Charles Richter, uitvinder van de schaal van Richter

Seismische golven zijn de trillingen van aardbevingen die door de aarde reizen; ze worden opgenomen op instrumenten die seismografen worden genoemd. Seismografen registreren een zigzagspoor dat de variërende amplitude van grondtrillingen onder het instrument laat zien. Gevoelige seismografen, die deze grondbewegingen aanzienlijk vergroten, kunnen sterke aardbevingen van bronnen overal ter wereld detecteren. De tijd, locaties en grootte van een aardbeving kunnen worden bepaald op basis van de gegevens die zijn vastgelegd door seismograafstations.

De schaal van Richter werd in 1935 ontwikkeld door Charles F. Richter van het California Institute of Technology als een wiskundig apparaat om de grootte van aardbevingen te vergelijken. De grootte van een aardbeving wordt bepaald aan de hand van de logaritme van de amplitude van golven geregistreerd door seismografen. Aanpassingen zijn inbegrepen voor de variatie in de afstand tussen de verschillende seismografen en het epicentrum van de aardbevingen. Op de schaal van Richter wordt de grootte uitgedrukt in hele getallen en decimale breuken. Een magnitude 5.3 kan bijvoorbeeld worden berekend voor een gematigde aardbeving en een sterke aardbeving kan worden beoordeeld als magnitude 6.3. Vanwege de logaritmische basis van de schaal vertegenwoordigt elke toename van het gehele getal een tienvoudige toename van de gemeten amplitude; als een schatting van energie, komt elke gehele getallenstap in de grootteschaal overeen met de afgifte van ongeveer 31 keer meer energie dan de hoeveelheid behorende bij de voorafgaande gehele getallenwaarde.

Aanvankelijk kon de schaal van Richter alleen worden toegepast op de records van instrumenten van identieke fabricage. Nu worden instrumenten zorgvuldig ten opzichte van elkaar gekalibreerd. Aldus kan de grootte worden berekend uit het record van elke gekalibreerde seismograaf.

Aardbevingen met een grootte van ongeveer 2,0 of minder worden meestal micro-aardbevingen genoemd; ze worden niet vaak gevoeld door mensen en worden over het algemeen alleen geregistreerd op lokale seismografen. Gebeurtenissen met een grootte van ongeveer 4,5 of groter - er zijn jaarlijks enkele duizenden van dergelijke schokken - zijn sterk genoeg om door gevoelige seismografen over de hele wereld te worden geregistreerd. Grote aardbevingen, zoals de aardbeving van vrijdag 1964 in Alaska, hebben een kracht van 8.0 of hoger. Gemiddeld komt er jaarlijks ergens ter wereld een aardbeving van deze omvang voor. De schaal van Richter heeft geen bovengrens. Onlangs is een andere schaal, de moment-magnitude-schaal, bedacht voor een nauwkeurigere studie van grote aardbevingen.

De schaal van Richter wordt niet gebruikt om schade uit te drukken. Een aardbeving in een dichtbevolkt gebied met veel doden en aanzienlijke schade tot gevolg, kan even groot zijn als een schok in een afgelegen gebied dat niets anders doet dan de natuur afschrikken. Grote aardbevingen die plaatsvinden onder de oceanen worden misschien niet eens gevoeld door de mens.

NEIS Interview

Het volgende is een transcriptie van een NEIS-interview met Charles Richter:

Hoe raakte je geïnteresseerd in seismologie?
CHARLES RICHTER: Het was echt een gelukkig ongeluk. Bij Caltech werkte ik aan mijn Ph.D. in theoretische fysica onder Dr. Robert Millikan. Op een dag riep hij me naar zijn kantoor en zei dat het seismologisch laboratorium op zoek was naar een fysicus; dit was niet mijn regel, maar was ik überhaupt wel geïnteresseerd? Ik sprak met Harry Wood, die de leiding had over het lab; en als gevolg daarvan trad ik toe tot zijn staf in 1927.

Wat was de oorsprong van de instrumentele magnitude-schaal?
CHARLES RICHTER: Toen ik bij de staf van de heer Wood kwam, was ik voornamelijk bezig met het routinematige werk van het meten van seismogrammen en het lokaliseren van aardbevingen, zodat een catalogus kon worden opgezet met epicentra en tijden van optreden. Overigens heeft seismologie een grotendeels niet-erkende schuld te danken aan de aanhoudende inspanningen van Harry O. Wood voor het tot stand brengen van het seismologische programma in Zuid-Californië. Destijds werkte Mr. Wood samen met Maxwell Alien aan een historisch overzicht van aardbevingen in Californië. We namen op op zeven ver uit elkaar geplaatste stations, allemaal met Wood-Anderson torsieseismografen.

Welke wijzigingen waren betrokken bij de toepassing van de schaal op wereldwijde aardbevingen?
CHARLES RICHTER: U wijst er terecht op dat de oorspronkelijke omvangsschaal die ik in 1935 publiceerde alleen was opgezet voor Zuid-Californië en voor de specifieke soorten seismografen die daar worden gebruikt. In 1936 werd in samenwerking met Dr. Gutenberg begonnen met het uitbreiden van de schaal tot wereldwijde aardbevingen en tot opnames op andere instrumenten. Dit omvatte het gebruik van de gerapporteerde amplitudes van oppervlaktegolven met perioden van ongeveer 20 seconden. Overigens doet de gebruikelijke aanduiding van de omvangsschaal op mijn naam minder dan recht aan de grote rol die Dr. Gutenberg speelde bij het uitbreiden van de schaal voor aardbevingen in alle delen van de wereld.

Veel mensen hebben de verkeerde indruk dat de grootte van Richter gebaseerd is op een schaal van 10.
CHARLES RICHTER: Ik moet dit geloof herhaaldelijk corrigeren. In zekere zin omvat magnitude stappen van 10 omdat elke toename van één magnitude een tienvoudige versterking van de grondbeweging vertegenwoordigt. Maar er is geen schaal van 10 in de zin van een bovengrens zoals voor intensiteitsschalen; ik ben inderdaad blij dat de pers nu verwijst naar de open schaal van Richter. Magnitude-getallen vertegenwoordigen eenvoudigweg metingen uit een log-logaritmische seismograaf om zeker te zijn, maar zonder impliciet plafond. De hoogste magnitudes die tot nu toe zijn toegewezen aan werkelijke aardbevingen zijn ongeveer 9, maar dat is een beperking in de aarde, niet in de schaal.

Er is nog een veel voorkomend misverstand dat de omvangsschaal zelf een soort instrument of apparaat is. Bezoekers zullen vaak vragen om 'de schaal te zien'. Ze zijn van streek door te worden verwezen naar tabellen en grafieken die worden gebruikt voor het toepassen van de schaal op meetwaarden uit de seismogrammen.

Ongetwijfeld wordt u vaak gevraagd naar het verschil tussen grootte en intensiteit.
CHARLES RICHTER: Dat veroorzaakt ook grote verwarring bij het publiek. Ik gebruik graag de analogie met radio-uitzendingen. Het is van toepassing in seismologie omdat seismografen, of de ontvangers, de golven van elastische verstoring of radiogolven registreren die worden uitgestraald door de aardbevingsbron of het uitzendstation. Magnitude kan worden vergeleken met het vermogen in kilowatt van een zendstation. De lokale intensiteit op de Mercalli-schaal is dan vergelijkbaar met de signaalsterkte op een ontvanger op een bepaalde locatie; in feite de kwaliteit van het signaal. Intensiteit zoals signaalsterkte zal in het algemeen afnemen met afstand van de bron, hoewel het ook afhangt van de lokale omstandigheden en het pad van de bron naar het punt.

De laatste tijd is er belangstelling geweest voor een herbeoordeling van wat bedoeld wordt met de 'omvang van een aardbeving'.
CHARLES RICHTER: Raffinage is in de wetenschap onvermijdelijk als je een fenomeen gedurende een lange periode hebt gemeten. Onze oorspronkelijke bedoeling was om magnitude strikt te definiëren in termen van instrumentele waarnemingen. Als men het concept van "energie van een aardbeving" introduceert, dan is dat een theoretisch afgeleide hoeveelheid. Als de veronderstellingen die worden gebruikt bij het berekenen van energie worden gewijzigd, heeft dit ernstige gevolgen voor het eindresultaat, hoewel dezelfde hoeveelheid gegevens kan worden gebruikt. Dus probeerden we de interpretatie van de "omvang van de aardbeving" zo nauw mogelijk te houden aan de feitelijke instrumentobservaties. Wat naar voren kwam, was natuurlijk dat de magnitude-schaal veronderstelde dat alle aardbevingen gelijk waren behalve een constante schaalfactor. En dit bleek dichter bij de waarheid te zijn dan we hadden verwacht.