ความร้ายแรงของแผ่นดินไหว
 
          ความร้ายแรงอันเนื่องมาจากแผ่นดินไหวสามารถบอกได้ในรูปของความรุนแรง (Intensity) และขนาด (Magnitude) ของแผ่นดินไหว อย่างไรก็ตามสองค่านี้ค่อนข้างแตกต่างกัน และมักจะใช้กันค่อนข้างสับสนความรุนแรงของแผ่นดินไหว (Intensity) ขึ้นอยู่กับผลกระทบของแผ่นดินไหวที่มีต่อความรู้สึกของคน ต่อความเสียหายของอาคารและสิ่งก่อสร้าง และต่อสิ่งของธรรมชาติต่าง ๆ ความรุนแรงจะมากน้อยแตกต่างกันไปในแต่ละแห่งที่ถูกรบกวนทั้งนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของผู้สังเกตว่าอยู่ห่างไกลจากตำแหน่งศูนย์กลางแผ่นดินไหว (Epicenter) มากน้อยเพียงใดขนาดของแผ่นดินไหว เกี่ยวข้องกับปริมาณของพลังงานซึ่งถูกปล่อยออกมา ณ ตำแหน่งจุดกำเนิดแผ่นดินไหว (Hypocenter) ค่าขนาดแผ่นดินไหวนี้ขึ้นอยู่กับความสูงของคลื่นแผ่นดินไหว (Amplitude) ที่บันทึกได้ด้วยเครื่องวัดแผ่นดินไหว (Seismograph) ดังนั้นขนาดแผ่นดินไหวแต่ละครั้งจึงมีได้เฉพาะค่าเดียวซึ่งได้จากการตรวจจับด้วยเครื่องมือตรวจวัดแผ่นดินไหวเท่านั้น
 
เครื่องมือวัดแผ่นดินไหวเครื่องแรก
เครื่องมือวัดแผ่นดินไหวอย่างง่ายทั้งชนิดวัดแผ่นดินไหวแนวราบ และแนวดิ่งที่คิดค้นโดยของชาวจีน
   
           ขนาดของแผ่นดินไหวตามมาตราริกเตอร์ (Richter) คลื่นแผ่นดินไหว (Seismic wave) หรือคลื่นที่ทำให้เกิดอาการสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหวที่ส่งผ่านมายังผิวโลกและสามารถบันทึกไว้ได้ด้วยเครื่องวัดแผ่นดินไหว (Seismograph) ในรูปของกราฟแผ่นดินไหว (Seismogram) กราฟแผ่นดินไหวเป็นเส้นขึ้นลงสลับกันแสดงถึงอาการสั่นสะเทือนของพื้นดินใต้เครื่องวัดแผ่นดินไหวนั้น เครื่องมือวัดแผ่นดินไหวที่มีความไวสูง สามารถรับคลื่นที่เกิดจากแผ่นดินไหวที่รุนแรงได้ทุกแห่งในโลก เครื่องวัดแผ่นดินไหว สามารถคำนวณหาเวลา ตำแหน่ง และขนาดของแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้น ณ สถานีวัดแผ่นดินไหวแห่งใดแห่งหนึ่งได้
 

รูปกราฟแผ่นดินไหวแสดงตำแหน่งของคลื่น P และคลื่น S

 
ก่อนจะเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ (Main shock) อาจจะ มีแผ่นดินไหวก่อน (Foreshock) และมักมีแผ่นดินไหวตามมา(Aftershock) อีกหลายครั้ง
 
          มาตราวัดขนาดแผ่นดินไหวของริกเตอร์ (The Richter Magnitude Scale) ได้รับการพัฒนาขึ้นมาเมื่อปี ค.ศ. 1935 (พ.ศ. 2478) โดย Charles F.Richter แห่งสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา เราจึงนิยมใช้หน่วยของขนาดแผ่นดินไหวว่า ริกเตอร์ (Richter) เป็นตัวเลขที่ทำให้สามารถเปรียบเทียบขนาดของแผ่นดินไหวต่าง ๆ กันได้ เป็นมาตราที่วัดขนาดของแผ่นดินไหว ซึ่งบันทึกได้จากเครื่องวัดแผ่นดินไหว (Seismograph) มิได้เป็นหน่วยวัดเพื่อแสดงผลของความเสียหายที่เกิดขึ้น วัดได้จากความสูงของคลื่น (Amplitude) แผ่นดินไหวที่ปรากฎในเครื่องวัดแผ่นดินไหว และคำนวนได้จากสูตรทางคณิตศาสตร์เป็น logarithm ของความสูงของคลื่นแผ่นดินไหวที่บันทึกได้ ขนาด (Magnitude) ของแผ่นดินไหวเป็นตัวเลขทางคณิตศาสตร์ที่บ่งชี้ความร้ายแรงของแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นที่ระดับเป็นศูนย์ โดยกำหนดให้แผ่นดินไหวที่เกิดที่ระดับเป็นศูนย์มีค่าความสูงของคลื่น 0.001 มม. ที่ระยะทาง 100 กิโลเมตร จากศูนย์กลางแผ่นดินไหว (Epicenter) ขนาดของแผ่นดินไหวตาม มาตราริกเตอร์นี้จะบอกได้เป็นตัวเลข จำนวนเต็มและจุดทศนิยม
 
สูตรที่ใช้คำนวณ คือ M=log A-log Ao
(เมื่อ M เป็นขนาดแผ่นดินไหว, A เป็นความสูงของคลื่นสูงสุด, Ao เป็นความสูงของคลื่นที่ระดับศูนย์)
 
เช่น หากคลื่นแผ่นดินไหวสูงสุดมีค่าเป็น 10 มิลลิเมตร ที่วัดได้จากสถานีวัดแผ่นดินไหวที่อยู่ห่างจากศูนย์กลางแผ่นดินไหว 100 กิโลเมตร จะหาขนาดแผ่นดินไหวได้ดังนี้
         M=log 10-log 0.001
            = 1-(-3)
            = 4 หน่วยตามมาตราริกเตอร์
 
ในทำนองเดียวกันขนาดของแผ่นดินไหวมีความสูงของคลื่นที่สูงสุด 100 มิลลิเมตร ที่ระยะทาง 100 กิโลเมตรจากศูนย์กลางแผ่นดินไหว จะมีขนาด 5 หน่วย ตามมาตราริกเตอร์ ซึ่งคำนวนได้ดังนี้
         M = log 100 - log 0.001
            = 2-(-3)
            = 5 หน่วยตามตราริกเตอร์
 
         ค่า M วัดจากเครื่องมือซึ่งระยะทางมักจะไม่ใช่ 100 กิโลเมตรจากศูนย์กลางแผ่นดินไหว ดังนั้นค่าความสูงคลื่นแผ่นดินไหวจะมีค่าอย่างหนึ่ง แต่นักวิชาการแผ่นดินไหวจะแปรเปลี่ยนค่ามาเป็นระยะที่ 100 กิโลเมตร แล้วจะได้ค่าความสูงคลื่นแผ่นดินไหวอีกค่าหนึ่ง ทำให้หาค่า M ได้จะเห็นได้ว่า ค่าขนาดของแผ่นดินไหวจากขนาด 4 ริกเตอร์ ไปเป็น 5 ริกเตอร์ ขนาดต่างกันเพียง 1 ระดับ แต่ขนาดความสูงคลื่นจะต่างกัน 10 เท่า ดังนั้นหากขนาดต่างกัน 3 ระดับ ความสูงคลื่นจะต่างกันถึง 1,000 เท่า
 
ถ้าคิด เป็นพลังงาน จะมีค่าเป็น (มีหน่วยเป็นเอิร์ก (Erg)
หากคิดเปรียบเทียบพลังงานของขนาดแผ่นดินไหวที่แตกต่างกัน 1 ระดับจะคำนวณได้เป็น
 
= 31.6 เท่า
 
           จะเห็นว่าพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาในแต่ละระดับริกเตอร์ จะประมาณ 30 เท่า ซึ่งกันและกัน ดังนั้นถ้าต่างกัน 2 ระดับ พลังงานที่ปลดปล่อยออกมาจะต่างกันถึงประมาณ 900 เท่า และถ้าต่างกัน 3 ระดับ พลังงานจะมากกว่ากันถึงประมาณ 27,000 เท่า
 

จำแนกขนาดแผ่นดินไหว (ตาม USGS)

ขนาดแผ่นดินไหว (ริกเตอร์)

ประเภท

น้อยกว่า 3.0

แผ่นดินไหวขนาดเล็กมาก (Micro)

3.0 - 3.9

แผ่นดินไหวขนาดเล็ก (Minor)

4.0 - 4.9

แผ่นดินไหวขนาดค่อนข้างเล็ก (Light)

5.0 - 5.9

แผ่นดินไหวขนาดปานกลาง (Moderate)

6.0 - 6.9

แผ่นดินไหวขนาดค่อนข้างใหญ่ (Strong)

7.0 - 7.9 แผ่นดินไหวขนาดใหญ่(Major)

มากกว่า 8.0 แผ่นดินไหวใหญ่มาก (Great)
   
 
          ความรุนแรงของแผ่นดินไหวตามมาตราเมอคัลลี่ที่ปรับปรุงแล้ว (Modified Mercalli) ผลกระทบหรือความเสียหายจากแผ่นดินไหวที่เกิดบนผิวโลก เราเรียกว่าความรุนแรงของแผ่นดินไหว (Intensity) มาตราวัดความรุนแรงของแผ่นดินไหวนั้นกำหนดได้จากความรู้สึกของอาการตอบสนองของผู้คน การเคลื่อนที่ของเครื่องเรือน เครื่องใช้ในบ้าน ความเสียหายของปล่องไฟเป็นต้น จนถึงขั้นที่ทุกสิ่งทุกอย่างพังพินาศ มาตราวัดความรุนแรงของแผ่นดินไหว มีการพัฒนาขึ้นมาใช้กันหลายมาตรา และเป็นเวลาหลายร้อยปีแล้ว แต่ที่นิยมใช้กันที่สุดในสหรัฐอเมริกาในปัจจุบันนี้ได้แก่ มาตราเมอร์คัลลี่ที่ปรับปรุงแล้ว (Modified Mercalli (MM) Intensity Scale) ผู้พัฒนามาตราวัดความรุนแรงของแผ่นดินไหวดังกล่าวได้แก่ Harry Wood และ Frank Neumann ซึ่งเป็นนักวิชาการแผ่นดินไหวชาวอเมริกันทั้งคู่ และเขาได้ปรับปรุงขึ้นใช้ในปี ค.ศ. 1931 (พ.ศ.2474) ความรุนแรงของแผ่นดินไหวตามมาตราวัดความรุนแรงของแผ่นดินไหวของเมอร์คัลลี่ที่ปรับปรุงแล้วมี 12 ระดับ จากระดับความรุนแรงที่น้อยมากจนไม่สามารถรู้สึกได้ซึ่งต้องตรวจวัดได้ด้วยเครื่องมือวัดแผ่นดินไหวเท่านั้น จนถึงขั้นรุนแรงที่สุดจนทุกสิ่งทุกอย่างพังพินาศ และใช้หน่วยระดับเป็นตัวเลขโรมัน ดังนี้ มาตราวัดรุนแรงแผ่นดินไหวของเมอร์คัลลี่ที่ปรับปรุงแล้ว (The Modified Mercalli Scale)
 
I เป็นอันดับที่อ่อนมาก ตรวจวัดได้โดยเครื่องมือตรวจแผ่นดินไหวเท่านั้น คนไม่สามารถรู้สึกได้
 
II รู้สึกได้เฉพาะบางคนที่อยู่นิ่ง ๆ โดยเฉพาะผู้ที่อยู่ในอาคารชั้นบน สิ่งของที่บอบบาง ประณีต กระจุ๋มกระจิ๋มที่แขวนไว้อาจแกว่งไกวได้
 
III ผู้ที่อยู่ในอาคารจะรู้สึกค่อนข้างชัดว่ามีแผ่นดินไหว โดยเฉพาะผู้ที่อยู่ชั้นบน ๆ แต่คนส่วนใหญ่จะยังไม่ทราบว่ามีแผ่นดินไหวเกิดขึ้น รถยนต์ที่จอดอยู่อาจขยับเขยื้อนได้บ้างเล็กน้อย การสั่นสะเทือนคล้าย ๆ กับเมื่อมีรถยนต์บรรทุกแล่นผ่านสามารถกำหนดระยะเวลาของการสั่นไหวได้
 
IV ถ้าเกินในเวลากลางวันผู้ที่อยู่ในบ้านจะรู้สึกได้ แต่ผู้ที่อยู่นอกบ้านมีผู้รู้สึกว่าเกิดแผ่นดินไหวน้อยคน ถ้าเป็นตอนกลางคืนผู้ที่นอนหลับอยู่จะตกใจตื่น ถ้วยชามจะขยับ หน้าต่าง ประตู จะสั่น ฝาผนังจะมีเสียงลั่น มีความรู้สึกคล้าย ๆ กับรถยนต์บรรทุกของหนักชนอาคาร รถยนต์ที่จอดอยู่สั่นไหวสังเกตได้ชัดเจน
 
V เกือบทุกคนรู้สึกว่ามีแผ่นดินไหวเกิดขึ้น หลาย ๆ คนตื่นตระหนก ถ้วยชามตกแตก หน้าต่างพัง สิ่งของที่ตั้งไม่มั่นคงล้มคว่ำ นาฬิกาที่ใช้ลูกตุ้มอาจหยุดเดิน
 
VI รู้สึกว่าเกิดแผ่นดินไหวกันได้ทุกคน หลาย ๆ คนตกใจวิ่งออกจากบ้าน เครื่องประดับบ้านหนัก ๆ บางชิ้นเคลื่อนได้ กรณีน้อยมากที่ปูนฉาบผนังจะล่วงหล่นลงมาความเสียหายยังจัดว่าเล็กน้อย
 
VII ในอาคารที่ออกแบบและก่อสร้างไว้ดีจะเสียหายเล็กน้อยมาก ส่วนอาคารก่อสร้างไว้ดีตามปกติจะเสียหายเล็กน้อยถึงปานกลาง อาคารที่ก่อสร้างและออกแบบไว้ไม่ดีจะเสียหายค่อนข้างมาก ปล่องไฟบางปล่องแตกหัก
 
VIII สิ่งก่อสร้างที่ออกแบบไว้ดีเป็นพิเศษจะเสียหายเล็กน้อย อาคารที่สร้างอย่างมั่นคงตามปกติจะเสียหายค่อนข้างมาก และบางส่วนอาจพังทลายลงมาด้วย สำหรับสิ่งก่อสร้างที่สร้างอย่างไม่สมบูรณ์ จะเสียหายใหญ่หลวง ปล่องไฟ บ้าน โรงงาน เสาหิน อนุสาวรีย์ และกำแพงจะหักล้มพังลงมา
 
IX สิ่งก่อสร้างที่ออกแบบดีเป็นพิเศษ เสียหายมาก โครงของสิ่งก่อสร้างที่ออกแบบไว้ดีเสียศูนย์หมด อาคารที่มั่นคงเสียหายมากซึ่งบางส่วนพังทลายลงมาด้วย ตัวอาคารต่าง ๆ ขยับเคลื่อนออกจากฐานรากเดิม
 
X อาคารไม้ที่ก่อสร้างไว้อย่างดีบางหลังถูกทำลาย สิ่งก่อสร้างที่ก่อด้วยปูน และมีโครงพังทลายพร้อมกับฐานรากด้วย รางรถไฟบิดงอไป
 
XI สิ่งก่อสร้างที่ก่อด้วยปูนถ้ามีจะยังคงเหลือตั้งอยู่ได้น้อยมาก สะพานถูกทำลาย ทางรถไฟบิดงอมาก
 
XII เสียหายหมดทุกสิ่งทุกอย่าง แนวและระดับต่างๆ บิดเบี้ยวหมด วัตถุทุกอย่างกระดอนกระเด็นปลิวขึ้นไปในอากาศ
 
          ความแตกต่างระหว่างขนาดแผ่นดินไหวและความรุนแรงแผ่นดินไหว ขนาดแผ่นดินไหว ไม่มีค่าสูงสุดหรือต่ำสุด อาจเทียบได้กับอุณหภูมิ ขนาดแผ่นดินไหวแต่ละครั้งมีขนาดเดียว ซึ่งหาได้โดยการคำนวณจากสูตรทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ความสูงของคลื่นแผ่นดินไหวที่ตรวจได้จากเครื่องมือตรวจแผ่นดินไหว มีค่าตั้งแต่ 0 ถึง 9 ตามมาตราริกเตอร์ความรุนแรงแผ่นดินไหว คือผลกระทบหรือความเสียหายที่เกิดจากแผ่นดินไหว กำหนดได้ โดยความรู้สึกของอาการตอบสนองของผู้คน ของความเสียหายของอาคารสิ่งก่อสร้าง ฯลฯ ถ้ากล่าวว่าแผ่นดินไหวเกิดขึ้น ณ ที่ใดที่หนึ่งซึ่งวัดความรุนแรงได้ V ตามมาตราเมอร์คัลลี่ หมายความว่าผู้คนในที่นั้นรู้สึกว่ามีแผ่นดินไหว หลาย ๆ คนตื่นตระหนก ถ้วยชามตกแตก หน้าต่างพัง เป็นต้น และค่าความรุนแรงในแต่ละแห่งจะมากหรือน้อยต่างกันตามระยะทางใกล้หรือไกลจากศูนย์กลางแผ่นดินไหว
 
 
         คลื่นแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นในแต่ละครั้งเมื่อวิ่งผ่านพื้นดินที่เป็นหิน หรือดิน แตกต่างชนิดกัน จะส่งผลกระทบต่อพื้นที่นั้นๆ ไม่เท่ากัน หากพื้นที่นั้นรองรับด้วยชั้นดินโคลน (Soft Mud) คลื่นแผ่นดินไหวจะมีการขยายคลื่นให้มีความรุนแรงมากขึ้น 2 - 3 เท่าเมือเท่ากับชั้นหินแข็ง (Bedrock)
 
         ความรุนแรงของแผ่นดินไหว ณ บริเวณหนึ่งๆ นั้น ขึ้นกับขนาดของแผ่นดินไหว และระยะใกล้ไกลจากตำแหน่งศูนย์กลางแผ่นดินไหว ซึ่งมีความสัมพันธ์ ดังนี้
 
          I = C + 1.5 M - C log R
( โดย I = ความรุนแรง (เมอร์คัลลี่) M = ขนาดแผ่นดินไหว (ริกเตอร์) R = ระยะห่างจากศูนย์กลางแผ่นดินไหว C = ค่าสัมประสิทธิ์ )
 
        Charles F.Richter ได้เสนอไว้ว่าความรุนแรง ณ บริเวณศูนย์กลางแผ่นดินไหว มีความสัมพันธ์ ดังนี้
         I = 1.5 x (M-1)
 
        การเปรียบเทียบขนาดแผ่นดินไหว ความรุนแรง และอัตราเร่งของพื้นดิน ณ บริเวณจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหว

ขนาด (ริกเตอร์)

ความรุนแรง (เมอร์คัลลี่)

อัตราเร่งพื้นดิน (%g)

น้อยกว่า 3.0

I-II ประชาชนไม่รู้สึก ตรวจวัดได้เฉพาะเครื่องมือ

น้อยกว่า 0.1 - 0.19

3.0 - 3.9

III คนอยู่ในบ้านเท่านั้นรู้สึก

0.2 - 0.49

4.0 - 4.9

IV-V ประชาชนส่วนใหญ่รู้สึกได้

0.5 - 1.9

5.0 - 5.9

VI-VII ประชาชนทุกคนรู้สึก และอาคารเสียหาย

2.0 - 9.9

6.0 - 6.9

VII-VIII ประชาชนตื่นตกใจ และอาคารเสียหายปานกลาง

10.0 - 19.9

7.0 - 7.9

IX-X อาคารเสียหายอย่างมาก

20.0 - 99.9

มากกว่า 8.0

XI-XII อาคารเสียหายเกือบทั้งหมด

มากกว่า 100.0

 
หมายเหตุ ค่า g เป็นแรงโน้มถ่วงของโลก มีค่าเท่ากับ 9.8 เมตร / วินาที (ยกกำลัง 2)
 

การเปรียบเทียบขนาดกับความรุนแรงแผ่นดินไหว และระยะทางที่มีผลกระทบ

 

ขนาดแผ่นดินไหว (ริกเตอร์)

ความรุนแรง (เมอร์คัลลี)

ระยะทาง (กิโลเมตร)

3.0 - 3.9

II - III

24

4.0 - 4.9

IV - V

48

5.0 - 5.9

VI - VII

112

6.0 - 6.9

VII - VIII

200

7.0 - 7.9

IX - X

400

8.0 - 8.9

X - XI

720

 
(จากหนังสือ Eathquake Information Bulletin Vol. 13, No. 14)