Depremin Büyüklüğü: ML, mb, Ms, MD ve Mw

[Medeniyet Mühendisi]

Depremin Büyüklüğü: ML, mb, Ms, MD ve Mw

Bir depremin boyutu nedir ve nasıl ölçülür sorularına yanıt bulabilmek için sismologlar (deprembilimciler) değişik yöntemler geliştirmişlerdir. Depremin şiddeti ve yaptığı zararlar depremin merkezinden uzaklaştıkça azalmakla beraber büyüklüğünde (magnitünde) bir değişme söz konusu değildir. Bir depremin şiddeti depremin çevreye verdiği zarara göre belirlenmektedir. Depremin yaptığı zarar binaların yapılış şekli, depremin merkez üstünden dış merkezinden uzaklık, binaların üstüne oturduğu yerin zemin yapısına ve sismik dalgaların yayınım yolundaki jeolojik (yerbilimsel) yapıya bağlıdır. Bir binanın sağlam kaya veya zayıf zemin üzerinde olması ortaya çıkacak zararda önemli bir rol oynar. Sağlam kaya zayıf zemine göre daha az sallanacağı için sağlam kaya üzerindeki binada meydana gelecek zarar daha azdır.

Büyüklük aletsel bir değerdir ve zemine, uzaklığa ve binanın yapılış şekli ile ilişkili olmayıp tamamen depremden açığa çıkan enerjiye bağlıdır. Büyüklük logaritmik olarak hesaplandığından büyüklükdekibir birimlik artış 10 misli büyük bir depreme karşılık gelir. Açığa çıkan enerji açısından bakıldığında ise 32 misli bir artış söz konusudur.


28 Aralık 1908 Messina Depremi’ne ait bir sismogram.
Kaynak: Amadeus W. Grabau A Textbook of Geology (Boston: D.C. Heath & Co., 1920) 661

Büyüklük ilk olarak 1935 yılında Amerikada Kaliforniya bölgesindeki sığ depremler için Richter tarafından belirlenmiştir. Dünya üzerindeki kayıtçıların artması ve kayıtçıların daha modern hale getirilmesi sonucu yeni büyüklük tayin yöntemlerinin geliştirilmesini beraberinde getirmiştir. Bu bağlamda cisim dalgası (mb), yüzey dalgası (Ms), süreye dayalı (MD) ve moment (Mw) büyüklük ve daha başka büyüklük tanımlamaları geliştirilmiştir. Her bir büyüklük tayin yönteminin kuvvetli ve zayıf tarafları vardır. Yerel, cisim, süreye dayalı ve yüzey dalgası büyüklüklerinin tayinlerindeki sınırlamalar nedeniyle moment büyüklük tayin yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntem diğer yöntemlerin büyük depremlerdeki hatalı belirlemelere neden olmasından dolayı büyük depremler için en iyi çözümü üretmektedir.

Ençok kullanılan büyüklük yöntemleri:

Yerel Büyüklük:
ML = logA – logA0

Burada A sismogramlar üzerinde ölçülen mm cinsinden maksimum genlik ve A0 ise genliğin uzaklıkla soğurulması etkisini giderici parametredir. Bu büyüklük 1935 yılında Richter tarafından WoodAnderson kayıtçı sistemi ve episentır (merkez üssü ya da merkez üstü) uzaklığı 10 ile 600 km arasında ve odak derinliği sığ olan depremler için tanımlanmış ve tanımlanan bu büyüklüğe yerel büyüklük adı verilmiştir. Günümüzde yerel büyüklük bağıntısı farklı kayıtçı sistemleri ve farklı derinlikteki depremleri içerecek şekilde geliştirilmiştir. Richter tarafından önerilen büyüklük tayini belirli frekans aralığı ve uzaklık için geçerli olduğundan başka yöntemlerin kullanılması gereksinimi duyulmuştur.

Cisim Dalgası Büyüklüğü:
mb = log10(A/T) + Q(D,h)

Burada A genlik (mikron cinsinden), T periyot (saniye), Q ise uzaklık ve derinlikten dolayı gelen düzeltme terimidir. Düzeltme terimi bağıntının kullanıldığı bölgenin jeolojik ve tektonik yapısına göre değişiklik gösterir. Çok büyük depremlerde cisim dalgası büyüklük değerleri gerçek değerinden küçüktür. Hesaplanabilen maksimum cisim dalgası büyüklükleri 6,5 ile 6,8 arasındadır.

Yüzey Dalgası Büyüklüğü:
Ms = log10(A/T) + 1,66log10(D) + 3,30

A maksimum genlik (mikron) ve T bu genliğe karşılık gelen periyot (saniye), D uzaklık (derece cinsinden). Yüzey dalgalarının maksimum genliği genel olarak 18 ile 22 saniye periyot aralığında olmaktadır. Derin depremlerde yüzey dalgalarının iyi gelişmemesi nedeniyle bu bağıntı derin depremler için geçerli değildir. Yukarıdaki bağıntıda kullanılan katsayılar 20° ile 160° uzaklılar için alınan ortalama değerlerdir. Merkez üstü uzaklığına göre bu katsayılar farklı değerler almaktadır.

Süreye Bağlı Büyüklük:
MD = a + blogT +cD

Burada T ilk gelen P dalgası ile sismogramdaki genlik seviyesinin belirli bir seviyeye inene kadar olan zamanı; D merkez üssü uzaklığı ve a, b ve c ise deprem istasyonu ve bölgelerin jeolojik yapılarına göre değişen katsayıları ifade etmektedir. Bu yöntemin kuramsal bir tabanı yoktur. Kullanım kolaylığından dolayı sismologlar tarafından tercih edilmektedir.

Moment Büyüklük:
Mw = 2/3logM0 – 10,7

M0 sismik momenti göstermektedir. Sismik moment deprem dalgalarının genliğinden hesalanabilir. Sismik moment fayın oluşumu ile ilgili temel parametreler olan kırılmış kayanın kayma kuvveti, faylanma alanı ve fay üzerindeki ortalama yerdeğiştirmeyle ilişkilidir. Sismik momentin belirlenmesinde bir üst sınırın olmaması, kullanılan alet türünden tümüyle bağımsız olması ve depremin büyüklüğünün ölçümünde istikrarlı sonuçlar vermesi nedeniyle en güvenilir deprem büyüklüğü tayin yöntemidir. Geniş bandlı sismik kayıtçıların kullanılmaya başlamasından sonra dahada çok önem kazanmıştır.

Genel Büyüklük Değerlendirmesi
Büyüklük belirlemelerinde dalgaların frekansları önemlidir. Çünkü depremden açığa çıkan enerjinin frekans içeriği depremin büyüklüğüne göre değişmekte ve yaptığı hasarlarda farklı olmaktadır. Depremin boyutu büyüdükçe genlik spektrumunun düşük frekaslara doğru kaymaktadır. Bu nedenle tek bir büyüklük ölçeği belirlemek mümkün olmamıştır. Cisim dalgalarından hesaplanan büyüklük değeri büyük depremlerde (6,0 veya 6,5 değerinden sonra) gerçek değerinden uzaklaşmakta ve olduğundan daha küçük bir değer vermektedir. Benzer şekilde yüzey dalgalarından üretilen büyüklük değeri (yaklaşık 8,0 değerinden sonra) gerçeğinde küçük değerler verir. Ayrıca yüzey dalgası büyüklükleri depremin kaynak özelliği ve derinliğinden etkilenirler. Cisim dalgası ölçümleri ise bu parametrelere daha duyarsızdır.


Geniş bandlı sismik kayıtçı sistemlerinin kullanılmaya başlamasıyla büyüklük tayinlerindeki tutarsızlık ve kargaşa bir ölçüde azaltılmıştır. Bu kayıtçıların geniş bandlı (düşük ve yüksek frekansları birlikte içermesi) olması nedeniyle büyüklük tayinini frekansa bağımlı olmaktan kurtarmıştır. Bu yöntemin özelliği frekansdan bağımsız olarak sismik moment değerinden hesaplanmasıdır. Sismik moment geniş bandlı kayıtlardan hesaplandığı gibi arazi gözlemleri sonucu elde edilen fay boyu, fay atımı ve depremin derinliği gibi parametrelerin belirlenmesiyle de hesaplanabilir. Diğer yöntemlerde belirli büyüklükteki depremlerden sonra doygunluk gelişir ve ölçülen değer gerçek değerinden sapar. Sismik momentin ise bir üst sınırı yoktur ve bu nedenle her büyüklükteki bir depremin büyüklüğünün tayini yapılabilir.

Sismograf sistemlerinin gelişimine bağlı olarak çeşitli büyüklük belirleme bağıntıları geliştirilmiştir. Bu bağıntılar farklı dalga türlerine göre yapılmıştır. Yeraltının yapısının heterojen olması nedeniyle büyüklük tayini için üretilen bağıntılarda kullanıllan parametrelerde farklılıklar gözlenmektedir. Bu kayıtçının bulunduğu yerin jeolojisine, depremin oluş mekanizmasına, sismik dalgaların yayınım yoluna ve kullanılan sismik kayıtçıların özelliklerine bağlı olarak değişik kurumlar tarafından farklı büyüklükler verilmiştir. Değişik büyüklük yöntemleri 0,2 dolayında farklı değerler verebilir. Doygunluk sonrası bu farklılık 0,5’e kadar varabilir. Sismik momentide etkileyen faktörler vardır. Özellikle kaynaktaki yapı sismik momentin değerini değiştirebilir. Bu nedenle sismik momenti kullanarak elde edilen büyüklük değerlerinde de 0,2 büyüklüğünde bir farklılık olabilir. Dünyanın neresinde kayıt edilmek istenirse istensin bir depremin büyüklüğü değişmez. Farklı deprem büyüklük değerlerinin verilmesini kullanılan yönteme ve kayıtçıların bulunduğu yerin jeolojisini yeterince hesaba katılmamış olmasına bağlamak gerekir.