DEPREM BÜYÜKLÜĞÜ'NÜN BELİRLENMESİ
RICHTER ÖLÇEĞİ, SİSMİK MOMENT, SİSMİK ENERJİ

Dr.Charles Richter'in bilim dünyasına en büyük katkısı hiç şüphesiz, depremler tarafından yayılan dalgaların depremin büyüklüğünün ölçülmesi için iyi bir kaynak oluşturabileceğini farketmesiydi. Sayısız deprem dalgası kayıdını inceleyerek daha sonra kendi adıyla anılacak olan kalibrasyon ölçeğini geliştirdi.

Richter, depremin içsel enerjisi ne kadar büyükse, yer haretketinin amplitüdünün de o kadar büyük olacağını gösterdi. Büyüklük (magnitud) ölçeğini, periyodu 1 saniye olan shear dalgalarına hassas sismometreler kullanarak kalibre etti. Ancak, Richter kayıtlarının tamamını Wood-Anderson Sismografı adındaki belli bir cihazdan elde ediyordu ve ölçümleri sadece Kaliforniya depremeleri ile sınırlıydı. Daha sonra sismolojistler bu ölçeği hertür sismorgraf ve dünyanın her yeri için geçerli hale getiren çalışmlar yaptılar. Öyle ki bu ölçekle binlerce ay depremi ile iki Mars depremi bile ölçütlendirildi.

Aşağıdaki diagram'da Richter'in güney Kaliforniya'daki bir depremi ölçmek için kullandığı orjinal sismogram kaydı yer almaktadır:

Diagram'daki ölçekler belli bir matematiksel hesabı göz ile yapmayı sağlayacak bir nomogram meydana getirmektedirler.

Depremin büyüklüğünün nomogram yardımıyla belirlenmesi için sırasıyla aşağıdaki işlemler uygulanır:

1. P dalgalarının başladığı andan S dalgalarının başladığı ana kadar geçen süre hesaplanır. (Bu örnekte 24sn)
2. 24sn. nomogramda işaretlenir ve ona karşılık gelen 215km değeri okunur. Bu istasyonun merkez üssüne uzaklığıdır.
3. En güçlü S dalgasının amplitüdü ölçülür (bu örnekte 23mm) ve nomogramda işaretlenir.
4. İlk iki işaret doğrusal olarak birleştirilir. Depremin büyüklüğü (magnitud) bu iki işareti birleştiren doğrunun magnitud ölçeği ile kesiştiği noktadır. (Bu örnekte depremin büyüklüğü 5'tir)

Richter Büyüklüğü'nün denklem olarak ifadesi ise aşğıdaki gibidir:

M_L = log₁₀A(mm) + (Uzaklık düzeltme faktörü)

Bu denklemde A Wood Anerson sismografından elde edilen amplitüdü (mm olarak) gösterirken uzaklık faktörü Richter'in 1958'de yayınladığı Elementary Seismology isimli kitabından elde edilmektedir.

Richter'in güney Kaliforniya'da kullandığı nomogramın denklemi ise aşağıdadır:

Denklemde geçen P dalgaları başladığı andan S dalgalarının başaldığı ana kadar geçen süreyi (S-P) temsil etmektedir.

Sismoljistler, depremin büyüklüğünün tespiti için genellikle farklı sismograf istasyonlarından elde ettikleri verilerin ortalamasını kullanırlar. Bu istasyonların verileri arasındaki sapmanın genellikle 02.-0.3 birim olması beklenir.

Sismik Moment

Sismolojister son zamanlarda Moment Büyüklüğü (Moment Magnitude) adıyla sismik moment'den elde edilen ve aletlerden bağımsız yeni bir büyüklük ölçeği geliştirmişlerdir.

Sismik moment üzerine fikir sahibi olmak için fizikteki tork kavramına bir bakmamız lazım. Tork bir sistemin açısal momentumunu değiştiren güç olarak tanımlanır ve kuvvet x sistemin dönüş merkezine uzaklık olarak ifade edilir. Depremler de fayların karşılıklıklı taraflarındaki dünyanın farklı katmanlarının birbirleriyle etkileşimlerinden ortaya çıkarlar. Bir kısım kompleks hesaptan sonra bir depremin sismik momenti aşağıdaki gibi ifade edilebilir:

(moment) = (kayaç sertliği) x (fay alanı) x (kayma mesafesi)

Bu formül sayesinde belli büyüklükteki (alan) bir fayın ne büyüklükte bir deprem yaratma potansiyeli olduğu önceden belirlenebilri.

Sismik moment "büyüklük"e aşağıdaki formülle çevrilir:

Sismik Enerji

Hem depremin büyüklüğü hem de sismik moment, deprem sırasında ortaya çıkan enerji ile direk bağlantılıdır. Richter, önceleri berber çalıştığı Dr.Beno Gutenberg ile aşağıdaki enerji-büyüklük bağlantısını kurmuştu:

logE_S = 11.8 + 1.5M (ES erg cinsinden sismik enerji, M Richter ölçeği ile büyüklük)

(Burada ES'nin depremin içsel enerjisi olmadığını ama sismik dalgalarla yayılan enerjisi olduğunu not etmekte fayda var!)

Daha yakınlarda Dr. Hiroo Kanamori, sismik moment ile sismik dalga enerjisi için aşağıdaki bağlantıyı geliştirdi:

Energy = (Moment)/20,000 (enerji erg, moment dyne-cm cinsinden)

Şimdiye kadar bahsedilen büyüklükleri daha iyi açıklamak için aşağıdaki tabloya kısaca gözatmamız gerekecek. Bu tabloda depremde yayılan enerji TNT patlayıcısıyla kıyaslanmıştır. (1 ons (~28.3gr) TNT'nin yeraltında patlamasının 640milyon erg enerji açığa çıkardığı varsayılmıştır).

Richter     TNT olarak Sismik    Fiziksel Ifadesi

Buyuklugu      Enerji Yayimi    (yaklasik)

(-)1.5              6 ons      Masada bir kaya parcasi kirmak

 1.0               30 pound    Santiyede buyuk bir patlama

 1.5              320 pound

 2.0                1 ton      Maden ocagi patlamasi

 2.5              4.6 ton

 3.0               29 ton

 3.5               73 ton  

 4.0            1,000 ton      Kucuk nukleer bomba

 4.5            5,100 ton      Ortalama bir hortum

 5.0           32,000 ton

 5.5           80,000 ton      Little Skull Mtn., NV depremi, 1992

 6.0         1 milyon ton      Double Spring Flat, NV depremi, 1994

 6.5         5 milyon ton      Northridge, Kaliforniya Quake, 1994

 7.0        32 milyon ton      Hyogo-Ken Nanbu, Japonya depremi, 1995

 7.5       160 milyon ton      Dogu Marmara Depremi, 1999

 8.0         1 milyar ton      San Francisco, Kaliforniya, 1906

 8.5         5 milyar ton      Anchorage, depremi, 1964

 9.0        32 milyar ton      Sili depremi, 1960

10.0        1 trilyon ton     (San-Andreas tipi bir fay)

12.0      160 trilyon ton      Dunyanin ortdan ikiye bolunmesi
                              (dunyanin bir gunde absorbe ettigi gunes enerjisi)

Yine yukarıdaki tablodan elde edebileceğimiz daha basit bir tablo ile iki deprem arasındaki enerji yayılması farklarını kat olarak gösterbiliriz (değerler yaklaşıktır):

Yukarıdaki tablodan anlaşılacağı üzere 7.5 büyüklüğündeki bir deprem 7.0 büyüklüğündeki bir depreme göre yaklaşık 5 kat daha fazla enerji yamaktadır.

Aynı depremler için daha kesin değerleri aşağıdaki formüle göre hesaplarsak;

logE_S = 11.8 + 1.5M

ES (M=7) = 10^22,3 ve ES (M=7.5) = 10^23,05 =>

ES (7.5) = 5.62 x ES (7.0) yani 5.62 katıdır.

Kaynakça:

J. Louie, 9 Oct. 1996 (USGS)
UPSeis

DEPREMİN BÜYÜKLÜĞÜ VE ŞİDDETİ

Sık sık karıştırılan büyüklük ve şiddet kavramlarının çok net şekilde tanımlanması gerekmektedir.

Depremin büyüklüğü (aletsel büyüklüğü) deprem sırasında ortaya çıkan enerji miktarının bir göstergesi iken, depremin şiddeti depremin verdiği hasarın sadece görsel kanaate dayalı bir göstergesidir.

Bu nedenle, aynı aletsel büyüklüğe sahip olan depremlerde ortaya çıkan enerji dünyanın her yerinde aynı iken, yapı stoğunun ortalama kalitesi, zemin büyütme faktörü, jeolojik ve jeofizik nedenler gibi çeşitli etmenlerden ötürü aynı büyüklük değerine sahip depremler bölgelere göre çok farklı şiddet değerleri gösterebilir.

Bugün dünyada en yaygın olarak kullanılan aletsel büyüklük ölçeği, Richter ölçegi, öte yandan en yaygın şiddet ölçeği ise Mercalli skalasıdır.

Richter Ölçeği

Richter Büyüklük Ölçeği'ne göre deprem sınıflandırmaları aşağıdaki gibidir:

Her deprem için açığa çıkacak enerji miktarı sabit olmakla beraber, farklı gözlemevleri farklı sonuçlara ulaşabilirler. Büyüklük, davranış ve yerine bağlı olarak, depremin büyüklüğü farklı metodlarla tespit edilebilir. Her ölçüm için artı eksi 0.3 birim kadar bir hata payı kabul edilmelidir. Bir ölçümün kesinliği farklı gözlemevi girdilerine bağlı olarak arttırılabilir.

Richter Ölçegiyle ilgili daha detyalı bilgi için tıklayınız...

Modifiye Mercalli Şiddet Skalası

Depremin etkilerinin ölçümüne depremin şiddeti denir. Modifiye Mercalli Skalası depremin yolaçtığı hasarın sınıflandırılması açısından ayırdedici bir veri kaynağıdır. I (en küçük) XII (en büyük) olmak üzere Romen rakamları ile ifade edilir.

Deprem hasarları aşağıda gösterildiği şekilde subjektif göreceli gözlemlere göre sınıflandırılabilir:

Yukarıdaki verilerden anlaşılacağı üzere, 17 Ağustos 1999 Doğu Marmara depreminin aletsel büyüklüğü Richter ölçeği ile 7.4 olarak belirlenmişken, şiddet değeri X olarak ifade edilebilir. Mercalli skalası değerleri tarihi depremlerin büyüklüklerinin belirlenmesinde önemli rol oynar. Bu şekide istatistik veriler güçlendirilerek, depremlerin tekrarlanma periyodları daha hassas saptanabilir.

Şekil: 17 Ekim 1989 Loma Prieta depreminin Mercalli Skalasına göre şiddet dağılımı

Yukarıdaki şekilde Loma Prieta depremine ait isosismik bir harita yeralmaktadır. İsosismik haritalar eş hasarların oluştuğu bölgelerin birleştirilmesi ile oluşturulurlar ve depremin merkez üssü ile direk alakalıdırlar.

Bu deprem sırasında yumuşak ve suya doygun zeminler, San Francisco Körfezi civarında sarsıntının etkisini büyütmüş ve meydana gelen sıvılaşma olayları nedeniyle iyi inşa edilmiş yapılar bile yıkılarak depremin şiddetini IX'a kadar çıkarmıştır.

Kaynakça: USGS J. Louie, 10 Oct. 1996

DEPREM DALGALARI

Bir kırık boyunca biriken enerjinin boşalması sırasında çevreye sismik dalgalar yayılmaktadır. Deprem dalgaları olarak nitelenen bu sismik dalgalar, önce hafif bir sarsıntı ile yer içerisinden gelen top seslerini andıran gürültüler şeklinde hissedilmektedir. Daha sonra sarsıntılar birdenbire şiddetlenmeye başlar ve bir süre sonra en yüksek mertebeye ulaşır. En şiddetli sarsıntıyı oluşturduktan sonra deprem yeniden yavaşlar ve gün-yıl mertebesi içerisinde aynı kırık üzerinde hafif sarsıntılar şeklinde (artçı depremler) devam ederler.
 

iki tür deprem dalgası vardır. Bunlar cisim dalgaları ve yüzey dalgalarıdır.

* Cisim Dalgaları

* Yüzey Dalgaları

CİSİM DALGALARI

 Cisim dalgaları P dalgaları ve S dalgaları olmak üzere iki şekilde görülür..

     P Dalgaları..- P ingilizcedeki birincil anlamına gelen "Primary" sözcüğünün baş harfinden alınmıştır. P dalgaları yayılma sırasında kayaları ileri-geri itip-çekerek, dalgaların ilerleyiş yönüne paralel hareketlilik yaratırlar.

    Tıpkı bir ucu sabit olan bir spiral yayı gerip de bıraktığımızdaki salınımı gibi hareket ederler. Bu dalgaların hızları saniyede yaklaşık 8 km'dir. Deprem ölçüm merkezine en önce gelen bu dalgaların en önemli özelliklerinden birisi de her türlü ortamda (Katı, sıvı ve gaz) ilerleyebilmeleridir.

     S Dalgaları.-S ingilizcedeki ikincil anlamına gelen "Secondary" kelimesinin baş harfinden alınmıştır. Deprem istasyonuna ikinci sırada ulaşan dalgalar olup, hızları saniyede 4.5 km..kadardır. Bunlar yalnızca katı kütlelerde ilerleyebilmekte ve cisimleri aşağıya-yukarıya ve sağa-sola doğru hareket ettirmektedirler.

YÜZEY DALGALARI

     Deprem dalgaları içerisinde en yavaş ilerleyen dalga tipi olup daha fazla hasara neden olurlar..Bu dalgaların oluşması sırasında yerin hareket etmesi ve dolayısıyla dalganın etkisi de büyük olmaktadır. Yüzey dalgalarının "Love dalgaları" ve "Rayleigh dalgaları" olmak üzere iki türü vardır.

Love dalgası..- Yüzey dalgalarının en hızlısı olup, yeri yatay düzlemde hareket ettirir.

Ray/eigh da/gası.- Bir göl veya okyanusun üzerinde yuvarlanan dalga salınımı gibi yer üzerinde hareket eder. Deprem sırasında hissedilen sallantıların çoğu, diğer dalgalardan çok daha büyük genlikli olan Rayleigh dalgalarından kaynaklanmaktadır.

Alıntıdır.