भूकंपाचे मोजमाप (Magnitude and Intensity of Earthquakes)

भूकंप मार्गदर्शक सूचना क्र. ३

भूकंपाविषयी काही संज्ञा :

पृथ्वीच्या अंतरंगात प्रस्तरभंगाच्या ज्या बिंदूपासून भूखंडाची घसरण सुरू होते त्याला भूकंपनाभी किंवा अपास्तिक (Focus or Hypocenter) असे म्हटले जाते आणि या बिंदूच्या भूपृष्ठावरील ऊर्ध्व छेदबिंदूला अपिकेंद्र किंवा भूकंपाचे केंद्र असे संबोधण्यात येते (आकृती १).

अपिकेंद्रापासून भूकंपनाभीच्या अंतरास नाभीय खोली (Focal Depth) असे म्हणतात. जे भूकंपामुळे होणाऱ्या विनाशाचा अंदाज मोजण्याचे एक महत्त्वाचे साधन (किंवा मापदंड) आहे. अनेक विनाशकारी भूकंपांची नाभी उथळ असून त्या भूकंपांची नाभीय खोली ७० किमी.पेक्षा देखील कमी नोंदविण्यात आली आहे. अधिकेंद्र ते कोणतेही इच्छित स्थळ यांमधील अंतरास अपिकेंद्रीय अंतर (Epicentral Distance) असे म्हणतात.

मोठ्या भूकंपाच्या मुख्य हादऱ्याच्या (Main Shock) आधी आणि नंतर अनेक लहान भूकंप घडून येतात. त्यांपैकी मोठ्या भूकंपाच्या आधी होणाऱ्या लहान भूकंपाच्या हादऱ्यांना पूर्वकंप (Foreshocks) आणि त्यानंतरच्या भूकंपाच्या हादऱ्यांना उत्तरकंप (Aftershocks) असे म्हणतात.

परिमाण : 

भूकंपाच्या प्रत्यक्ष आकाराचे संख्यात्मक मोजमाप म्हणजे भूकंपाचे परिमाण होय. प्रो. चार्लस् रिश्टर यांनी घेतलेल्या नोंदी पुढीलप्रमाणे :

• भूकंपमापक उपकरणाच्या साहाय्याने एकाच ठिकाणी नोंदविण्यात आलेल्या भूकंपलहरींचा तरंग परमप्रसर हा लहान भूकंपांसाठी कमी तर मोठ्या भूकंपासाठी अधिक जास्त असतो.
• एकाच भूकंपासाठी भूकंपमापक यंत्राने दूरच्या अंतरावरील मोजलेला तरंग परमप्रसर हा कमी अंतरावरील तरंग परमप्रसरापेक्षा कमी असतो.

या नोंदींचा बराच अभ्यास केल्यानंतरच त्यांना पुढे भूकंपाचे परिमाण मोजण्यासाठी सध्या मोठ्या प्रमाणावर वापरात असलेले रिश्टर प्रमाण तयार करण्याची प्रेरणा मिळाली. हे प्रमाण भूकंप आलेखांवर आधारित असून त्यात अपिकेंद्रीय अंतर आणि भूकंपलहरींचा तरंग परमप्रसर यांच्या एकमेकांवरील संबंधांचा अंतर्भाव केला जातो. रिश्टर प्रमाणास स्थानिक परिमाण (Local Magnitude) असे देखील संबोधले जाते. याशिवाय इतरही अनेक प्रमाणे जसे की काया तरंग परिमाण, भूपृष्ठतरंग परिमाण आणि तरंग ऊर्जा परिमाण इ. अस्तित्वात आहेत. या सर्व संख्यावाचक परिमाणांना उच्चतम किंवा नीचतम अशी मर्यादा नसते. एखाद्या लहानशा भूकंपाचे परिमाण अगदी शून्य किंवा उणे देखील असू शकते. परिमाणातील (M)१.० अंकाची वाढ म्हणजेच दहापट अधिक तरंगरूपी परमप्रसर आणि सुमारे ३१ पटीने अधिक ऊर्जेचे उत्सर्जन दर्शविते. उदा. M७.७ च्या भूकंपामुळे उत्सर्जित झालेली ऊर्जा ही M६.७ च्या भूकंपाच्या ३१ पट अधिक असून M५.७ च्या भूकंपाच्या सुमारे १००० (≈३१×३१) पट अधिक असते. या ऊर्जेपैकी बरीचशी ऊर्जा उष्णतेमध्ये रूपांतरित होते आणि खडकांच्या भ्रंशास कारणीभूत ठरते आणि (सुदैवाने) या ऊर्जेचा अगदी लहानसा अंश भूकंपलहरींच्या स्वरूपात भूपृष्ठाला हादरे देत मोठ्या अंतरावर पसरतो आणि संरचनांना क्षति करतो. (M६.३ या भूकंपामुळे उत्सर्जित होणारी ऊर्जा ही १९४५ मध्ये हिरोशिमा शहरावर टाकण्यात आलेल्या अणुबाँबएवढी असते).

साधारणपणे भूकंपांचे त्यांच्या आकारावर आधारित विविध गटांमध्ये वर्गीकरण केले जाते (तक्ता १). पृथ्वीतलावर एका वर्षात होणाऱ्या प्रत्येक गटातील भूकंपांची सरासरी संख्या या तक्त्यामध्ये दर्शविण्यात आली आहे, त्यानुसार एका वर्षाच्या कालावधीत सरासरीने पृथ्वीवर एक तरी मोठा भूकंप होतोच.

तक्ता १ : भूकंपाच्या जागतिक घटना

स्त्रोत : http://neis.usgs.gov/neis/eqlists/eqstats.html

तीव्रता :

भूकंपाची तीव्रता म्हणजे एखाद्या ठिकाणच्या प्रत्यक्ष हादऱ्यांचे गुणात्मक मापन करण्याचे साधन आहे आणि त्यासाठी रोमन मोठे आकडे निश्चित करण्यात आले आहेत. तीव्रतेची अनेक प्रमाणे उपलब्ध आहेत. दोन सामान्यपणे वापरात येणारी प्रमाणे म्हणजे सुधारित मेरकाल्ली तीव्रता प्रमाण (MMI; Modified Mercalli Intensity Scale) आणि एम्. एस्. के. प्रमाण (MSK; Medvedev-Sponheuer-Karnik Scale). या दाेन्ही प्रमाणांमध्ये बरेच साम्य असून दोन्हीसुद्धा I (सर्वांत कमी जाणवणारा किंवा अति किरकोळ) पासून XII (सर्वाधिक भीषण) पर्यंत मापण्यात येतात. भूकंपाच्या तीव्रतेची प्रमाणे तीन प्रकारच्या विशिष्ट लक्षणांवर आधारित आहेत. उदा., मनुष्य आणि प्राणिमात्रांच्या जाणिवा, इमारतींवर होणारे परिणाम आणि सभोवतालच्या निसर्गात घडून येणारे बदल. तक्ता २ मध्ये एम्. एस्. के. प्रमाणावरील VIII च्या तीव्रतेच्या भूकंपाचे वर्णन करण्यात आले आहे.

भूकंपादरम्यान निरनिराळ्या ठिकाणांच्या तीव्रतेच्या विवरणास आलेखीय पद्धतीने समभूकंपरेषेच्या (Isoseismals) स्वरूपाने दर्शविण्यात येते. थोडक्यात ही रेषा म्हणजे भूकंपाच्या समान तीव्रतेच्या स्थळांना जोडणारी रेषा होय (आकृती २).

तक्ता २ : एम्. एस्. के. (MSK) प्रमाणानुसार VIII च्या भूकंपाच्या तीव्रतेच्या हादऱ्यांचे विवरण

भूकंपाच्या परिमाण विरूद्ध तीव्रतेमधील मूळ फरक :

भूकंपाच्या आकाराचे मोजमाप म्हणजे भूकंपाचे परिमाण होय. थोडक्यात, प्रस्तरभ्रंशामुळे उत्सर्जित झालेल्या ऊर्जेच्या प्रमाणावरून भूकंपाचा आकार मोजता येणे शक्य होते. याचा अर्थ असा की एका भूकंपाच्या घटनेसाठी त्या भूकंपाचे परिमाण हे एक एकेरी मूल्य किंवा संख्या असते. त्याचवेळी भूकंपाची तीव्रता ही भूकंपामुळे त्या विशिष्ट ठिकाणी निर्माण होणाऱ्या हादऱ्यांच्या उग्रतेचे निदर्शक होय. हे देखील स्पष्टच आहे की भूकंपाच्या अपिकेंद्राच्या जवळ त्याची उग्रता अधिक असते आणि म्हणूनच एका विशिष्ट  परिमाणाच्या भूकंपादरम्यान वेगवेगळ्या ठिकाणी वेगवेगळी तीव्रता जाणवते. हा फरक अधिक स्पष्टपणे  आकृती ३ मधील बल्बच्या उदाहरणावरून लक्षात येतो.

१०० वॅटच्या एका बल्बच्या जवळील स्थानावर त्याची प्रकाशमानता ही त्यापासून दूर असलेल्या  स्थानापेक्षा जास्त असते. जेव्हा बल्ब १०० वॅट ऊर्जा उत्सर्जित करतो, त्यावेळी एका विशिष्ट ठिकाणी प्रकाशाची तीव्रता (किंवा प्रकाशमानता) बल्बचे वॅटेज आणि बल्बपासून त्या स्थानाचे अंतर या दोन बाबींवर अवलंबून असते. इथे, बल्बचा आकार (१०० वॅट) भूकंपाच्या परिमाणासमान असून त्या स्थानावरची  प्रकाशमानता म्हणजे एखाद्या ठिकाणच्या भूकंपाच्या हादऱ्यांच्या तीव्रतेसमान असते.

इमारतींच्या भूकंपीय संकल्पनासंदर्भात भूकंपाचे परिमाण आणि तीव्रता :

हा प्रश्न नेहमी विचारला जातो : माझी इमारत ७.० परिमाणाचा भूकंप सहन करू शकेल का? परंतू M ७.० च्या भूकंपामुळे निरनिराळ्या ठिकाणी निरनिराळ्या तीव्रतेचे हादरे निर्माण होतात, आणि त्यामुळे निरनिराळ्या ठिकाणच्या इमारतींना होणारी क्षति देखील वेगवेगळ्या प्रकारची असते. म्हणजे विविध संरचना आणि इमारती या खरोखरच भूकंपाची तीव्रता सहन करू शकणाच्या दृष्टीने संकल्पित करण्यात येतात. परंतु तितक्याशा त्याच्या परिमाणासाठी नाही. उच्चतम भूत्वरण (Peak Ground Acceleration) म्हणजे, कंप पावताना जमिनीने अनुभवलेले कमाल त्वरण हे जमिनीच्या कंपनांची उग्रता मोजण्याचे एक माप आहे. जमिनीद्वारे अनुभविण्यात येणारी एम्. एम्. (MM) तीव्रता आणि उच्चतम भूत्वरण यांच्यामध्ये काही अंदाज आणि काही अनुभवाधिष्ठित परस्परसंबंध उपलब्ध आहेत (तक्ता क्र. ३). उदा., २००१ मध्ये भारतातील भुजच्या भूकंपादरम्यान समभूकंपीय क्षेत्र VIII च्या अंतर्गत अनुभवले गेलेले उच्चतम भूत्वरण ०.२५ g – ०.३० g इतके असण्याची शक्यता आहे (आकृती २). तथापि, अलीकडे जमिनीच्या विध्वंसकारक हालचाली मोजण्यासाठी तीव्र भूहालचाली नोंदविणाऱ्या अनेक अंकीय (Digital) उपकरणांचा तसेच संगणकाचादेखील वापर केला जातो. या सर्व बाबी कमी खर्चात परंतु अधिक प्रभावीपणे भूकंपरोधक इमारतींचे संकल्पन करण्यासाठी उपयुक्त ठरतात.

तक्ता ३ : विविध तीव्रतेच्या हादऱ्यांदरम्यानचे उच्चतम भूत्वरण

पूर्वी झालेल्या भूकंपाच्या माहितीच्या आधारावर गटेनबर्ग आणि रिश्टर या दोन शास्त्रज्ञांनी १९५६ मध्ये भूकंपाचे स्थानिक परिणाण M_L (Local Magnitude) आणि अधिकेंद्रीय क्षेत्रातील तीव्रता I₀ यांच्यामधील एक अंदाजित समीकरण सादर केले ते असे आहे. M_L  ≈ 2/3 I₀ + 1 (हे समीकरण वापरण्यासाठी, तीव्रतेचे रोमन आकडे त्याच्या संलग्न अरेबिक आकड्यांनी बदलले आहेत. उदा. तीव्रता IX म्हणजे ९.०). याचबरोबर इतरही अनेक शास्त्रज्ञांनी अशाच प्रकारची अनेक सूत्रे सादर केली आहेत. जी वेळोवेळी वापरली जातात.

संदर्भ :

• IIITK – BMTPC, भूकंप मार्गदर्शक सूचना क्र. ३