Модифицированная шкала Меркалли

Модифицированная шкала Меркалли (MMI, от англ. Modified Mercalli Intensity scale) — это шкала интенсивности землетрясения, основанная на субъективных ощущениях людей, степени повреждения построек и изменениях в окружающей среде. В отличие от магнитудных шкал (например, шкалы Рихтера), которые измеряют энергию, выделившуюся в очаге землетрясения, шкала Меркалли оценивает силу сейсмического воздействия на поверхности Земли в конкретном месте. Интенсивность по шкале Меркалли выражается в баллах (от I до XII) и зависит не только от магнитуды, но и от расстояния до эпицентра, глубины очага, геологических условий и качества строительства.

История создания

Предшественники

Первая шкала для оценки интенсивности землетрясений была разработана итальянским вулканологом Джузеппе Меркалли в 1883 году. Она состояла из 10 степеней (от I до X) и основывалась на описании разрушений, характерных для итальянских построек XIX века. В 1902 году Меркалли совместно с другим итальянским учёным, Адольфо Канкани, опубликовал переработанную 12-балльную версию, которая учитывала не только разрушения, но и ощущения людей.

Адаптация в США

В 1931 году американские сейсмологи Гарри Вуд и Фрэнк Нойман модифицировали шкалу Меркалли-Канкани для использования в условиях США. Они адаптировали описания повреждений под типичную для Калифорнии деревянную и кирпичную застройку, а также добавили более детальные критерии для оценки реакции людей и предметов. Эта версия получила название «Модифицированная шкала Меркалли 1931 года» (MM31). В 1956 году Чарльз Рихтер (автор шкалы магнитуд) внёс дополнительные уточнения, и с тех пор шкала используется в англоязычных странах, особенно в США, в практически неизменном виде.

Распространение в мире

В России и странах бывшего СССР используется собственная 12-балльная шкала сейсмической интенсивности (шкала MSK-64, разработанная С. В. Медведевым, В. Шпонхойером и В. Карником), которая во многом близка к MMI, но имеет свои особенности в описании повреждений зданий типовой советской застройки. В Европе распространена Европейская макросейсмическая шкала (EMS-98), также являющаяся потомком шкалы Меркалли.

Принцип оценки интенсивности

В отличие от магнитуды, которая является единственным числом для всего землетрясения, интенсивность по MMI может сильно различаться в зависимости от местоположения. Для одного и того же события в эпицентре может быть зафиксирована интенсивность IX баллов, а на расстоянии 100 км — всего IV балла. Оценка проводится по трём основным группам критериев:

1. Реакция людей: как люди ощущают толчки (не ощущаются, ощущаются только на верхних этажах, пугаются, выбегают на улицу).
2. Воздействие на предметы и конструкции: как ведут себя подвешенные предметы, жидкость в сосудах, мебель, оконные стёкла, как трескаются стены, разрушаются здания.
3. Изменения в природе: появление трещин в грунте, оползни, обвалы, изменение течения родников, цунами.

Шкала интенсивности (от I до XII баллов)

Ниже приведено краткое описание каждого уровня интенсивности по модифицированной шкале Меркалли (MMI) в её современной интерпретации.

Сравнение со шкалой магнитуд (шкалой Рихтера)

Часто возникает путаница между этими двумя шкалами. Шкала Рихтера (или более современная моментная магнитуда Mw) является количественной и объективной: она показывает, сколько энергии выделилось в очаге. Шкала Меркалли является качественной и субъективной: она показывает, как эта энергия проявилась на поверхности.

Ключевые различия:

• Размерность: Магнитуда — это логарифмическая величина (безразмерная), интенсивность — это баллы.
• Зависимость: Магнитуда — одна для всего землетрясения. Интенсивность — разная в разных точках.
• Метод измерения: Магнитуда рассчитывается по данным сейсмографов. Интенсивность — по наблюдениям очевидцев и оценке разрушений.

Примерное соотношение для эпицентральной зоны (при глубине очага 10–15 км):

• Магнитуда 5.0 — интенсивность VI–VII баллов.
• Магнитуда 6.0 — интенсивность VII–VIII баллов.
• Магнитуда 7.0 — интенсивность IX–X баллов.

Однако это соотношение не является линейным и зависит от множества факторов. Например, глубокое землетрясение магнитудой 7.0 может вызвать на поверхности лишь VI баллов, а мелкое землетрясение магнитудой 5.5 — VIII баллов.

Применение

Сейсмическое районирование

Карты сейсмической опасности, используемые в строительных нормах (например, в России — СП 14.13330.2018 «Строительство в сейсмических районах»), часто составляются в баллах MMI или MSK-64. Они показывают, с какой вероятностью в данном регионе может произойти землетрясение определённой интенсивности (например, 7, 8 или 9 баллов). На основе этих карт проектируются здания с требуемой сейсмостойкостью.

Оценка ущерба и страховое дело

После землетрясения эксперты-сейсмологи и инженеры выезжают в зону бедствия и составляют карту изосейст — линий, соединяющих точки с одинаковой интенсивностью. Эти данные используются для:

• Оценки общего ущерба.
• Расчёта страховых выплат (страховые компании часто привязывают выплаты к баллам MMI).
• Планирования спасательных работ (наиболее пострадавшие районы с IX–X баллами получают приоритет).

Исторические исследования

Поскольку шкала Меркалли описывает ощущения и разрушения, её можно применять для оценки интенсивности исторических землетрясений, о которых сохранились письменные свидетельства. Например, по описаниям летописей можно установить, что землетрясение в Москве 1445 года имело интенсивность около V–VI баллов.

Ограничения и критика

Несмотря на широкое распространение, MMI имеет ряд недостатков:

• Субъективность: Оценка зависит от опыта наблюдателя. Один и тот же толчок может быть описан как «сильный» и «очень сильный» разными людьми.
• Зависимость от качества застройки: В регионах с сейсмостойким строительством (например, в Японии или Калифорнии) здания могут выдерживать толчки, которые в регионе с неармированной кирпичной кладкой вызвали бы полное разрушение. Таким образом, одна и та же магнитуда может дать разную интенсивность в разных странах.
• Неприменимость в ненаселённых районах: Если землетрясение произошло в пустыне или океане, оценить интенсивность по ощущениям людей невозможно, и приходится полагаться только на инструментальные данные.
• Насыщение шкалы: При магнитудах выше 8.5 шкала MMI достигает XII баллов в эпицентре, и дальнейшее увеличение магнитуды не приводит к росту баллов, так как «полная катастрофа» уже наступила.

В современной сейсмологии для быстрой автоматической оценки ущерба всё чаще используются инструментальные шкалы, основанные на данных акселерометров (например, шкала MMI, пересчитанная через пиковое ускорение грунта — PGA). Тем не менее, MMI остаётся важным инструментом для макросейсмических обследований и исторического анализа.

Источники

1. Wood, H. O., & Neumann, F. (1931). Modified Mercalli Intensity Scale of 1931. Bulletin of the Seismological Society of America, 21(4), 277–283.
2. Richter, C. F. (1958). Elementary Seismology. W. H. Freeman and Company.
3. Bolt, B. A. (2003). Earthquakes (5th ed.). W. H. Freeman and Company.
4. Медведев, С. В. (1977). Сейсмическое районирование территории СССР. Наука.
5. USGS (United States Geological Survey). The Modified Mercalli Intensity Scale. Официальное описание шкалы на сайте Геологической службы США.