt uit:

ML=log(A) - log(A0)

A is de uitwijking in mm op de Wood-Anderson seismogram en A0 wordt de attenuatiefunctie genoemd. In deze functie wordt er gecorrigeerd voor het afnemen van de amplitude met de afstand en de diepte. De magnitude wordt uitgerekend door de logaritme te nemen van de amplitude op het seismogram min de logaritme van de functie A0. Deze attenuatiefunctie heeft Charles Richter empirisch bepaald door gebruik te maken van 814 aardbevingen en 7355 registraties uit de Mammoth Lakes area in Zuid-Californië. De gebruikte getallen in deze functie zijn afhankelijk van het type ondergrond en daardoor sterk regio gebonden.

Dit betekent dat de functie A0 eigenlijk voor elke regio apart bepaald moet worden. Een algemene benadering voor deze functie is:

-log(A0) ≈ 1,110 log(R/100) + 0,00189(R-100) + 3

Een aardbeving die met een Wood-Anderson seismogram een amplitude van 1 mm veroorzaakte en die op een epicentrale afstand van 100 km lag, kende Richter een magnitude 3,0 toe. De magnitudeschaal is logaritmisch. Dus als de uitwijking op het seismogram tien keer zo groot is neemt de magnitude met 1 eenheid toe. Zo heeft een aardbeving die op 100 km afstand een uitwijking van 10 mm veroorzaakt een magnitude van 4,0. Op deze manier kon Richter verschillende aardbevingen met elkaar vergelijken. Een handig hulpmiddel voor het bepalen van de Richtermagnitude is een nomogram.

In de loop van de jaren zijn er verschillende magnitudeschalen ontworpen die allemaal een aanpassing of uitbreiding zijn van de magnitudeschaal van Richter. Voor aardbevingen die zwaarder zijn dan 6,5 en aardbevingen die verder weg zijn dan 500 km is de schaal van Richter niet goed toepasbaar meer. Boven magnitude 6,5 wordt de magnitude van Richter vaak te laag berekend. Dit wordt verzadiging genoemd. Omdat de schaal van Richter als referentie een aardbeving op 100 km afstand gebruikt, wordt hij onnauwkeurig als de beving veel verder weg is.

Het principe van al deze magnitudeschalen is hetzelfde. Meet de ware grondbeweging op een willekeurige plek op aarde en corrigeer voor het afnemen van de amplitude met de afstand. Het resultaat is dat de berekende magnitude overal ter wereld vergelijkbaar is, ondanks het verschil in afstand.

Lokale toepassing in Nederland

Een aardbeving met een magnitude 3,0 op een normale diepte (~20 km) kan onder optimale omstandigheden nog net worden gevoeld. De zeer ondiepe bevingen in Noord-Nederland (tot maximaal 3 kilometer diep) kunnen al bij een magnitude van 2,0 worden gevoeld. In Zuid-Nederland komen bevingen tot op een diepte van 30 kilometer die pas worden gevoeld bij een magnitude groter dan 3,0.

Energie

Proefondervindelijk heeft men berekend dat iedere toename met één magnitude-eenheid overeenkomt met een 30-voudige verhoging van de vrijgekomen energie in de vorm van seismische trillingen. De hoeveelheid energie die vrijkomt bij een beving met een magnitude van 7,0 is dus 900 maal (30 x 30) dan de energie die vrijkomt bij een beving met een magnitude van 5,0. Om een indruk te krijgen hoeveel energie er vrijkomt bij een aardbeving: wanneer een massa van 1 ton vanaf 100 meter hoogte op de grond valt is dat te vergelijken met de sterkte van een aardbeving met een magnitude van 1,0.