ידענים: גאולוגיה

מאת 4 במאי 2015 6 תגובות

כיצד מודדים את עוצמתן של רעידות אדמה?

מפת נפאל ועליה ציון רעידת האדמה הגדולה של ה-25 באפריל 2015 ורעידות המשנה שאחריה. איור: הסקר הגיאולוגי האמריקני

מפת נפאל ועליה ציון רעידת האדמה הגדולה של ה-25 באפריל 2015 ורעידות המשנה שאחריה. איור: הסקר הגיאולוגי האמריקני

מדידת העוצמה של רעידת אדמה נראית לנו היום כה מובנת מאליה, עד שקשה לדמיין דיווח חדשותי על רעידת אדמה בלי לציין את עוצמת הרעש. רובנו מתפעמים מעוצמתו של הטבע כשאנו שומעים רעידה בעוצמה 8 או 9, ועל ההרס שמחוללת רעידה כזו, ועוברים לסדר היום במשיכת כתף על רעידה בעוצמה 3 או 4, אך איננו נותנים את דעתנו על משמעותם של המספרים האלה. בדיוק בשביל זה אנחנו כאן.

על קרקע גועשת

כדור הארץ נוצר לפני כ-4.6 מיליארד שנים כגוף חם למדי. מאז הוא מתקרר ומתמצק בהדרגה, אך הליבה שלו עדיין נוזלית ולוהטת. ליתר דיוק, הליבה הפנימית מורכבת ממתכות מוצקות, בעיקר ברזל וניקל, וסביבה ליבה חיצונית נוזלית, בטמפרטורה שעשויה להגיע עד 10,000 מעלות. הליבה ארוזה בתוך מעטפת של סלעים לוהטים ומותכים, שעוביה כ-3,000 ק"מ, וגם הטמפרטורה שלה כמה אלפי מעלות. כל העסק הגועש, הלוהט והמבעבע הזה עטוף בשכבה דקיקה – כמה עשרות ק"מ בלבד – של סלעים מוצקים. יותר משני שלישים משטח הסלעים הזה מכוסה מים, ועל השליש הנותר מצטופפים כשמונה מיליארד בני אדם, ומנסים לנהל חיים תקינים, בלי לתת את דעתם לפצצה הרוחשת מתחת לרגליהם.

קרום כדור הארץ אינו אחיד. חלקו החיצוני מורכב מגושים ענקיים של סלע, שהגיאולוגים מכנים אותם "לוחות". כמה ענקיים? על פי התיאוריה המקובלת יש תשעה לוחות עיקריים המרכיבים את חלקו העליון של הקרום. הם נמצאים בתנועה מתמדת בשל הזרמים של הסלעים הנוזליים שמתחתם, וכן בשל כוח הכבידה, המושך אותם לכיוון הפוך – אל מרכז כדור הארץ. לעיתים, התנועה גורמת ללוחות להתחכך זה בזה, או אפילו לעלות מעט זה על זה. בטווח הארוך, הכוחות האלה בשילוב לחץ וטמפרטורה הם שגורמים להיווצרות הרים ויוצרים את פני כדור הארץ המוכרים לנו. ואולם, בטווח הקצר, ההתנגשויות והחיכוכים הללו הם הגורמים לרעידות אדמה. רוב האזורים המועדים לרעידות כאלה שוכנים בגבולות שבין הלוחות, כמו למשל אזור יפאן והפיליפינים, בקע סן אנדראס בקליפורניה וגם השבר הסורי-אפריקני, שהערבה ובקעת הירדן הן חלק ממנו.

מדידה סובייקטיבית
רעידות אדמה חוללו נזק רב מאז ומעולם, אך הרעיון של סיווג עוצמתן בצורה מסודרת, הוא רעיון חדש יחסית. ב-1902 פיתח הגיאולוג (והכומר) האיטלקי ג'וזפה מרקאלי (Mercalli) סולם לדירוג עוצמתן של רעידות אדמה. הסולם שלו כלל 12 דרגות עוצמה, והסיווג נעשה על פי ההשפעה של הרעש ועל פי תחושתם של אנשים שחוו את הרעידה. כך למשל, רעידה שרק גרמה לטלטול הנברשות קיבלה דירוג של 1 או 2, בעוד רעידה שהרסה מבנים רבים וחוללה בהלה ציבורית גדולה, יכולה היתה לקבל דירוג 10. החיסרון הגדול של השיטה היה הסובייקטיביות שלה – היא התבססה בעיקר על תחושות של בני אדם, וכן היתה תלויה בגורמים שאינם קשורים ישירות לתופעת הטבע עצמה, כמו איכות הבניה (בשכונה שבתיה הרעועים עשויים חרס, ודאי ייגרם נזק רב יותר מאשר בשכונה של בתי אבן מוצקים, בעוצמת רעש זהה). כמו כן, שיטת מרקאלי לא איפשרה לדרג רעידות אדמה שאירוע באזורים שאינם מיושבים, או שהם מאוכלסים רק בדלילות. בעשורים הראשונים של המאה ה-20 ניסו מדענים ברחבי העולם לשכלל את שיטת הדירוג ולהפוך אותה למדעית יותר. בסופו של דבר השיטה שנבחרה היתה זו של חוקר אמריקני צעיר, צ'ארלס ריכטר.

שיטה עולמית
ריכטר נולד ב-1900 באוהיו, ולאחר גירושי הוריו עבר עם משפחת סבו ללוס אנג'לס, שם סיים בהצלחה לימודי פיזיקה באוניברסיטת סטנפורד. בגיל 28 קיבל תואר דוקטור בפיזיקה תיאורטית מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה (CalTech), ונשיא האוניברסיטה הציע לו משרה במעבדה הסייסמולוגית החדשה באוניברסיטה, שם שילב את ידיעותיו בפיזיקה עם חקר כדור הארץ. מנהל המעבדה היה מדען שהגיע זה עתה מגרמניה, הפרופסור בנו גוטנברג, (Gutenberg), לאחר שקידומו שם נחסם בשל מוצאו היהודי. שני העמיתים החדשים הסתדרו מצויין, ונרתמו למשימה של פיתוח שיטת דירוג לרעידות אדמה. הרעיון המקורי היה להוציא לאור תיעוד מסודר של רעידות האדמה בקליפורניה, ועל כן ביקשו שני החוקרים לפתח שיטה למדידת עוצמתן, כדי שיהיה אפשר להשוות ביניהן. השיטה שפיתח ריכטר מבוססת על סייסמוגף – מכשיר המורכב ממחט רגישה לתנודות, המשרטטת את התנודות על גליל נייר.

ריכטר בנה את הסולם על פי תנודות של סייסמוגרף מסוג מסויים, במרחק מאה קילומטרים ממוקד הרעש. מכיוון שהיו הבדלים גדולים מאוד בעוצמות של רעידות האדמה בדרום קליפורניה, הציע גוטנברג להפוך את הסולם ללוגריתמי. פירוש הדבר שרעש בדרגה 7, חזק פי עשרה מרעש בדרגה 6 ופי מאה מרעש בדרגה 5. ריכטר וגוטנברג פרסמו את הסולם שלהם ב-1935. הנוסחה שפיתחו בעבור רעידות אדמה בקליפורניה, הותאמה במהרה גם למקומות אחרים בעולם. ואולם, גוטנברג קופח, והיא הפכה מזוהה בעיקר עם שמו של ריכטר. סולם ריכטר גבר על סולמות רבים אחרים שפותחו בתקופה ההיא, שמדדו סוגים מסויימים של גלים, או את משך הרעש. החיסרון העיקרי של סולם ריכטר, הוא שאינו מתאים למדידת רעידות אדמה חזקות במיוחד, וכן אינו מתאים לחישוב עוצמתן של רעידות אדמה חזקות במיוחד. אחרי כמה עשרות שנים שבהן שישמש סולם ריכטר כלי המדידה העיקרי, הוא פינה את מקומו לטובת סולם חדש ומשוכלל יותר.

סייסמוגרף בסלון
גם הסולם החדש – כמו סולם ריכטר – פותח במעבדה הסייסמולוגית בקאל-טק. הפרופסורים תומאס הנקס (Hanks) והירו קנמורי (Kanamori), הציעו מדד חדש, שאינו משקלל רק את הגל הסייסמי, אלא את האנרגיה המשתחררת ברעידת האדמה. האנרגיה מתבטאת בחישוב של המומנט הסייסמי, המביא בחשבון את תנודות הקרקע, את גודל השטח שהן מורגשות בהן ואת תכונות הקושי של הקרקע. ואולם, רוב הפרמטרים האלה אינם נמדדים בזמן אמת, אלא משוקללים באמצעות המדידה הסייסמוגרפית. מבחינת המדידה עצמה, אין הבדל גדול בין סולם ריכטר לסולם המגניטודה, ואולם השימוש בנוסחת חישוב שונה, שנכנסה לשימוש ב-1979 הופכת את סולם המגניטודה לפי מומנט (או בקיצור: סולם המגניטודה) למדוייק יותר מסולם ריכטר, בעיקר בעוצמות הגבוהות של רעידות האדמה, ובחישוב עוצמתן של רעידות אדמה מרוחקות. בשנים האחרונות הפך סולם המגניטודה לאמת המידה האוניברסאלית במדידת רעידות אדמה. גם העוצמות המתפרסמות בכלי התקשורת הן על פי סולם המגניטודה, אלא שכלי תקשורת רבים עדיין מדווחים כי הן על פי סולם ריכטר, בין אם מכוח ההרגל ובין אם מחוסר מודעות. אפשר שגם אישיותו של ריכטר עצמו תורמת לזיהוי המוחלט בינו לבין מדידת רעידות אדמה. עד מותו (ב-1985), הוא היה האורים והתומים של התחום, ונהג להשיב אישית על פניות רבות ועל כל שאלה שהופנתה אליו. האגדה מספרת גם שהוא החזיק סיסמוגרף בסלון ביתו בלוס אנג'לס, כדי להיות מעודכן בכל רעידת אדמה.

בלי התרעה
מדידת העוצמה של רעידות אדמה היא משימה מדעית פשוטה יחסית לעומת האתגר האמיתי שאיתו מנסים הגיאולוגים להתמודד כבר עשרות שנים – בינתיים בלי הצלחה – לחזות מראש את הרעידות החזקות. רעידות אדמה קלות מתרחשות אלפי פעמים בשנה, רובן הגדול כלל אינן מורגשות. ואולם, למדענים אין כיום שום דרך להעריך מראש מתי והיכן יתרחשו תזוזות של לוחות שיחוללו רעש ניכר, ואף הרסני. כיום מנסים החוקרים לפתח אמצעים שיספרו התרעה של כמה דקות, כמו למשל חיישנים רגישים שיוטמנו באדמה במקומות מועדים, ויתריעו על תזוזות קטנות יחסית – שאינן מורגשות על הקרקע – המתרחשות כמה דקות לפני הרעש העיקרי. מערכת כזו תוכל לאפשר פינוי בני אדם מבניינים ממש לפני הרעש, ולהציל את חייהם של אלפים, גם אם לא למנוע את קריסת הבתים. ואולם, עד כה לא הצליחו החוקרים לפתח מערכות כאלה, ויכולת החיזוי של רעידות אדמה חזקות אינה שונה כיום בהרבה מהיכולת שהיתה לנביאים לפני אלפי שנים.

רעש האדמה בנפאל – כתוצאה מהתנגשות הלוח ההודי בלוח האירואסיאתי באיזור ההימלאיה

6 תגובות ל “מדוע ירדנו מסולם ריכטר?”

  1. משה ס.

    האם יתכן שלמשיכת הירח יש השפעה על תזוזת הלוחות (כמו למשיכת הים -גאות )
    האם בליקוי חמה (כשהירח והשמש בקו אחד ) יש השפעה חזקה יותר ?

  2. יצחק

    דבר אחד נשכח בכתבה לאדם הפשוט,
    האם לאחר כל התחשיבים,
    6 היא כפולת 10 של 5 ו7 הוא כפולת 10 של 6
    או ששם המכפלות אחרות ?

  3. אור

    לאסף
    הלוחות הטקטוניים נעים אחד ביחס לשני (יש מקומות בהם לוח עולה מעל לוח אחר ויש מקומות בהם הלוחות מחליקים זה לצידו של זה לכיוונים הפוכים).
    התנועה איננה רציפה, אלא, שסלעים מלוח אחד נתקעים בסלעים בלוח השני והתנועה נעצרת.
    לאחר שהתנועה נעצרת נוצר לחץ גדל והולך בכל לוח, לכיוון התנועה שלו, אך הלוח, כאמור, לא יכול לזוז כי הוא תקוע בלוח השני.
    בשלב מסויים אחד או יותר מהסלעים נשבר והלוחות מתחילים לזוז עד שסלע אחר תוקע את התנועה.
    אם גם הסלע הנוסף נשבר, התנועה ממשיכה, עצמת הרעידה הנרשמת היא גדולה יותר, ואחוז המתח המשתחרר גם הוא גדל, עד, שהתנועה נעצרת בסלע נוסף, שהמתח שנשאר בין הלוחות לא מצליח לשבור אותו.

  4. ארנון

    ספקני, במקום לשחק אותה חכם ע"י הצגת אחרים כתמימים יכולת לפתוח גוגל וללמוד שבערך חצי מהחום מגיע מתהליכי ביקוע גרעיני בליבת כדה"א. איך בדיוק זה "ברור" לך? בדקת מתמטית ?

  5. אסף

    בעקבות הרעש בנפאל מוזמנים מומחים שונים להסביר ולהתיחס ,
    אתמול (26/04) הסביר פרופ׳ לגאולוגיה כי : ״הרעש קורה בעקבות לחץ שגורם לשבר ״ …
    הפרופ׳ המשיך והדגים את דבריו בעזרת עיפרון שכופף ושבשלב מסוים ״נשבר וזה הרעש ״ …
    האמנם ? …
    למיטב ידיעתי והבנתי לוחות (שכבות) נלחצים אחד מול השני ,
    הלחץ משתחרר כאשר לוח אחד ״מחליק״ מתחת (או מעל ) לשני ,
    ״החלקה״ / תזוזה פתאומית שהיא הרעש !
    יעלו ויבואו המומחים ויסבירו את ההבדל .

  6. ספקני

    כתוב במאמר:

    "כדור הארץ נוצר לפני כ-4.6 מיליארד שנים כגוף חם למדי. מאז הוא מתקרר ומתמצק בהדרגה, אך הליבה שלו עדיין נוזלית ולוהטת"

    האם לא תמים לחשוב שהחום של היום הוא שארית החום מלפני 4.6 מליארד שנים ?

    ברור שהחום של היום הוא תוצאה של פעילות שעדיין נמשכת, ולא תוצאה מהחום הבראשיתי…

הוספת תגובה

  • (will not be published)