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輸入計算

數學公式

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結果

地震能量
1,995,262,314,968,882,940 J
for magnitude M 9
TNT 當量 476,879,138.377 t
關係式 log10(J) = 4.8 + 1.5 M

這個計算器能做什麼

這個工具可在地震的矩規模(Mw)與它所釋放的地震能量之間互相換算,能量以焦耳(J)表示,並進一步換算成相當於多少公噸的 TNT 炸藥。計算依據古登堡—芮克特(Gutenberg-Richter)能量—規模關係式,這是一條放諸四海皆準的物理定律,適用於地球上任何地方,並不限於特定國家;不過,常見的範例多以日本的著名大地震來說明。

使用方式

先用「換算來源」選單決定換算方向。選擇 規模,輸入 M 值,即可得到對應的能量(焦耳)以及 TNT 當量;選擇 能量(J),輸入能量數值並選定單位(從 J 到 EJ),就能算出對應的規模與 TNT 公噸數。能量單位只是把你的輸入值先換算成國際單位制的焦耳,再套入公式計算。

公式說明

核心關係式為 $$\log_{10}(J) = 4.8 + 1.5 \times M$$ 其中 \(J\) 為能量(焦耳),\(M\) 為矩規模。反過來求解則得到 $$M = \frac{\log_{10}(J) - 4.8}{1.5}$$ 式中的係數 1.5 代表規模每整整提升一級,能量就會放大 \(10^{1.5} \approx 31.6\) 倍;若提升兩級,能量則放大 1000 倍。至於 TNT,每公噸 TNT 釋放 \(4.184 \times 10^{9}\) J(即 4.184 GJ),因此 TNT 當量就是把焦耳值除以 \(4.184\mathrm{e}{9}\)。

一條直線,顯示地震能量的對數隨規模線性增長
由於能量與規模成對數關係,規模每增加一級,能量約增大32倍。

實例計算

以一場規模 \(M = 9.0\) 的地震為例:$$\log_{10}(J) = 4.8 + 1.5 \times 9.0 = 18.3$$ 因此 \(J = 10^{18.3} \approx 1.995 \times 10^{18}\) J(約 2 EJ)。換算成 TNT 當量為 $$\frac{1.995\mathrm{e}{18}}{4.184\mathrm{e}{9}} \approx 4.77 \times 10^{8} \text{ 公噸}$$ 大約相當於 4.77 億公噸,也就是約 477 百萬噸(megatons)的 TNT。

常見問題

這用的是哪一種規模標準?採用矩規模(Mw),這是目前衡量大型地震的現代通用標準。

為什麼規模的微小變化影響這麼大?因為能量是以 \(10^{1.5M}\) 的方式成長,規模只要提升一級,釋放的能量就大約增加 31.6 倍。

可以輸入負值或非常大的規模嗎?可以。公式對任何實數 \(M\) 都成立。至於以能量換算的方向,則需要輸入正的能量值,因為零或負數的對數沒有定義。

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