Độ Richter (Richter Scale)

Độ Richter, hay còn gọi là thang Richter, là một thang đo logarit cơ số 10 được sử dụng để định lượng độ lớn của động đất. Nó được phát triển bởi nhà địa chấn học người Mỹ Charles F. Richter vào năm 1935. Độ Richter biểu thị cường độ của động đất dựa trên biên độ sóng địa chấn được ghi lại bởi địa chấn kế. Mỗi bậc tăng trên thang Richter đại diện cho sự gia tăng gấp mười lần về biên độ sóng và khoảng 31.6 lần năng lượng được giải phóng.

Cách tính

Độ Richter (M_L) được tính theo công thức sau:

$ML = log{10}A – log_{10}A_0(\delta)$

Trong đó:

M_L là độ Richter.
A là biên độ tối đa được ghi nhận bởi địa chấn kế Wood-Anderson (theo đơn vị micromet).
A₀ là biên độ “chuẩn” của một trận động đất nhỏ, được điều chỉnh theo khoảng cách δ (tính bằng độ) từ tâm chấn đến trạm quan sát. Công thức của A₀ phụ thuộc vào vùng địa lý và được thiết kế để cho M_L = 0 khi A = A₀. Việc sử dụng địa chấn kế Wood-Anderson và công thức cụ thể này giới hạn thang Richter ban đầu, và hiện nay người ta thường dùng các thang đo khác, chính xác hơn cho các trận động đất lớn.

Ý nghĩa của các giá trị độ Richter

Thang Richter không có giới hạn trên hoặc dưới. Tuy nhiên, trong thực tế, hầu hết các trận động đất rơi vào khoảng từ 0 đến 9. Dưới đây là mô tả chung về ảnh hưởng của động đất ở các mức độ Richter khác nhau:

Dưới 2.0: Rất nhỏ, thường không cảm nhận được.
2.0 – 3.9: Nhỏ, thường cảm nhận được, nhưng ít khi gây thiệt hại.
4.0 – 4.9: Nhẹ, rung lắc đáng chú ý, có thể làm đổ vật dụng, thiệt hại nhỏ.
5.0 – 5.9: Vừa, gây thiệt hại cho các công trình yếu, thiệt hại đáng kể ở các khu vực đông dân cư.
6.0 – 6.9: Mạnh, gây thiệt hại trên diện rộng.
7.0 – 7.9: Lớn, gây thiệt hại nghiêm trọng trên diện rộng.
8.0 – 8.9: Rất lớn, gây thiệt hại nặng nề, phá hủy trên diện rộng.
9.0 trở lên: Cực lớn, tàn phá thảm khốc trên diện rộng.

Hạn chế của thang Richter

Thang Richter có một số hạn chế, đặc biệt là đối với các trận động đất lớn và ở khoảng cách xa. Nó không đo lường chính xác năng lượng được giải phóng bởi các trận động đất rất lớn (thường bão hòa ở mức 7). Vì vậy, đối với các trận động đất lớn hơn khoảng 7.0, các nhà khoa học thường sử dụng thang đo mô men địa chấn (M_w), một thang đo khác chính xác hơn về mặt năng lượng. Thang mô men địa chấn được thiết kế để cho giá trị tương đương với thang Richter trong phạm vi độ lớn vừa và nhỏ.

Mặc dù có một số hạn chế, thang Richter vẫn là một công cụ quan trọng để đo lường độ lớn của động đất và được sử dụng rộng rãi để truyền đạt nhanh chóng thông tin về cường độ động đất cho công chúng và các cơ quan chức năng. Tuy nhiên, đối với các trận động đất lớn, thang mô men địa chấn cung cấp một đánh giá chính xác hơn về năng lượng được giải phóng.

So sánh Thang Richter và Thang Mô men Địa chấn (M_w)

Như đã đề cập, thang Richter gặp hạn chế khi đánh giá động đất lớn. Thang mô men địa chấn (M_w) ra đời để khắc phục nhược điểm này. M_w dựa trên mô men địa chấn (M₀), đại lượng liên quan đến diện tích bề mặt đất gãy, độ dịch chuyển trung bình trên đất gãy và độ cứng của đá. Công thức tính M_w như sau:

$Mw = \frac{2}{3} log{10}M_0 – 10.7$

Trong đó M₀ được đo bằng dyne-cm (đơn vị CGS).

Sự khác biệt chính giữa M_L và M_w nằm ở cách chúng đo lường. M_L dựa trên biên độ sóng địa chấn lớn nhất, trong khi M_w xem xét tổng năng lượng được giải phóng bởi toàn bộ sự kiện động đất. Do đó, M_w chính xác hơn cho các trận động đất lớn, phản ánh tốt hơn sức tàn phá thực tế.

Các thang đo khác

Ngoài M_L và M_w, còn có các thang đo khác để đánh giá động đất, mỗi thang tập trung vào một khía cạnh khác nhau:

Thang Mercalli (MMI): Đánh giá cường độ động đất dựa trên tác động quan sát được đối với con người, môi trường và các công trình xây dựng. Nó là một thang đo định tính, không sử dụng thiết bị đo đạc. Thang này hữu ích để đánh giá tác động thực tế của động đất lên một khu vực cụ thể.
Thang độ lớn sóng mặt (M_s): Dựa trên biên độ sóng Rayleigh, loại sóng di chuyển dọc theo bề mặt Trái Đất. Thang này hữu ích cho việc đo lường động đất ở khoảng cách xa.
Thang độ lớn sóng thân (M_b): Dựa trên biên độ sóng P, loại sóng nhanh nhất truyền qua lòng đất. Thang này thường được sử dụng cho động đất ở khoảng cách trung bình.

Phân bố địa lý của động đất

Động đất thường xảy ra dọc theo các ranh giới mảng kiến tạo, nơi các mảng Trái Đất va chạm, tách ra hoặc trượt lên nhau. Vành đai lửa Thái Bình Dương là một ví dụ điển hình về khu vực có hoạt động địa chấn cao.

Ứng dụng của thang Richter

Mặc dù có những hạn chế, thang Richter vẫn đóng vai trò quan trọng trong:

Cảnh báo sớm: Cung cấp thông tin nhanh chóng về độ lớn của động đất, giúp các cơ quan chức năng đưa ra cảnh báo kịp thời.
Nghiên cứu khoa học: Phân tích dữ liệu địa chấn để hiểu rõ hơn về cơ chế động đất và cấu trúc Trái Đất.
Thiết kế công trình: Xây dựng các công trình chống động đất hiệu quả dựa trên mức độ nguy hiểm địa chấn của khu vực.

Tóm tắt về Độ Richter

Độ Richter (ML) là một thang đo logarit cơ số 10 dùng để định lượng độ lớn của động đất, dựa trên biên độ sóng địa chấn. Công thức tính toán là $ML = log{10}A – log_{10}A_0(\delta)$, với A là biên độ sóng ghi nhận và $A_0$ là biên độ chuẩn. Mỗi bậc tăng trên thang Richter tương ứng với biên độ sóng tăng gấp 10 lần và năng lượng giải phóng tăng khoảng 31.6 lần.

Thang Richter có hạn chế, đặc biệt là với động đất lớn. Nó không đo lường chính xác năng lượng được giải phóng trong những trường hợp này. Đối với động đất lớn (thường trên 7.0), thang Mô men Địa chấn (Mw) được ưa chuộng hơn, vì nó dựa trên tổng năng lượng giải phóng, được tính bằng công thức $Mw = \frac{2}{3} log{10}M_0 – 10.7$, với $M_0$ là mô men địa chấn.

Cần phân biệt giữa độ lớn (magnitude) và cường độ (intensity) của động đất. Độ lớn, được đo bằng Richter hoặc Mw, thể hiện năng lượng giải phóng. Cường độ, thường đo bằng thang Mercalli (MMI), đánh giá tác động của động đất lên con người, công trình và môi trường. Do đó, một trận động đất có độ lớn nhất định có thể có cường độ khác nhau tại các địa điểm khác nhau, tùy thuộc vào khoảng cách tới tâm chấn, điều kiện địa chất, v.v.

Cuối cùng, hãy nhớ rằng thang Richter, dù có hạn chế, vẫn là một công cụ quan trọng để truyền đạt nhanh chóng thông tin về cường độ động đất và đóng vai trò trong cảnh báo sớm, nghiên cứu khoa học và thiết kế công trình chống động đất.

Tài liệu tham khảo:

Richter, C. F. (1935). An instrumental earthquake magnitude scale. Bulletin of the Seismological Society of America, 25(1), 1-32.
Hanks, T. C., & Kanamori, H. (1979). A moment magnitude scale. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 84(B5), 2348-2350.
U.S. Geological Survey. (n.d.). Earthquake Glossary. Truy cập từ https://earthquake.usgs.gov/learn/glossary/

Câu hỏi và Giải đáp

Tại sao thang Richter lại sử dụng thang logarit cơ số 10?

Trả lời: Thang logarit được sử dụng vì biên độ sóng địa chấn có thể thay đổi rất lớn giữa các trận động đất. Một thang logarit nén phạm vi giá trị này, giúp dễ dàng so sánh và biểu diễn độ lớn của các trận động đất khác nhau. Cụ thể, thang logarit cơ số 10 nghĩa là mỗi bậc tăng trên thang Richter tương ứng với biên độ sóng tăng gấp 10 lần.

Ngoài việc sử dụng địa chấn kế, còn phương pháp nào khác để ước tính độ lớn của một trận động đất trong lịch sử (khi chưa có địa chấn kế)?

Trả lời: Đối với các trận động đất lịch sử, độ lớn được ước tính dựa trên các ghi chép lịch sử về mức độ thiệt hại và tác động của động đất. Các nhà khoa học sử dụng thang cường độ, chẳng hạn như thang Mercalli Biến đổi (MMI), để đánh giá cường độ dựa trên các mô tả về thiệt hại đối với công trình, sự thay đổi cảnh quan và trải nghiệm của con người. Từ đó, họ có thể suy ra độ lớn tương đối của trận động đất.

Làm thế nào để xác định tâm chấn của một trận động đất?

Trả lời: Tâm chấn được xác định bằng cách sử dụng dữ liệu từ ít nhất ba trạm địa chấn khác nhau. Bằng cách đo thời gian sóng địa chấn đến từng trạm, các nhà khoa học có thể tính toán khoảng cách từ mỗi trạm đến tâm chấn. Vẽ các đường tròn với bán kính bằng khoảng cách này, giao điểm của ba đường tròn sẽ xác định vị trí tâm chấn.

Sự khác biệt chính giữa sóng P, sóng S và sóng mặt trong động đất là gì?

Trả lời: Sóng P (sóng sơ cấp) là sóng dọc, lan truyền nhanh nhất và có thể đi qua cả chất rắn, lỏng và khí. Sóng S (sóng thứ cấp) là sóng ngang, lan truyền chậm hơn sóng P và chỉ đi qua chất rắn. Sóng mặt lan truyền dọc theo bề mặt Trái Đất và gây ra rung lắc mạnh nhất, gồm sóng Rayleigh (chuyển động elip) và sóng Love (chuyển động ngang).

Ngoài vị trí địa lý, còn yếu tố nào khác ảnh hưởng đến mức độ thiệt hại do động đất gây ra?

Trả lời: Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến mức độ thiệt hại, bao gồm:

Độ sâu của tâm chấn: Động đất nông gây ra rung lắc mạnh hơn ở bề mặt so với động đất sâu.
Điều kiện địa chất: Đất mềm, yếu có thể khuếch đại sóng địa chấn, gây thiệt hại lớn hơn.
Chất lượng công trình: Công trình được thiết kế và xây dựng tốt có khả năng chống động đất tốt hơn.
Mật độ dân số: Khu vực đông dân cư sẽ chịu thiệt hại về người và tài sản lớn hơn.
Thời điểm xảy ra động đất: Động đất xảy ra vào ban đêm khi mọi người đang ngủ có thể gây ra nhiều thương vong hơn.

Một số điều thú vị về Độ Richter

Không phải lúc nào cũng là Richter: Mặc dù công chúng thường dùng “độ Richter” để chỉ độ lớn động đất, các nhà khoa học hiện nay hiếm khi sử dụng thang Richter gốc. Họ thường dùng thang mô men địa chấn (Mw) cho độ chính xác cao hơn, đặc biệt với động đất lớn.
Động đất “âm”: Thang Richter có thể có giá trị âm! Những trận động đất cực nhỏ, với năng lượng giải phóng rất thấp, có thể có độ Richter âm. Tuy nhiên, chúng quá yếu để con người cảm nhận được và chỉ được ghi nhận bởi các thiết bị địa chấn nhạy cảm.
Richter ban đầu chỉ thiết kế cho California: Thang Richter ban đầu được phát triển để đo động đất ở Nam California, sử dụng một loại địa chấn kế cụ thể. Sau đó, nó được điều chỉnh để áp dụng cho các khu vực khác trên thế giới.
Động đất lớn nhất từng được ghi nhận: Trận động đất lớn nhất từng được ghi nhận xảy ra năm 1960 tại Chile, với độ lớn mô men địa chấn (Mw) là 9.5. Nếu dùng thang Richter, giá trị ước tính cũng vào khoảng 8.5 – 8.6, cho thấy sức mạnh khủng khiếp của nó.
Hơn một triệu trận động đất mỗi năm: Theo ước tính, có hơn một triệu trận động đất xảy ra trên Trái Đất mỗi năm. Tuy nhiên, phần lớn chúng quá yếu để con người có thể cảm nhận được.
Động đất có thể tạo ra sóng thần: Động đất mạnh dưới đáy biển có thể gây ra sóng thần, những cơn sóng khổng lồ có sức tàn phá khủng khiếp khi ập vào bờ.
Động đất có thể làm thay đổi độ dài của ngày: Những trận động đất rất lớn có thể làm thay đổi tốc độ quay của Trái Đất, dù chỉ là một phần nhỏ của giây. Điều này ảnh hưởng đến độ dài của một ngày, mặc dù sự thay đổi là quá nhỏ để con người nhận thấy.
Dự đoán động đất vẫn là một thách thức: Mặc dù khoa học đã có nhiều tiến bộ trong việc hiểu biết về động đất, việc dự đoán chính xác thời gian, địa điểm và độ lớn của một trận động đất vẫn là một thách thức lớn.