Depremlerin büyüklüğünün ölçülmesi için iki türlü sayısallaştırma yöntemi geliştirilmiştir. Depremlerin yer kabuğunda oluşturduğu hareketin büyüklüğünün ölçülmesi ya da depremin yapılar üzerindeki etkisinin ölçülmesi ile geliştirilen bu yöntemlerden ilki sadece deprem hareketinin kendisi ölçülerek, ikincisi ise depremin yeryüzü/yapılar üzerindeki etkisi ölçülerek gerçekleştirilir. Bu ölçeklerden ilki magnitüd/büyüklük olarak adlandırılırken ikincisi ise şiddet olarak adlandırılır. Magnitüd deprem oluşumu sırasında ortaya çıkan enerjinin ölçüsü iken şiddet depremin yeryüzündeki/yapılar etkilerinin bir ölçüsü olarak tanımlanabilir.
Depremlerin sayısallaştırılabilmesi amacıyla öncelikle yer hareketinin kayıt altına alınması gerekmektedir. Depremler sismograf/sismometre aygıtları ile kayıt altına alınabilirler ve ancak böylelikle depremlerin oluşturduğu yer kareketi/dalgalar kayıt altına alınabilir. Kayıt altına alınan bu veriler kullanılarak depremlerin magnitüsü/büyüklüğü hakkında bilgi sahibi olunabilir ve farklı temeli bu kayıtların ölçeklendirilmesine dayalı olan sayısallaştırma işlemi gerçekleştirilebilir.
Şekil. İlk Sismograf (en solda), Güncel Sismograflardan Bazıları (Ortada ve sağda)
Şekil 2. Sismometre/Sismograf İstasyonu İç ve Dış Görünümü, AFAD
Yer hareketlerini kayıt altına alan aletlere sismograf/sismometre adı verilir. Günümüzde gelişen teknoloji sayesinde çok yüksek duyarlılığa sahip sismograflar geliştirilmiş olup, ülke sathına yayılan bir ağ sayesinde bir depremin birçok kaydı elde edilebilmektedir. Şekil 3’te de görülebileceği üzere, Türkiye, depremlerin yoğun olduğu bölgelerde daha sık olmak üzere, yaygın bir ivmeölçer ağına sahiptir.
Şekil. Türkiye Ulusal Sismik Gözlem Evi Ağı, AFAD Deprem Dairesi Başkanlığı sahip olduğu güncel haliyle 950 İstasyonla 7/24 Türkiye ve yakın çevresindeki deprem aktivitesini gözlemektedir, Not: Haritada Kırmızı ile Gösterilen İstasyonlar Zayıf Hareketleri, Mavi İle Gösterilen İstasyonlar ise Kuvvetli Yer Hareketi Gözlem İstasyonlarını Göstermektedir
Sismograflar yer hareketini hem kuzey-güney doğrultusunda, hem doğu-batı doğrultusunda hem de düşey doğrultuda kayıt altına alırlar. Şekil 5’te 01.05.2003 Bingöl depreminin 1201 nolu istasyondan elde edilen kayıtlarından da görülebileceği üzere her bir deprem için üç farklı deprem kaydı oluşturulmaktadır.
Şekil. 01.05.2023 Pazarcık Depreminin Niğde İstasyonundan (5102) Elde Edilen Kaydı
Şekilden de görülebileceği üzere ölçümler cm/s2 birimi ile gerçekleştirilmiş ve kayıt süresi de 144 sn olarak belirlenmiştir.
Deprem büyüklüğü(magnitüdü) sismograflarla kayıt altına alınan kayıtların çözümlenmesi sonucunda elde edilen bir veri olması nedeniyle aletsel ve tanımlanmış bir büyüklüktür. Daha detaylıca anlatmak gerekirse, sismograflar ile kayıt altına alınan bütün deprem kayıtlarının incelenmesi sonucunda elde edilen bir büyüklüktür.
Sismograf sistemlerinin gelişimine bağlı olarak çeşitli büyüklük belirleme bağlantıları geliştirilmiştir. Bu bağlantılar farklı dalga türlerine göre yapılmıştır. Yer altı yapısının tekdüze olmaması nedeniyle deprem büyüklüğünü belirlemek için üretilen bağıntılarda kullanılan 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. Richter tarafından tanımlanan ve ilk kez yerel ve sığ depremler için hesaplanan büyüklük, yerel büyüklüktür. (ML). Dünya üzerindeki kayıtçıların artması ve kayıtçıların daha modern hale getirilmesiyle yeni büyüklük tanımları gelişmiştir. Bunlardan başlıcaları cisim dalgası (mb),
Yerel Büyüklük (ML)
İlk kez 1930’lu yılların başında C. F. Richter tarafından ortaya atılan, basit Wood-Anderson kayıtçı sistemi (sismograf) ile kaydedilen, dış-merkez uzaklığı 10 ile 600 km arasında yer alan ve odak derinliği sığ olan depremler için tanımlanan büyüklüğe yerel büyüklük adı verilmiştir. Bu yöntem de görece küçük (büyüklüğü 6.0’dan az) depremeler için kullanılır.
| | Richter yerel büyüklüğü hesaplarken bazı sınırlamalar getirmiştir. Bunlardan ilki, bütün sismografların aynı tür olması ve dar bir frekans aralığına sahip olmasıdır. Bu nedenle en büyük genlik fazı tek bir periyoda (T) sahip olacaktır. İkinci sınırlama ise depremlerin 15 km’den daha sığ derinliklerde yer almasıdır. Böylece bağımlılık ve derinlik için düzeltme terimleri yaklaşık sabit olacaktır. Günümüzde Wood-Anderson kayıtçıları fazla yaygın olmadığı ve bu ölçeğin Kalifornia depremlerine has olarak geliştirilip yöntemin yaygınlaştırılamaması nedeniyle kullanımı kısıtlıdır. |
Ancak, ilk büyüklük ölçeği olması ve diğer büyüklük hesaplamalarının buna bağlı olarak türetilmesinden dolayı önemlidir. Ayrıca yapıların doğal titreşim periyodun ile Wood-Anderson cihazının salınmı periyodunun birbirne yakın olmasından dolayı (0.8 s) meydana gelecek hasar derecesi ile Ml arasındaki ilişkinin mühendislik çalışmaları açısından önemli olduğu vurgulanmalıdır.
Cisim Dalgası Büyüklüğü (mb)
Yerel deprem büyüklüğü her ne kadar kullanışlı olsa da depremlerin sürekli aynı bölgede meydana gelmesi ve her zaman aynı türdeki aletlerle kaydedilmesi mümkün olmayacağından küresel anlamda bir deprem boyutunun belirlenmesi yoluna gidilmiştir. Gutenberg ve Richter (1956a), herhangi bir uzaklıkta, herhangi bir aletle kaydedilen bir depremin cisim dalgalarından yararlanılarak bir büyüklük tanımı geliştirmişlerdir. Bölgesel uzaklıkların ötesinden gelen (telesismik), depremlerin cisim dalgalarından yararlanarak hesaplanan büyüklük türüne cisim dalgası büyüklüğü (mb) denmektedir.
Yüzey Dalgası Büyüklüğü (Ms)
Dış-merkez uzaklığı 20<D<1600 arasında olan ve odak derinliği h<50 km’den küçük sığ depremlerin yüzey dalgaları genliklerinden yararlanılarak bulunan büyüklük türüne yüzey dalgası büyüklüğü (Ms) denilmektedir. Bu aralıklar arasında sığ depremlerin 20 s dolaylarında periyoda sahip yüzey dalgaları sismogramlar üzerinde daha baskın görünümdedirler. Cisim dalgalarının tersine yüzey dalgası genlikleri uzaklığa bağımlıdır ve bu nedenle deprem odak derinliğini genlikler üzerinde önemli bir etkisi vardır. Derin depremlerde çok fazla yüzey dalgası oluşmaz ve doğru bir büyüklük hesaplaması yapılamaz. Bu yöntem Ml ve Md ölçümlerinin yetersiz kaldığı büyük depremleri (M>6.0) ölçmek için geliştirilmiştir.
Süre Büyüklüğü (Md)
Genellikle kısa periyotlu aletlerle kuvvetli bir yerel deprem kaydedildiğinde genlikleri bir kısmının kaydedilmediği anlaşılır. Bu nedenle genlik üzerinden yapılan büyüklük hesaplamalarında yanlışlıklar ve hatalar meydan gelmektedir. Bu nedenle kısa periyotlu ve kayıt aralığı dar olan kayıtçı sismografların kaydettiği depremlerinn büyüklüklerini belirlemek için, tüm kayıt süresinin belirlenerek hesaplandığı yeni bir büyüklük ölçeği geliştirilmiştir. Bu büyüklük ölçeğine süre büyüklüğü (Md) denilmektedir. Günümüzde genliği daha geniş aletler kullanıldığı için genliklerin kesilmesi gibi bir sorunla artık karşılaşılmamaktadır. Bu ölçeğin herhangi bir kuramsal arka planı olmamakla birlikte kullanım kolaylığı nedeniyle tercih edilmektedir. Bu yöntem küçük (M<5.0) ve yakın (Uzaklık<300 km) depremeler için kullanılır.
Moment Büyüklüğü (Mw)
Diğer ölçeklere göre daha güvenilir bir seçenek olarak geliştirilmiştir. Büyük depremlerde ortaya çıkan enerjiyi daha doğru hesaplayabilmek ve diğer ölçeklerde meydana gelen büyüklüğün doygunluğa erişmesini engellemek amacıyla geliştirilmiştir. Büyüklüğün hesaplanabilmesi için sismik mometin öncelikle hesaplanması gerekmektedir. Sismik moment ise, kırılan fay üzerindeki yerdeğiştirme miktaır, fay alanı ve katılık derecesi ya da kısaca açığa çıkan enerji ile doğru orantılıdır. Sismik moment aynı zamanda dalga genliklerinden de hesaplanmaktadır.
Sismik momentin hesaplanmasında herhangi bir üst sınır olmaması, kullanılan aletin türüne bağlı olarak ölçümlerin değişmemesi ve deprem ölçümlerinde daha düzenli ve birbiri ile uyumlu sonuçlar vermesi nedeniyle en güvenilir deprem büyüklük ölçeği olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.
Özellikle belirli büyüklükteki depremlerden daha büyük depremlerin yüzey dalgaları ve cisim dalgalarının genliğinin aynı hesaplanması durumuna deprem büyüklüğünün doygunluğa erişmesi denmektedir. Yani Ms ya da Mb ölçeği kullanılırken 8.0 ve 6.0 değerlerinden daha büyük değer hesaplamak olası değildir. Bu da büyük depremlerin ölçeklendirilmesinin bu iki deprem büyüklük ölçeği ile olası olmadığı anlamına gelmektedir.
Deprem sırasında ortaya çıkan enerjinin miktarının hesaplanmasında da sismik aletlerin ölçtüğü kayıtlar kullanılabilir. Dalga periyod ile genliğine bağlı olarak açığa çıkan enerji miktarı hesaplanabilir. Ayrıca hesaplanan deprem büyüklükleri ile de depremde açığa çıkan enerji miktarı hesaplanabilir. Büyüklük-enerji ilişkisini kullanarak depremler ortaya çıkan enerji miktarı ile atom bombası patlatıldığında ortaya çıkan enerji miktarını da hesaplamak olasıdır.
Deprem Şiddeti
Depremin şiddeti, depremlerin gözlenen etkileri sonucunda uzun yılların vermiş olduğu deneyimlere dayanılarak hazırlanmış olan “Şiddet Cetvelleri”ne göre değerlendirilmektedir. Diğer bir deyişle “Deprem Şiddet Cetvelleri” depremin etkisinde kalan canlı ve cansız her şeyin depreme gösterdiği tepkiyi değerlendirmektedir. Önceden hazırlanmış olan bu cetveller, her şiddet derecesindeki depremlerin insanlar, yapılar ve arazi üzerinde meydana getireceği etkileri belirlemektedir.
Bir deprem oluştuğunda, bu depremin herhangi bir noktadaki şiddetini belirlemek için, o bölgede meydana gelen etkiler gözlenir. Bu izlenimler, Şiddet Cetvelinde hangi şiddet derecesi tanımına uygunsa, depremin şiddeti, o şiddet derecesi olarak değerlendirilir. Örneğin; depremin neden olduğu etkiler, şiddet cetvelinde VIII şiddet olarak tanımlanan bulguları içeriyorsa, o deprem VIII şiddetinde bir deprem olarak tariflenir. Deprem Şiddet Cetvellerinde, şiddetler Romen rakamıyla gösterilmektedir. Bugün kullanılan başlıca şiddet cetvelleri değiştirilmiştir. Bunlar, “Mercalli Cetveli (MM)” ve “Medvedev-Sponheur-Karnik (MSK)” şiddet cetvelidir. Her iki cetvelde de XII şiddet derecesini kapsamaktadır. Bu cetvellere göre, şiddeti V ve daha küçük olan depremler genellikle yapılarda hasar meydana getirmezler ve insanların depremi hissetme şekillerine göre değerlendirilirler. VI-XII arasındaki şiddetler ise, depremlerin yapılarda meydana getirdiği hasar ve arazide oluşturduğu kırılma, yarılma, heyelan gibi bulgulara dayanılarak değerlendirilmektedir.
Bu ölçek, hiçbir matematiksel temeli olmayıp bütünü ile gözlemsel bilgilere dayanmakta olup, bu nedenle aynı büyüklükteki depremlerin şiddeti farklı ülkelerde yada farklı depremlerde farklı olabilir. Örneğin Japonya da ve Türkiye’de meydana gelen aynı büyüklükteki depremlerin şiddetleri farklı olabilir.