Cường độ động đất (Earthquake intensity)

Cường độ động đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố, không chỉ riêng độ lớn. Mối quan hệ giữa cường độ và độ lớn không phải là tuyến tính mà phức tạp hơn nhiều. Ví dụ, một trận động đất lớn xảy ra ở vùng sâu dưới lòng đất có thể có cường độ thấp hơn một trận động đất nhỏ hơn xảy ra gần bề mặt.

Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ động đất:

• Độ lớn (Magnitude): Động đất có độ lớn lớn hơn thường tạo ra rung lắc mạnh hơn và do đó có cường độ cao hơn.
• Khoảng cách đến tâm chấn: Cường độ giảm dần khi khoảng cách đến tâm chấn tăng lên. Điều này là do năng lượng của sóng địa chấn bị phân tán khi chúng lan truyền ra xa từ nguồn.
• Độ sâu tiêu điểm: Động đất nông thường gây ra rung lắc mạnh hơn động đất sâu ở cùng một độ lớn. Nguyên nhân là sóng địa chấn từ động đất nông phải truyền qua ít lớp đất đá hơn để đến bề mặt.
• Điều kiện địa chất địa phương: Các loại đất và đá khác nhau có thể khuếch đại hoặc giảm thiểu sóng địa chấn, ảnh hưởng đến cường độ. Ví dụ, đất mềm, bở rời có xu hướng khuếch đại sóng địa chấn, dẫn đến cường độ cao hơn so với đất đá cứng.
• Địa hình: Địa hình có thể ảnh hưởng đến cách sóng địa chấn lan truyền và do đó ảnh hưởng đến cường độ. Ví dụ, các sườn đồi và núi có thể tập trung năng lượng sóng địa chấn, dẫn đến rung lắc mạnh hơn.

Thang đo cường độ

Một số thang đo cường độ đã được phát triển để đánh giá tác động của động đất. Hai thang đo phổ biến nhất là:

• Thang đo Mercalli Sửa đổi (Modified Mercalli Intensity Scale – MMI): Thang MMI sử dụng chữ số La Mã từ I (không cảm nhận được) đến XII (hủy diệt hoàn toàn) để mô tả mức độ rung lắc và thiệt hại. Đây là thang đo được sử dụng rộng rãi ở Hoa Kỳ và các khu vực khác. Thang MMI dựa trên quan sát chủ quan về tác động của động đất, do đó mang tính chất định tính.
• Thang đo Cường độ Địa chấn Châu Âu (European Macroseismic Scale – EMS-98): Thang EMS-98 cũng sử dụng chữ số La Mã từ I đến XII, nhưng cung cấp các mô tả chi tiết hơn về tác động của động đất đối với các loại công trình khác nhau. Thang đo này được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu. EMS-98 được thiết kế chi tiết hơn MMI và cố gắng kết hợp cả quan sát định tính và định lượng.

Ứng dụng của việc đánh giá cường độ

Việc xác định cường độ động đất có nhiều ứng dụng quan trọng trong thực tế:

• Đánh giá thiệt hại: Cường độ giúp đánh giá mức độ thiệt hại do động đất gây ra cho các công trình xây dựng và cơ sở hạ tầng.
• Quy hoạch đô thị: Thông tin về cường độ được sử dụng trong quy hoạch đô thị để xác định các khu vực có nguy cơ cao và phát triển các quy tắc xây dựng phù hợp. Điều này giúp giảm thiểu thiệt hại do động đất trong tương lai.
• Ứng phó khẩn cấp: Đánh giá nhanh cường độ sau động đất giúp các cơ quan chức năng xác định các khu vực cần hỗ trợ khẩn cấp. Việc này cho phép phân bổ nguồn lực cứu hộ một cách hiệu quả.
• Nghiên cứu khoa học: Dữ liệu về cường độ động đất được sử dụng để nghiên cứu các quá trình địa chấn và cải thiện khả năng dự báo động đất. Việc hiểu rõ hơn về cường độ giúp cải thiện mô hình dự đoán và đánh giá rủi ro địa chấn.

Quan hệ giữa cường độ và độ lớn

Mặc dù có mối tương quan giữa cường độ và độ lớn, nhưng nó không phải là một mối quan hệ tuyến tính đơn giản. Một trận động đất có độ lớn nhất định có thể có cường độ khác nhau ở các địa điểm khác nhau, tùy thuộc vào các yếu tố được đề cập ở trên. Công thức tính toán cường độ dựa trên độ lớn và khoảng cách là phức tạp và phụ thuộc vào nhiều biến số địa phương. Một số công thức có dạng tổng quát như: $I = a + bM – c\log(r)$ trong đó $I$ là cường độ, $M$ là độ lớn, $r$ là khoảng cách, $a, b, c$ là các hằng số phụ thuộc vào khu vực. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng đây chỉ là một công thức gần đúng và không phải lúc nào cũng chính xác. Độ lớn là một đại lượng tuyệt đối, trong khi cường độ là một đại lượng tương đối phụ thuộc vào vị trí.

Kết luận

Cường độ động đất là một thông số quan trọng để hiểu và đánh giá tác động của động đất. Nó cung cấp thông tin có giá trị cho việc ứng phó khẩn cấp, quy hoạch đô thị và nghiên cứu khoa học. Việc phân biệt giữa cường độ và độ lớn là rất quan trọng để hiểu rõ về động đất và giảm thiểu rủi ro liên quan.

Bản đồ đẳng cường độ (Isoseismal Maps)

Sau một trận động đất, các nhà khoa học thu thập dữ liệu về cường độ quan sát được tại các địa điểm khác nhau. Dữ liệu này được sử dụng để vẽ bản đồ đẳng cường độ, là bản đồ thể hiện các khu vực có cùng mức cường độ. Các đường nối các điểm có cùng cường độ được gọi là đường đẳng cường độ (isoseismals). Bản đồ đẳng cường độ cung cấp một cái nhìn tổng quan về sự phân bố cường độ động đất và giúp xác định vùng bị ảnh hưởng nặng nề nhất.

So sánh MMI và EMS-98

Mặc dù cả hai thang đo MMI và EMS-98 đều sử dụng thang đo cường độ từ I đến XII, nhưng có một số khác biệt tinh tế giữa chúng. EMS-98 cung cấp các mô tả chi tiết hơn về tác động của động đất lên các loại công trình và kết cấu khác nhau, trong khi MMI tập trung nhiều hơn vào tác động chung đối với con người và môi trường. EMS-98 cũng bao gồm các hướng dẫn cụ thể hơn để đánh giá cường độ, giúp giảm bớt tính chủ quan. Một điểm khác biệt nữa là MMI được phát triển cho Hoa Kỳ, trong khi EMS-98 được phát triển cho Châu Âu, vì vậy chúng có thể phản ánh các loại công trình xây dựng và điều kiện địa chất khác nhau.

Những tiến bộ trong việc đánh giá cường độ

Với sự phát triển của công nghệ, việc đánh giá cường độ động đất ngày càng trở nên chính xác và nhanh chóng hơn. Các cảm biến địa chấn hiện đại có thể ghi lại rung động mặt đất với độ chính xác cao, và dữ liệu này có thể được sử dụng để tính toán cường độ theo thời gian thực. Ngoài ra, các phương pháp dựa trên internet và mạng xã hội cho phép thu thập nhanh chóng thông tin từ công chúng về tác động của động đất, giúp cải thiện việc đánh giá cường độ trong những thời điểm quan trọng. Ví dụ, “Cường độ Cảm nhận” (Felt Intensity) được thu thập qua các trang web như USGS’s “Did You Feel It?” cung cấp dữ liệu có giá trị về sự phân bố cường độ. Việc sử dụng trí tuệ nhân tạo và học máy cũng đang được nghiên cứu để tự động hóa và cải thiện độ chính xác của việc đánh giá cường độ.

Hạn chế của thang đo cường độ

Mặc dù thang đo cường độ cung cấp thông tin hữu ích về tác động của động đất, nhưng chúng cũng có một số hạn chế. Tính chủ quan trong việc quan sát và báo cáo tác động có thể dẫn đến sự không nhất quán trong việc đánh giá cường độ. Hơn nữa, cường độ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố địa phương, khiến việc so sánh cường độ giữa các trận động đất khác nhau hoặc các khu vực khác nhau trở nên khó khăn.

Nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu đang được tiến hành để phát triển các phương pháp đánh giá cường độ chính xác và khách quan hơn. Điều này bao gồm việc sử dụng trí tuệ nhân tạo và học máy để phân tích dữ liệu địa chấn và các nguồn thông tin khác, cũng như phát triển các thang đo cường độ mới kết hợp các yếu tố như thiệt hại kinh tế và xã hội. Việc tích hợp nhiều nguồn dữ liệu, bao gồm cả dữ liệu từ cảm biến, mạng xã hội và báo cáo của người dân, có thể giúp cải thiện đáng kể độ chính xác và tốc độ của việc đánh giá cường độ động đất.

• Bolt, B. A. (1999). Earthquakes. W. H. Freeman.
• Musson, R. M. W. (2012). Earthquake Hazard Evaluation in Engineering Practice. CRC Press.
• Grunthal, G. (ed.) (1998). European Macroseismic Scale 1998. Conseil de l’Europe.
• United States Geological Survey (USGS). Earthquake Hazards Program. (https://www.usgs.gov/natural-hazards/earthquake-hazards)

Câu hỏi và Giải đáp

Làm thế nào để phân biệt rõ ràng giữa cường độ và độ lớn của động đất, và tại sao sự phân biệt này lại quan trọng?

Trả lời: Độ lớn là một thước đo định lượng về năng lượng được giải phóng tại nguồn của động đất, thường được biểu thị bằng thang độ lớn mô men ($M_w$). Cường độ, ngược lại, là một thước đo định tính về mức độ rung lắc và thiệt hại tại một vị trí cụ thể. Sự phân biệt này quan trọng vì một trận động đất có độ lớn cao có thể có cường độ thấp tại một địa điểm xa, trong khi một trận động đất có độ lớn thấp hơn có thể gây ra cường độ cao gần tâm chấn. Hiểu rõ sự khác biệt này giúp đánh giá chính xác hơn rủi ro địa chấn.

Các yếu tố địa chất nào có thể ảnh hưởng đến cường độ động đất tại một địa điểm cụ thể?

Trả lời: Các yếu tố địa chất như loại đất đá, độ sâu của lớp đất mềm, sự hiện diện của nước ngầm và cấu trúc địa chất bên dưới có thể ảnh hưởng đáng kể đến cường độ động đất. Đất mềm, bão hòa nước có thể khuếch đại sóng địa chấn, dẫn đến rung lắc mạnh hơn so với đất đá cứng. Hiệu ứng địa điểm này có thể làm tăng cường độ động đất lên nhiều lần.

Ngoài MMI và EMS-98, còn có thang đo cường độ nào khác được sử dụng trên thế giới?

Trả lời: Có một số thang đo cường độ khác được sử dụng, bao gồm Thang đo Cường độ Địa chấn Nhật Bản (JMA), Thang đo Medvedev-Sponheuer-Karnik (MSK), và một số thang đo dành riêng cho từng khu vực. Mỗi thang đo có những đặc điểm riêng và được điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện địa chất và loại hình xây dựng của từng khu vực.

Làm thế nào để công nghệ hiện đại được sử dụng để cải thiện việc đánh giá cường độ động đất?

Trả lời: Cảm biến địa chấn hiện đại cung cấp dữ liệu theo thời gian thực về rung động mặt đất, cho phép tính toán cường độ nhanh chóng. Dữ liệu crowdsourced từ internet, chẳng hạn như báo cáo “Did You Feel It?”, cung cấp thông tin rộng khắp về cường độ cảm nhận. Các công nghệ này cho phép lập bản đồ cường độ nhanh chóng và chính xác hơn, hỗ trợ cho công tác ứng phó khẩn cấp. Trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy cũng đang được nghiên cứu để tự động phân tích dữ liệu và cải thiện độ chính xác của việc đánh giá cường độ.

Tại sao việc đánh giá cường độ động đất lại quan trọng đối với công tác giảm nhẹ thiên tai và quy hoạch đô thị?

Trả lời: Thông tin về cường độ động đất là yếu tố then chốt cho việc giảm nhẹ thiên tai và quy hoạch đô thị. Bản đồ cường độ giúp xác định các khu vực có nguy cơ cao, hỗ trợ cho việc quy hoạch sử dụng đất và thiết kế các quy định xây dựng chống động đất. Dữ liệu cường độ cũng được sử dụng để phát triển các kịch bản động đất và đánh giá tác động tiềm tàng của chúng, cho phép các nhà hoạch định chính sách đưa ra quyết định sáng suốt để giảm thiểu rủi ro và nâng cao khả năng phục hồi của cộng đồng.