Fysiikka osoittaa meille, että energia siirtyy aina aaltoina. Jokaisella aallolla on korkein kohta, jota kutsutaan harjanteeksi, ja matalin kohta, jota kutsutaan kaukaloksi. Aallon korkeus keskilinjasta aallon harjalle on sen amplitudi. Aaltojen välinen etäisyys harjasta harjalle (tai laaksosta laaksoon) on sen aallonpituus.
Maajäristyksistä peräisin oleva energia kulkee seismisinä aaltoina, joita käsiteltiin luvussa ”Laattatektoniikka”. Seismisten aaltojen tutkimista kutsutaan seismologiaksi. Seismologit käyttävät seismisiä aaltoja oppiakseen maanjäristyksistä ja myös oppiakseen maapallon sisuksista. Kappaleessa ”Laattatektoniikka” kuvattuja kahta seismisten aaltojen tyyppiä, P-aaltoja ja S-aaltoja, kutsutaan kappaleaalloiksi, koska ne liikkuvat maapallon kiinteän kappaleen läpi. P-aallot kulkevat kiinteiden aineiden, nesteiden ja kaasujen läpi. S-aallot kulkevat vain kiinteiden aineiden läpi. Pinta-aallot kulkevat maanpintaa pitkin maanjäristyksen epikentrumista ulospäin. Pinta-aallot ovat kaikista seismisistä aalloista hitaimpia, sillä ne etenevät 2,5 kilometrin (1,5 mailin) nopeudella sekunnissa. Maanjäristyksessä runkoaallot aiheuttavat teräviä tärähdyksiä, kun taas pinta-aaltojen vierivät liikkeet aiheuttavat suurimman osan maanjäristyksen vaurioista.
Magnitudin mittaaminen
Seismogrammit tallentavat seismiset aallot. Viime vuosisadan aikana tutkijat ovat kehittäneet useita tapoja mitata maanjäristyksen voimakkuutta. Nykyisin hyväksytty menetelmä on momentin magnitudiasteikko, joka mittaa maanjäristyksen vapauttaman energian kokonaismäärää. Tällä hetkellä seismologit eivät ole löytäneet luotettavaa menetelmää maanjäristysten ennustamiseen.Seismografi tuottaa vastaanottamistaan seismisistä aalloista graafisen esityksen ja tallentaa ne seismogrammiin. Seismogrammit sisältävät tietoja, joiden avulla voidaan määrittää, kuinka voimakas maanjäristys oli, kuinka kauan se kesti ja kuinka kaukana se oli. Nykyaikaiset seismometrit rekisteröivät maanpinnan liikkeet elektronisten liiketunnistimien avulla. Tiedot säilytetään sitten digitaalisesti tietokoneella.
Jos seismogrammiin tallentuu P-aaltoja ja pinta-aaltoja mutta ei S-aaltoja, seismografi oli maanjäristyksen toisella puolella, koska nämä aallot eivät voi kulkea maan nestemäisen ytimen läpi. Aaltojen amplitudin perusteella voidaan määrittää maanjäristyksen voimakkuus, jota käsitellään myöhemmin.Maanjäristyksen epikeskuksen paikantamiseksi tutkijoiden on ensin määritettävä epikeskuksen etäisyys kolmesta eri seismografista. Mitä pidempi aika P-aallon ja S-aallon saapumisen välillä on, sitä kauempana epikeskus on. P- ja S-aaltojen saapumisaikojen ero määrittää siis epikeskuksen ja seismometrin välisen etäisyyden. Tässä animaatiossa näytetään, miten etäisyys määritetään P-, S- ja pinta-aaltojen avulla.
Tiedemies piirtää sitten ympyrän, jonka säde on yhtä suuri kuin kyseisen seismografin etäisyys epikenteristä. Epikeskus on jossain tuon ympyrän varrella. Tämä tehdään kolmelle paikalle. Kun käytetään kahden seismografin tietoja, kaksi ympyrää leikkaavat kaksi pistettä. Kolmas ympyrä leikkaa kaksi muuta ympyrää yhdessä pisteessä. Tämä piste on maanjäristyksen epikeskus. Vaikka tämä tekniikka oli käyttökelpoinen vuosikymmeniä, se on korvattu digitaalisilla laskelmilla. Seismiset asemat tallentavat tässä animaatiossa kymmenen maanjäristystä.
Maajäristysten mittaaminen
Ihmiset ovat aina yrittäneet kvantifioida maanjäristysten kokoa ja niiden aiheuttamia vahinkoja. 1900-luvun alkupuolelta lähtien on ollut käytössä kolme menetelmää Vanhin asteikoista on nimeltään Mercalli-intensiteettiasteikko. Maanjäristyksiä kuvataan sen mukaan, mitä lähistöllä asuvat asukkaat tunsivat ja millaisia vahinkoja lähistöllä oleville rakenteille aiheutui. Tämä asteikko on tiedoiltaan laadullisempi, koska se perustuu visuaalisiin vaurioihin eikä maanjäristyksen vapauttamaan todelliseen energiaan. Nykyään nämä kartat ovat edelleen tärkeitä, ja erilaiset seismologiset asemat luovat tärinäkarttoja pintavaurioista. seismografiaseman keksimisen myötä luotiin Richterin magnitudiasteikko. Tämä Charles Richterin vuonna 1935 kehittämä asteikko mittaa seismometrin avulla maanjäristyksen vapauttaman suurimman energiantärähdyksen suuruuden. Nykyään momenttiasteikko on korvannut Richterin asteikon. Momenttimagnitudiasteikolla mitataan maanjäristyksen vapauttamaa kokonaisenergiaa. Momenttimagnitudi lasketaan repeytyneen ruhjeen pinta-alasta ja maan liikkumisesta ruhjetta pitkin.Richterin asteikko ja momenttimagnitudiasteikko ovat logaritmisia. Suurimman aallon amplitudi kasvaa kymmenkertaiseksi kokonaisluvusta toiseen. Yhden kokonaisluvun kasvu tarkoittaa, että energiaa vapautui kolmekymmentä kertaa enemmän. Nämä kaksi asteikkoa antavat usein hyvin samankaltaisia mittaustuloksia.Miten magnitudin 5 maanjäristyksen suurimman seismisen aallon amplitudi vertautuu magnitudin 4 maanjäristyksen suurimpaan aaltoon? Miten se vertautuu magnitudin 3 järistykseen? Magnitudin 5 järistyksen suurimman seismisen aallon amplitudi on 10 kertaa suurempi kuin magnitudin 4 järistyksen amplitudi ja 100 kertaa suurempi kuin magnitudin 3 järistyksen amplitudi.
Kummallakin asteikolla on omat etunsa. Kuten edellä mainittiin, Mercallin voimakkuusasteikko perustuu siihen, kuinka paljon vahinkoa joku näkisi. Tämä on kuitenkin suhteellista, koska joissakin paikoissa on vahvat rakennusmääräykset, ja alla oleva kalliomateriaali vaikuttaa maan tärinään muuttamatta polttopisteessä vapautuvaa energiaa. Richterin asteikolla yksittäinen terävä tärähdys mitataan korkeammaksi kuin hyvin pitkä voimakas maanjäristys, joka vapauttaa enemmän energiaa. Momentin magnitudiasteikko kuvaa tarkemmin vapautuvaa energiaa ja aiheutuneita vahinkoja. Nykyään useimmat seismologit käyttävät momenttimagnitudiasteikkoa.