这个计算器能做什么
这个工具可以从震级和释放能量两个角度,对比两次地震的强弱。震级采用的是对数标度,因此震级上看似不大的差距,对应的能量差距却可能极为悬殊。只要分别输入地震 A 和地震 B 的震级,计算器就会给出震级差(\(\Delta M\))和能量比(Ja / Jb),同时还会算出每次地震各自释放的地震能量(单位:焦耳)。这是一项纯粹的物理/地震学计算,在世界任何地方都同样适用。
公式解析
计算器采用经典的古登堡-里希特(Gutenberg-Richter)能量关系式,以常用对数(以 10 为底)的形式表示:\(\log_{10}(J) = 4.8 + 1.5\cdot M\),其中 \(J\) 是以焦耳为单位的地震能量,\(M\) 为震级。变形后可得
$$J = 10^{\,4.8 + 1.5M}$$当我们计算两次地震的能量比时,常数 4.8 会相互抵消,于是
$$\frac{Ja}{Jb} = 10^{\,1.5\cdot(Ma - Mb)} = 10^{\,1.5\cdot\Delta M}$$一个实用的经验法则是:震级每提升整整一级,能量大约增大 \(10^{1.5} \approx 32\) 倍;提升两级则增大 \(10^3 = 1000\) 倍。另外要注意,1 焦耳 = 1 牛顿·米。
实例演算
把一次 9.0 级地震(A)与一次 7.9 级地震(B)做对比。震级差为
$$\Delta M = 9.0 - 7.9 = 1.1$$能量比为
$$10^{\,1.5 \times 1.1} = 10^{1.65} \approx 44.7$$也就是说地震 A 释放的能量约为地震 B 的 45 倍。各自的绝对能量为
$$Ja = 10^{\,4.8 + 13.5} = 10^{18.3} \approx 2.0\times10^{18}\ \text{J}$$$$Jb = 10^{\,4.8 + 11.85} = 10^{16.65} \approx 4.5\times10^{16}\ \text{J}$$把两者相除,结果与前面算出的能量比一致。
常见问题
为什么 9 级地震会比 7 级地震强这么多?因为震级每增加一级,能量大约增大 32 倍。相差两级,释放的能量就相差约 1000 倍。
如果两次地震的震级完全相同会怎样?此时 \(\Delta M = 0\),能量比为 \(10^0 = 1\),表示两者释放的能量相等。
如果 A 比 B 小会怎样?这时震级差为负数,能量比小于 1,说明地震 A 是两者中较弱的那一次。