A fizika azt mutatja, hogy az energia mindig hullámokban terjed. Minden hullámnak van egy csúcspontja, amelyet csúcsnak nevezünk, és egy mélypontja, amelyet mélypontnak nevezünk. A hullámnak a középvonaltól a hullámhegyig mért magassága az amplitúdója. A hullámok közötti távolság a hullámhegytől a hullámhegyig (vagy a hullámvölgytől a hullámvölgyig) a hullámhossz.
A földrengésekből származó energia szeizmikus hullámokban terjed, amelyeket a “Lemeztektonika” című fejezetben tárgyaltunk. A szeizmikus hullámok tanulmányozását szeizmológiának nevezik. A szeizmológusok a szeizmikus hullámokat a földrengések megismerésére és a Föld belsejének megismerésére is használják. A “Lemeztektonika” című fejezetben ismertetett kétféle szeizmikus hullámot, a P-hullámokat és az S-hullámokat testhullámoknak nevezzük, mivel a Föld szilárd testén keresztül mozognak. A P-hullámok szilárd testeken, folyadékokon és gázokon keresztül terjednek. Az S-hullámok csak szilárd anyagokon keresztül haladnak. A felszíni hullámok a talaj mentén, a földrengés epicentrumától kifelé haladnak. A felszíni hullámok az összes szeizmikus hullám közül a leglassabbak, másodpercenként 2,5 km (1,5 mérföld) sebességgel terjednek. Egy földrengésben a testhullámok éles lökéseket okoznak, míg a felszíni hullámok gördülő mozgása okozza a legtöbb kárt egy földrengésben.
Magnitúdó mérése
A szeizmogramok a szeizmikus hullámokat rögzítik. Az elmúlt évszázadban a tudósok számos módszert fejlesztettek ki a földrengések intenzitásának mérésére. A jelenleg elfogadott módszer a momentummagnitúdó-skála, amely a földrengés által felszabaduló teljes energiamennyiséget méri. Jelenleg a szeizmológusok még nem találtak megbízható módszert a földrengések előrejelzésére. a szeizmográf grafikonszerű ábrázolást készít az általa fogadott szeizmikus hullámokról, és azokat egy szeizmogramra rögzíti. A szeizmogramok olyan információkat tartalmaznak, amelyek segítségével meghatározható, hogy a földrengés milyen erős volt, mennyi ideig tartott, és milyen messze volt. A modern szeizmométerek elektronikus mozgásérzékelőkkel rögzítik a talajmozgásokat. Az adatokat aztán digitálisan tárolják egy számítógépen.
Ha egy szeizmogram P-hullámokat és felszíni hullámokat rögzít, de S-hullámokat nem, akkor a szeizmográf a földrengéstől a Föld másik oldalán volt, mert ezek a hullámok nem tudnak áthaladni a Föld folyékony magján. A hullámok amplitúdója alapján meghatározható a földrengés erőssége, amelyről egy későbbi szakaszban lesz szó.A földrengés epicentrumának lokalizálásához a tudósoknak először meg kell határozniuk az epicentrum távolságát három különböző szeizmográfról. Minél hosszabb az idő a P-hullám és az S-hullám érkezése között, annál távolabb van az epicentrum. Tehát a P- és S-hullám érkezési idejének különbsége határozza meg az epicentrum és a szeizmométer közötti távolságot. Ez az animáció azt mutatja be, hogyan határozzák meg a távolságot a P-, S- és felszíni hullámok segítségével.
A tudós ezután egy kört rajzol, amelynek sugara megegyezik az adott szeizmográf epicentrumtól mért távolságával. Az epicentrum valahol e kör mentén van. Ezt három helyszínre vonatkozóan végzi el. Két szeizmográf adatait használva a két kör két pontban metszi egymást. A harmadik kör a másik két kört egyetlen pontban fogja metszeni. Ez a pont a földrengés epicentruma. Bár évtizedekig hasznos volt, ezt a technikát mára felváltották a digitális számítások. A szeizmikus állomások tíz földrengést rögzítenek ebben az animációban.
A földrengések mérése
Az emberek mindig is megpróbálták számszerűsíteni a földrengések nagyságát és a földrengések által okozott károkat. A 20. század eleje óta három módszer létezik A legrégebbi skála a Mercalli-intenzitási skála. A földrengéseket aszerint írják le, hogy mit éreztek a közelben lakók, és mekkora kárt okoztak a közeli építményekben. Ez a skála inkább minőségi információkat tartalmaz, mivel a vizuális károkon és nem a földrengés által kibocsátott tényleges energián alapul. Ma is fontosak ezek a térképek, és a különböző szeizmológiai állomások rengéstérképeket készítenek a felszíni károkról. a szeizmográfállomás feltalálásával létrejött a Richter-magnitúdóskála. Ezt a skálát 1935-ben Charles Richter fejlesztette ki, és egy szeizmométer segítségével méri a földrengés által kibocsátott legnagyobb lökés energiájának nagyságát. Napjainkban a Richter-skála helyébe a momentum-magnitúdóskála lépett. A momentummagnitúdó-skála a földrengés által kibocsátott teljes energiát méri. A momentummagnitúdót a megrepedt törés területéből és a talajnak a törés mentén megtett távolságából számítják ki.A Richter-skála és a momentummagnitúdó-skála logaritmikus. A legnagyobb hullám amplitúdója egész számról egész számra tízszeresére nő. Egy egész számmal való növekedés azt jelenti, hogy harmincszor több energia szabadult fel. Ez a két skála gyakran nagyon hasonló méréseket ad.Hogyan viszonyul egy 5-ös erősségű földrengés legnagyobb szeizmikus hullámának amplitúdója egy 4-es erősségű földrengés legnagyobb hullámához? Hogyan viszonyul egy 3-as erősségű rengéshez? Az 5-ös erősségű rengés legnagyobb szeizmikus hullámának amplitúdója 10-szerese a 4-es erősségű rengésénél és 100-szorosa a 3-as erősségű rengésénél.
Mindegyik skálának megvannak az előnyei. Mint fentebb említettük, a Mercalli-intenzitási skála azon alapul, hogy mekkora károkat látna valaki. Ez azonban relatív, mert egyes helyeken erősek az építési szabályok, és az alatta lévő kőzetanyag úgy hat a földmozgásra, hogy a fókuszban felszabaduló energia nem változik. A Richter-skála szerint egy egyszeri éles rengés magasabbnak számít, mint egy nagyon hosszú intenzív földrengés, amely több energiát szabadít fel. A pillanatnagyság-skála pontosabban tükrözi a felszabaduló energiát és az okozott károkat. Ma már a legtöbb szeizmológus a pillanatnagyság-skálát használja.