Fizyka pokazuje nam, że energia jest zawsze przekazywana w postaci fal. Każda fala ma wysoki punkt zwany grzbietem i niski punkt zwany korytem. Wysokość fali od linii środkowej do jej szczytu to jej amplituda. Odległość między falami od szczytu do szczytu (lub od koryta do koryta) to jej długość fali.
Energia z trzęsień ziemi przemieszcza się w falach sejsmicznych, które zostały omówione w rozdziale „Tektonika płyt.” Badanie fal sejsmicznych znane jest jako sejsmologia. Sejsmolodzy wykorzystują fale sejsmiczne, aby dowiedzieć się czegoś o trzęsieniach ziemi, a także poznać wnętrze Ziemi. Dwa rodzaje fal sejsmicznych opisane w „Tektonice Płyt”, fale P i fale S, znane są jako fale ciała, ponieważ poruszają się one przez ciało stałe Ziemi. Fale P przechodzą przez ciała stałe, ciecze i gazy. Fale S przemieszczają się tylko przez ciała stałe. Fale powierzchniowe przemieszczają się wzdłuż ziemi, na zewnątrz od epicentrum trzęsienia ziemi. Fale powierzchniowe są najwolniejsze ze wszystkich fal sejsmicznych, poruszają się z prędkością 2,5 km (1,5 mili) na sekundę. W trzęsieniu ziemi fale powierzchniowe wywołują ostre wstrząsy, natomiast ruchy toczne fal powierzchniowych powodują większość szkód w trzęsieniu ziemi.
Pomiar wielkości
Sejsmogramy rejestrują fale sejsmiczne. W ciągu ostatniego stulecia naukowcy opracowali kilka sposobów pomiaru intensywności trzęsienia ziemi. Obecnie akceptowaną metodą jest skala magnitudy chwilowej, która mierzy całkowitą ilość energii uwolnionej przez trzęsienie ziemi. W chwili obecnej sejsmolodzy nie znaleźli niezawodnej metody przewidywania trzęsień ziemi. Sejsmograf tworzy graficzną reprezentację fal sejsmicznych, które odbiera i zapisuje je na sejsmogramie. Sejsmogramy zawierają informacje, które można wykorzystać do określenia, jak silne było trzęsienie ziemi, jak długo trwało i jak daleko się znajdowało. Nowoczesne sejsmometry rejestrują ruchy ziemi za pomocą elektronicznych detektorów ruchu. Dane są następnie przechowywane w formie cyfrowej w komputerze.
Jeśli sejsmogram rejestruje fale P i fale powierzchniowe, ale nie fale S, sejsmograf znajdował się po drugiej stronie Ziemi od trzęsienia, ponieważ fale te nie mogą podróżować przez płynne jądro Ziemi. Amplituda fal może być użyta do określenia wielkości trzęsienia ziemi, co zostanie omówione w dalszej części rozdziału.Aby zlokalizować epicentrum trzęsienia ziemi, naukowcy muszą najpierw określić odległość epicentrum z trzech różnych sejsmografów. Im dłuższy jest czas pomiędzy nadejściem fali P i fali S, tym dalej znajduje się epicentrum. Zatem różnica w czasach dotarcia fal P i S określa odległość między epicentrum a sejsmometrem. Ta animacja pokazuje, jak odległość jest określana przy użyciu fal P, S i powierzchniowych.
Naukowiec rysuje następnie okrąg o promieniu równym odległości od epicentrum dla tego sejsmografu. Epicentrum znajduje się gdzieś wzdłuż tego okręgu. Tak postępuje się dla trzech lokalizacji. Używając danych z dwóch sejsmografów, te dwa okręgi przetną się w dwóch punktach. Trzeci okrąg przechwyci dwa pozostałe okręgi w jednym punkcie. Ten punkt jest epicentrum trzęsienia ziemi. Chociaż ta technika była użyteczna przez dziesięciolecia, została zastąpiona przez obliczenia cyfrowe. Stacje sejsmiczne rejestrują dziesięć trzęsień ziemi w tej animacji.
Pomiar trzęsień ziemi
Ludzie zawsze próbowali określić rozmiar i szkody wyrządzone przez trzęsienia ziemi. Od początku XX wieku istniały trzy metody Najstarsza z tych skal nosi nazwę skali intensywności Mercalli. Trzęsienia ziemi są opisywane w kategoriach tego, co czuli pobliscy mieszkańcy i jakie szkody zostały wyrządzone w pobliskich budowlach. Skala ta jest bardziej jakościowa w informacjach, ponieważ opiera się na uszkodzeniach wizualnych, a nie na rzeczywistej energii wyzwolonej przez trzęsienie ziemi. Dzisiaj te mapy są nadal ważne i różne stacje sejsmologiczne będą tworzyć mapy wstrząsowe uszkodzeń powierzchni.Wraz z wynalezieniem stacji sejsmograficznej powstała skala wielkości Richtera. Opracowana w 1935 roku przez Charlesa Richtera, skala ta wykorzystuje sejsmometr do pomiaru wielkości największego wstrząsu energii uwolnionej przez trzęsienie ziemi. Obecnie skala magnitudy momentu zastąpiła skalę Richtera. Skala magnitudy momentu mierzy całkowitą energię uwolnioną przez trzęsienie ziemi. Moment magnitudy obliczany jest na podstawie obszaru uskoku, który uległ rozerwaniu oraz odległości, na jaką ziemia przemieściła się wzdłuż uskoku.Skala Richtera i skala moment magnitudy są logarytmiczne. Amplituda największej fali wzrasta dziesięciokrotnie od jednej liczby całkowitej do następnej. Wzrost o jedną liczbę całkowitą oznacza, że uwolniona została trzydziestokrotnie większa energia. Te dwie skale często dają bardzo podobne wyniki.Jak amplituda największej fali sejsmicznej trzęsienia ziemi o magnitudzie 5 ma się do największej fali trzęsienia ziemi o magnitudzie 4? Jak wypada w porównaniu z trzęsieniem ziemi o magnitudzie 3? Amplituda największej fali sejsmicznej trzęsienia o magnitudzie 5 jest 10 razy większa niż trzęsienia o magnitudzie 4 i 100 razy większa niż trzęsienia o magnitudzie 3.
Każda skala ma swoje zalety. Jak wspomniano powyżej, skala intensywności Mercalli jest oparta na tym, jak wiele szkód ktoś może zobaczyć. Jest to jednak względne, ponieważ niektóre miejsca mają silne kody budowlane, a materiał skalny pod spodem będzie wpływał na wstrząsy gruntu bez zmiany energii uwalnianej w ognisku. W skali Richtera, pojedynczy ostry wstrząs mierzy się wyżej niż bardzo długie intensywne trzęsienie ziemi, które uwalnia więcej energii. Momentalna skala magnitudy dokładniej odzwierciedla uwolnioną energię i spowodowane szkody. Obecnie większość sejsmologów używa skali magnitudy chwilowej.