Skala kekuatan seismik

Skala magnitudo seismik digunakan untuk menggambarkan kekuatan keseluruhan atau “ukuran” gempa bumi. Skala ini dibedakan dari skala intensitas seismik yang mengkategorikan intensitas atau tingkat keparahan guncangan tanah (gempa) yang disebabkan oleh gempa bumi di suatu lokasi tertentu. Besaran biasanya ditentukan dari pengukuran gelombang seismik suatu gempa yang tercatat pada seismogram. Skala besaran bervariasi berdasarkan aspek gelombang seismik yang diukur dan cara pengukurannya. Skala magnitudo yang berbeda diperlukan karena perbedaan gempa bumi, informasi yang tersedia, dan tujuan penggunaan magnitudo tersebut.

Magnitudo Lokal

Informasi lebih lanjut: Skala Richter

Magnitudo lokal $M_{L}$ atau dikenal Skala Richter diperkenalkan oleh Richter untuk mengukur magnitudo gempa-gempa lokal, khususnya di California Selatan. Nilai amplitudo yang digunakan untuk menghitung magnitudo lokal adalah amplitudo maximum gerakan tanah (dalam mikron) yang tercatat oleh seismograph torsi (torsion seismograph) Wood-Anderson, yang mempunyai periode natural = 0,8 sekon, magnifikasi (perbesaran) = 2800, dan faktor redaman = 0,8. Jadi formula untuk menghitung magnitudo lokal tidak dapat diterapkan di luar California dan data amplitudo yang dipakai harus yang tercatat oleh jenis seismograf di atas.

Magnitudo Momen

Informasi lebih lanjut: Skala magnitudo momen

Skala magnitudo momen atau sering disingkat $M_{\mathrm {w} }$ dikembangkan oleh seismolog Thomas C. Hanks dan Hiroo Kanamori, didasarkan pada momen seismik gempa bumi, M0, ukuran seberapa banyak kerja yang dilakukan gempa bumi dalam menggeser satu bidang batu melewati bidang batu lainnya. Momen seismik diukur dalam newton-meter (Nm atau N⋅m) dalam SI, atau dyne-sentimeter (dyn⋅cm; 1 dyn⋅cm = 10−7 N⋅m) dalam sistem CGS yang lebih lama. Dalam kasus yang paling sederhana, momen dapat dihitung hanya dengan mengetahui jumlah slip, luas permukaan yang pecah atau tergelincir, dan faktor untuk resistansi atau gesekan yang ditemui. Faktor-faktor ini dapat diperkirakan untuk patahan yang ada untuk menentukan besarnya gempa bumi masa lalu, atau apa yang mungkin diantisipasi untuk masa depan.

Sebagian besar energi total gempa bumi yang diukur dengan M_w hilang sebagai gesekan (yang mengakibatkan pemanasan kerak bumi). Potensi gempa bumi untuk menyebabkan guncangan tanah yang kuat bergantung pada fraksi energi yang relatif kecil yang diradiasikan sebagai gelombang seismik, dan lebih baik diukur pada skala besaran energi, M_e. Proporsi energi total yang diradiasikan sebagai gelombang seismik sangat bervariasi tergantung pada mekanisme fokus dan lingkungan tektonik; M_e dan M_w untuk gempa bumi yang sangat mirip dapat berbeda sebanyak 1,4 satuan.

Magnitudo gelombang badan

Perbedaan kerak bumi yang mendasari Amerika Utara di sebelah timur Pegunungan Rocky membuat daerah itu lebih sensitif terhadap gempa bumi. Terlihat di sini: gempa bumi New Madrid tahun 1895, M ~6, dirasakan di sebagian besar wilayah AS bagian tengah, sementara gempa bumi Northridge 1994, meskipun hampir sepuluh kali lebih kuat pada M 6,7, hanya dirasakan di California bagian selatan. Dari Lembar Fakta USGS 017–03.

Magnitudo gempa yang diperoleh berdasar amplitudo gelombang badan (P atau S) disimbulkan dengan $m_{b}$. Dalam praktiknya (di USA), amplitudo yang dipakai adalah amplitudo gerakan tanah maksimum dalam mikron yang diukur pada 3 gelombang yang pertama dari gelombang P (seismogram periode pendek, komponen vertikal), dan periodenya adalah periode gelombang yang mempunyai amplitudo maksimum tersebut. Sudah tentu rumus yang dipakai untuk menghitung $m_{b}$ ini dapat digunakan di semua tempat (universal). Tapi perlu dicatat bahwa faktor koreksi untuk setiap tempat (stasiun gempa) akan berbeda satu sama lain.

Magnitudo gelombang permukaan

Magnitudo yang diukur berdasar amplitudo gelombang permukaan disimbulkan dengan $M_{S}$. secara praktis (di USA) amplitudo gerakan tanah yang dipakai adalah amplitudo maksimum gelombang permukaan, yaitu gelombang Rayleigh (dalam mikron, seismogram periode panjang, komponen vertikal, periode $20\pm 3$ sekon) dan periodenya diukur pada gelombang dengan amplitudo maksimum tersebut.

Hubungan antar magnitudo

Dalam menentukan magnitudo, tidak ada keseragaman materi yang dipakai kecuali rumus umumnya, yaitu persamaan di atas tadi. Untuk menentukan $m_{b}$ misalnya, orang dapat memakai data amplitudo gelombang badan (P dan S) dari sebarang fase seperti P, S, PP, SS, pP, sS (yang jelas dalam seismogram). Seismogram yang dipakaipun dapat dipilih dari komponen vertikal maupun horisontal (asal konsisten). Demikian juga untuk penentuan $M_{S}$. Oleh karena itu, kiranya dapat dimengerti bahwa magnitudo yang ditentukan oleh institusi yang berbeda akan bervariasi, walaupun mestinya tidak boleh terlalu besar.

Namun, tampaknya ada hubungan langsung antara $m_{b}$ dan $M_{S}$, yang secara empiris ditulis sebagai:

$m_{b}=0.56M_{S}+2,9$

Energi gempa

Kekuatan gempa disumbernya dapat juga diukur dari energi total yang dilepaskan oleh gempa tersebut. Energi yang dilepaskan oleh gempa biasanya dihitung dengan mengintegralkan energi gelombang sepanjang kereta gelombang (wave train) yang dipelajari (misal gelombang badan) dan seluruh luasan yang dilewati gelombang (bola untuk gelombang badan, silinder untuk gelombang permukaan), yang berarti mengintegralkan energi keseluruh ruang dan waktu. Berdasar perhitungan energi dan magnitudo yang pernah dilakukan, ternyata antara magnitudo dan energi mempunyai relasi yang sederhana, yaitu:

$\log E=4,78+2,57m_{b}$ dengan satuan energi dyne cm atau erg.

Berdasar persamaan tersebut, kenaikan magnitudo gempa sebesar 1 skala richter akan berkaitan dengan kenaikan amplitudo yang dirasakan disuatu tempat sebesar 10 kali, dan kenaikan energi sebesar 25 sampai 30 kali. Untuk mendapatkan gambaran seberapa besar energi yang dilepaskan pada suatu kejadian gempa, kita dapat menggunakan persamaan di atas untuk menghitung energi gempa yang mempunyai magnitudo mb = 6.8. Perhitungan energi ini akan menghasilkan angka sebesar 1022 erg = 1015 joule = 278 juta kWh. Angka ini mendekati energi listrik yang dihasilkan oleh generator berkekuatan 32 megawatt selama 1 tahun. Jadi untuk gempa dengan magnitudo 7.8, energinya menjadi kurang lebih 30 kali lipat dari itu (30 x 278 juta kWh).