كيف تُقاس قوة الزلزال فعلياً: من ريختر إلى مقياس العزم

الرقم الذي يقف وراء العنوان الإخباري

بعد ساعات من أي زلزال كبير، يطوف رقم عشري واحد أنحاء العالم: 6.8 أو 7.4 درجة. هذا الرقم ليس تقييماً للدمار ولا يُقاس عند منزلك، بل هو تقدير للطاقة التي انطلقت من مصدر الزلزال في باطن الأرض، ويُحسب من تسجيلات أجهزة رصد الزلازل.

للزلزال الواحد قوة واحدة فقط أينما كنت واقفاً، أما الذي يتغير من مكان إلى آخر فهو شدة الاهتزاز الذي تشعر به وما يسببه من أضرار، وهذا قياس منفصل يُسمى الشدة. والخلط بين المفهومين هو أكثر أخطاء قراءة أخبار الزلازل شيوعاً، لذا سنفصل بينهما في هذا الدليل منذ البداية.

مقياس ريختر: أداة كاليفورنية من عام 1935

في عام 1935 قدّم عالم الزلازل تشارلز ريختر من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا أول مقياس عملي لقوة الزلازل، إذ قارن بين أكبر موجة يسجلها جهاز الرصد والمسافة بين الجهاز ومركز الزلزال، فحصل على رقم واحد قابل للمقارنة بين زلازل جنوب كاليفورنيا.

افترض تعريفه جهازاً محدداً هو مقياس الزلازل الالتوائي من طراز وود-أندرسون، وزلازل لا يبعد مركزها أكثر من نحو 600 كيلومتر، وصدوعاً ضحلة كتلك الشائعة في القشرة العليا لكاليفورنيا. وضمن هذه الحدود عمل المقياس بكفاءة عالية، ولهذا بقي الاسم عالقاً في اللغة اليومية بعد أن تجاوزه العلم بزمن طويل.

عائلة من المقاييس لكل منها نطاقه

مع انتشار شبكات رصد الزلازل حول العالم، تبين أن طريقة ريختر لا تصح إلا لترددات ومسافات معينة، فوُلدت مقاييس جديدة توسع الفكرة نفسها: مقياس موجة الجسم ويرمز له Mb ويعتمد على الموجات العميقة، ومقياس موجة السطح Ms ويعتمد على الموجات الطويلة المتدحرجة على سطح الأرض.

كل مقياس صالح لنوع محدد من الإشارات، وقد صُمم بحيث يتفق ضمن نطاق صلاحيته مع أرقام ريختر الأصلية. ولهذا السبب يحمل الزلزال المتوسط القيمة نفسها غالباً على ثلاثة مقاييس مختلفة، بينما تكشف الزلازل الصغيرة جداً أو الضخمة جداً حدود كل منها.

مقياس العزم: قياس الصدع نفسه

في سبعينيات القرن العشرين عرّف عالما الزلازل هيرو كاناموري وتوماس هانكس مقياساً لا يعتمد على ارتفاع موجة واحدة بل على فيزياء الصدع ذاته. فالعزم الزلزالي يجمع ثلاثة عناصر: صلابة الصخر، ومساحة الجزء الذي انزلق من الصدع، والمسافة التي تحركها. وكلما زاد الانزلاق أو اتسعت منطقة التمزق أو اشتدت صلابة الصخر كان الزلزال أكبر.

يقدّر العلماء هذا العزم من الشكل الكامل للموجات المسجلة، ثم يحولونه بمعادلة ثابتة إلى ما يعرف بمقياس العزم ويرمز له Mw. وقد عُيّرت المعادلة بحيث تحصل الزلازل المتوسطة على الرقم نفسه تقريباً الذي كانت ستحصل عليه على مقياس ريختر، ما يحافظ على قابلية المقارنة لسجلات تمتد قرناً كاملاً.

ماذا تعني درجة واحدة إضافية فعلياً

المقاييس لوغاريتمية، أي أن الخطوات المتساوية لا تعني قفزات متساوية: فكل درجة كاملة إضافية تعني أن أثر الموجة على سجل الرصد أطول بعشر مرات، وأن الطاقة المنطلقة تتضاعف بنحو 32 مرة.

من الدرجة 5 إلى 6: سعة الموجة أكبر بعشر مرات والطاقة أكبر بنحو 32 مرة.
من الدرجة 5 إلى 7: السعة أكبر بمئة مرة والطاقة أكبر بنحو ألف مرة.
العلاقة المعتمدة للطاقة تقارب log E = 1.5 Mw + 4.8 (الطاقة بالجول)؛ والمعامل 1.5 هو سبب أن كل درجة تعني طاقة أكبر بنحو 10^1.5، أي قرابة 32 مرة.
لهذا يصف خبر زلزال بقوة 7 درجات كارثة، بينما قد يمر زلزال بقوة 5 درجات في المكان نفسه ببعض الأطباق المكسورة.

لماذا كسرت الزلازل العملاقة المقاييس القديمة

تعاني المقاييس المعتمدة على سعة الموجة مما يسمى التشبع: فوق حجم معين تتوقف أكبر الموجات عن النمو بما يتناسب مع الطاقة، فيقلل المقياس من حجم الحدث. وعلى مقياس ريختر الأصلي كانت الزلازل التي تتجاوز نحو 6.5 درجة تُصنف خطأ وتتكدس حول هذا السقف.

يتجنب مقياس العزم مشكلة التشبع لأنه ينطلق من الطاقة الكلية وهندسة الصدع لا من قمة موجة واحدة. وأكبر زلزال سُجل بأجهزة الرصد حتى اليوم، زلزال تشيلي عام 1960، قُدرت قوته بنحو 9.4 إلى 9.6 على مقياس العزم، وهي قيمة ما كان لأي مقياس سعة أن يخرج بها بشكل موثوق.

لماذا تتعارض التقارير الأولى أحياناً

أول رقم تراه هو تقدير سريع يُحسب خلال دقائق من أي المحطات أرسلت بياناتها أولاً، وقد تستخدم الجهات المختلفة مقاييس وبيانات مختلفة. ومع وصول مزيد من تسجيلات الموجات واكتمال تحليل العزم الكامل، يُراجع الرقم أحياناً بعدة أعشار الدرجة.

نادراً ما تحصل الزلازل الصغيرة على قياس بالعزم أصلاً: فهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية مثلاً تحسب Mw أساساً للأحداث التي تتجاوز نحو 3.5 درجة، بينما تعلن الشبكات المحلية عن الزلازل الصغيرة بمقاييس أقرب إلى مقياس ريختر المحلي ML. ورقمان مختلفان للحدث نفسه يعنيان غالباً طريقتين مختلفتين لا خطأ في الحساب.

القوة مقابل الشدة: سؤالان مختلفان

تجيب قوة الزلزال عن سؤال واحد: ما حجم الزلزال عند مصدره؟ أما الشدة فتجيب عن سؤال آخر: ما قوة اهتزاز الأرض حيث أنت؟ وهي تختلف من حي إلى حي بحسب المسافة والعمق ونوع التربة وجودة المباني.

أشهر مقاييس الشدة هو مقياس ميركالي المعدل الذي يمتد من I إلى XII ويُعرَّف بتأثيرات ملموسة: اهتزاز الأبواب وتشقق الجص في الدرجات الدنيا، وانهيار المباني في أعلاها. تستخدمه الولايات المتحدة، بينما تستخدم اليابان مقياس شيندو الخاص بها، وتعتمد معظم دول أوروبا المقياس الأوروبي للشدة الكلية.

الشدة I-II: لا يشعر بها إلا قلة قليلة، غالباً في الطوابق العليا.
الشدة IV-V: يشعر بها كثيرون داخل المباني، وتنكسر بعض النوافذ أو الأطباق.
الشدة VI-VII: يشعر بها الجميع، وتتحرك الأثاث وتتضرر المنشآت الضعيفة.
الشدة VIII فأعلى: أضرار جسيمة وانهيارات جزئية في المباني العادية.

كيف تقرأ خبر الزلزال القادم

حين يظهر العنوان الإخباري التالي، أربع تفاصيل تحول الرقم المخيف إلى فهم حقيقي: نوع المقياس المستخدم في الرقم، وعمق الزلزال، وبعده عن المناطق المأهولة، والشدة التي رُصدت فعلاً على الأرض.

زلزال عميق بقوة 6 درجات بعيداً في المحيط قد يكون خبراً عابراً، بينما قد يكون زلزال ضحل بقوة 5 درجات تحت مدينة كارثة حقيقية. توقع أن تتغير الأرقام الأولى خلال ساعات، وثق بقياس العزم المراجع أكثر من التنبيه الأول، وابحث عن تقارير الشدة المحلية لتفهم ما شعر به الناس فعلاً.

المصادر

الأسئلة الشائعة

هل ما زال مقياس ريختر مستخدماً اليوم؟

في الغالب لا. ما زالت الأخبار تقول ريختر بدافع العادة، لكن الجهات العلمية تعلن مقياس العزم للأحداث المهمة، ولا تبقي على مقياس ريختر المحلي إلا للزلازل الصغيرة القريبة من محطات الرصد.

لماذا تعلن الجهات أرقاماً مختلفة للزلزال نفسه؟

لأن الأرقام الأولى تأتي من محطات ومقاييس وطرق حساب سريعة مختلفة، وبعد تحليل تسجيلات الموجات كاملة تتقارب الجهات على قياس العزم وتُراجع التقديرات السابقة.

عند أي قوة يبدأ الناس بالشعور بالزلزال؟

تحت نحو 3 درجات يكون الاهتزاز أضعف من أن يُلاحظ عادة، وهو ما يوافق الدرجة I على مقياس ميركالي المعدل. ومن نحو 3 إلى 4 درجات يبدأ من هم داخل المباني قرب المركز بالشعور به.

هل تعني القوة الأعلى دائماً دماراً أكبر؟

لا. يتوقف الدمار على العمق والمسافة ونوع التربة وجودة البناء، فزلزال أصغر لكنه ضحل تحت مدينة قد يؤذي عدداً أكبر من الناس مقارنة بزلزال أكبر بكثير في أعماق المحيط.

عن الكاتب

كتب هذا المقال فريق تحرير doyouknow.app بمساعدة أدوات الذكاء الاصطناعي في البحث والصياغة، وتمت مراجعته مقابل المصادر المذكورة أعلاه. وجدت خطأ؟ راسلنا على hello@doyouknow.app لنصححه.

أعجبك المقال؟

شاركه عبر واتساب ← شاركه عبر واتساب

احصل على المزيد في بريدك — اشترك في نشرتنا لقصص مفاجئة أسبوعية من مصر والسعودية ودبي وأكثر.