Hvað er átt við með mettun stærðarkvarða í jarðskjálftafræðum og af hverju er óvissa um stærð stórra skjálfta fyrst eftir að þeir verða?

Hægt er að skilgreina stærð jarðskjálfta á ýmsa vegu og hafa margir stærðarkvarðar verið notaðir til að ákvarða hana. Til eru kvarðar sem nota útslagsstærð (M_L) en það er hin upphaflega stærð jarðskjálfta samkvæmt skilgreiningu Richters, rúmbylgjustærð (m_b), yfirborðsbylgjustærð (M_s), varandastærð (M$\tau$) og vægisstærð (M_W).

Mettun kvarða er það kallað er hann ræður ekki lengur við að greina stærstu skjálftana, það er kvarðinn „slær í botn“ eða skilar rangri niðurstöðu. Einkenni M_L, m_b og M_s kvarðanna er að ein stærðareining samsvarar tíföldun í hámarksútslagi. Þeir eru allir mikið notaðir en sýna ekki alltaf sömu niðurstöðu þegar þeim er beitt á sama skjálftann.

Það táknar þó ekki að einn kvarði sé réttari en annar. Tíðniróf jarðskjálftabylgna er mjög breitt og kvarðarnir nota bylgjur af mismunandi bylgjutíðni, M_L-kvarðinn notar bylgjur með hárri tíðni, 0,1-1 Hertz, m_b-kvarðinn notar oftast bylgjur með tíðni kringum eitt Hertz og M_s-kvarðinn notar langar bylgjur með tíðninni 0,05 Hertz. Kvarðarnir lýsa því mismunandi eiginleikum skjálftaupptakanna.

Allir sýna þeir svipaðar niðurstöður fyrir skjálfta með breitt tíðnisvið (allir bylgjusveiflutímar sjást í jöfnum mæli). Langar bylgjur (það er lágtíðnibylgjur) verða hins vegar hlutfallslega meira áberandi í upptökum skjálfta eftir því sem þeir verða öflugri. Hlutur bylgna með háa tíðni verður tiltölulega rýrari og hættir raunar að aukast fyrir mjög stóra skjálfta. Stærðarkvarðar, sem byggja á bylgjum hárrar tíðni, mettast því og sýna áberandi lægri tölur en lágtíðnikvarðarnir fyrir sömu skjálfta. Þannig sýnir m_b-kvarðinn ógjarnan hærri tölur en 5,5. M_s-kvarðinn mettast einnig og gefur óeðlilega lágar tölur fyrir ofan stærðina 7,5. Vægisstærðarkvarðinn gerir það ekki og er því sérlega notadrjúgur fyrir mjög stóra skjálfta, þegar aðrir stærðarkvarðar mettast.

Á myndinni hér fyrir neðan eru hinir ýmsu stærðarkavarðar sýndir og bornir saman við vægisstærðarkvarðann. Eins og sjá má mettast kvarðarnir við mismunandi vægisstærð. Samkvæmt myndinni sýnir Richter-kvarðinn (útslagsstærðin M_L) ekki stærri jarðskjálfta en um það bil 6,9.

Samanburður á mismunandi stærðarkvörðum. M_W - vægisstærð, M_L - útslagsstærð (Richter-stærð), M_S - yfirborðsbylgjustærð, m_b - rúmbylgjustærð og M_JMA - japanskur stærðarkvarði.

Fyrst eftir að stór skjálfti verður er oft ruglingur og óvissa um stærð hans. Það er vegna eiginleika stærðarkvarðanna sem lýst er hér að ofan. Fyrstu tölur fást oftast úr staðbundnu mælakerfi sem ákvarðar M_L stærð skjálftans. Ef hann er stór, gefur þessi tala ekki rétta mynd af jarðfræðilegu mikilvægi hans og vanmetur hann. Það er bagalegt, því að oft ráðast viðbrögð björgunarmanna af þessu mati á stærð skjálftans. Þá duga betur kvarðar sem byggjast á löngum yfirborðsbylgjum (M_s-kvarðinn) eða skjálftavæginu (M_W-kvarðinn).

Til að mæla löngu yfirborðsbylgjurnar þarf mælirinn að vera fjarri upptökum skjálftans, það er erlendis ef um er að ræða skjálfta á Íslandi. Sem dæmi má taka skjálftana á Suðurlandi í júní 2000. Fyrstu upplýsingar gáfu til kynna að stærð á bilinu fimm til fimm og hálfur, sem kom illa heim við umfang áhrifa og tjóns. Bylgjur frá skjálftunum mældust um allan heim og endurbætt stærðarmat lá fyrir um klukkustund eftir upphaf þeirra, byggt á erlendum mælingum. Síðari tölur voru á bilinu 6,4 til 6,8.

Þetta svar og myndin sem því fylgir er úr bókinni Náttúruvá á Íslandi: Eldgos og jarðskjálftar og birt með góðfúslegu leyfi.