Depremlerin büyüklüğünü karakterize eden basit parametreler; şiddet, büyüklük, ve enerji harcanımıdır.
2.3.1 Deprem Şiddeti
Deprem boyutunu belirlemede en eski yöntem depremin şiddetidir. Bir depremin şiddeti, o depremin belirli bir bölgedeki yapılarda yol açtığı hasar ile insanlar üzerindeki etkilerinin nitel bir tanımlamasıdır. Şiddet parametresi, depremin büyüklüğüne, kaynak mesafesine, yerel zemin etkilerine dayanarak bir bölgeden diğerine farklılık göstermektedir. Şiddet, depremin yıkıcılığının miktarının belirlenmesinde verilen bölgede kullanılan en basit parametredir fakat bu parametre dinamik analizlerde girdi verisi olarak kullanılmaktadır. Ayrıca birçok durumda şiddet, özellikle tarihi depremlerde deprem hareketini karakterize etmek için en uygun parametre olarak kullanılmaktadır (Kayabalı, 2003).
Şiddeti I ile X arasında değişen değerlerle tanımlayan Rossi-Forel şiddet ölçeği uzun yıllar kullanılmıştır. Bu ölçeğin yerine Değiştirilmiş Mercalli şiddet ölçeği (MMI) daha sonra kullanılmaya başlanmıştır. Japonya Meteoroloji Kurumu (JMA)’nun kendine özgü bir şiddet ölçeği bulunmaktadır. Ayrıca Orta ile Doğu Avrupa’da Medvedev-Spoonheuer-Karnik (MSK) ölçeği kullanılmaktadır. Bu ölçek tipleri arasındaki karşılaştırma Şekil 2.6’da verilmiştir. Değişik bölgelerde rapor edilen şiddet gözlemlerinin bir harita üzerine aktarılmasıyla eş şiddet eğrileri oluşturulabilmektedir. Bu şekilde oluşturulan haritaya eş şiddet haritası denir. Eş şiddet haritaları deprem merkezine olan uzaklığın artmasıyla şiddetin nasıl sönümlendiğini göstermektedir (Kayabalı, 2003).
Şekil 2.6 Değiştirilmiş Mecalli (MMI), Rossi-Forel (RF), Japonya Meteoroloji Kurumu (JMA) ve Medvedev-Spoonheuer (MSK) ölçeklerindeki şiddet değerleri arasında
2.3.2 Deprem Büyüklüğü
Büyüklük, kaydedilmiş deprem verilerinden ölçülen, depremin büyüklüğünü tanımlamak için kullanılan fiziksel bir değerdir. Sismograf kayıtlarından elde edilen birçok farklı ölçekler bulunmaktadır; Richter yerel büyüklüğü ML, yüzey dalga büyüklüğü Ms, cisim dalgası
büyüklüğü mb. Moment büyüklüğü (Mw) ise sismik momentten yararlanılarak ölçülmektedir.
2.3.2.1 Richter Yerel Büyüklüğü
1935 yılında Charles Richter güney California’daki sığ, yerel (dışmerkezi yaklaşık 600 km’den küçük) depremlerden bir büyüklük ölçeği geliştirmek için Wood-Anderson sismometresini kullanmıştır. Richter, günümüzde yerel büyüklük olarak bilinen büyüklüğü, deprem dış merkezinden 100 km uzaktaki bir Wood-Anderson sismometresinde (mikrometre cinsinden) kaydedilmiş maksimum genliğin (10 tabanına göre) logaritması olarak tanımlamıştır. Richter yerel büyüklüğü (ML) en iyi bilinen büyüklük ölçeğidir (Kayabalı,
2003).
2.3.2.2 Yüzey Dalgası Büyüklüğü
Richter yerel büyüklüğü değişik dalga türleri arasında bir ayırım yapmamaktadır. Belirli bir dalga genliğinin büyüklüğüne dayalı diğer büyüklük ölçekleri geliştirilmiştir. Büyük mesafelerde cisim dalgaları genellikle sönümlenmekte ve önemli ölçüde saçılmaktadır. Sonuçta, yer hareketinde yüzey dalgaları daha baskın olmaktadır. Yüzey dalgası büyüklüğü periyodu yaklaşık olarak 20 saniye olan Rayleigh dalgalarının genliğine dayalı olan ve dünyanın her tarafında kullanılan bir büyüklük ölçeğidir (Gutenberg ve Richter, 1936). Yüzey dalgası büyüklüğü; 2.0 1.66log∆ logA MS = d + 0 + (2.1) bağıntısndan bulunmaktadır. Burada,
Ad: yerde mikrometre cinsinden maksimum yerdeğiştirme
∆0: sismometrenin derece cinsinden dışmerkez uzaklığıdır.
Yüzey dalgası büyüklüğü, zemindeki maksimum yerdeğiştirme genliğine dayalı olduğu için herhangi bir sismograf türündende tanımlanabilir. Genellikle sığ (yaklaşık 70 km’den daha az), uzak (yaklaşık 1000 km’den daha büyük), orta ve büyük ölçekteki depremlerin boyutunu tanımlamada kullanılmaktadır.
2.3.2.3 Cisim Dalgası Büyüklüğü
Derin odaklı depremlerin yüzey dalgaları çoğu zaman bunların yüzey dalgası büyüklüğü ile değerlendirilmesine imkan vermeyecek kadar küçük olmaktadır. Cisim dalgası büyüklüğü, P dalgalarının odak derinliğinden kuvvetlice etkilenmeyen ilk birkaç devrin genliğine dayalı, dünyanın her tarafında kullanılan bir büyüklük ölçeğidir (Bolt, 1989). Cisim dalgası büyüklüğü, 5.9 0.01∆ logT logA mb = a − + 0 + (2.2)
Şeklinde tanımlanmaktadır. Burada, Aa: mikrometre cinsinden P dalgası genliği
T: P dalgasının periyodudur.
2.3.2.4 Moment Büyüklüğü (MW)
Yukarıda tanımlanan büyüklük ölçekleri yer sarsıntısı özelliklerini kaydeden değişik cihazların ölçümüne dayalı ampirik büyüklüklerdir. Ancak, bir deprem sırasında açığa çıkan toplam enerji miktarı artarken yer sarsıntısına dair özellikler de her zaman aynı oranda artmamaktadır. Kuvvetli depremlerde ölçülen yer sarsıntısı karakteristikleri küçük depremlerinkine kıyasla deprem büyüklüğüne daha az duyarlı olmaktadır. Bu özellik doygunluk olarak adlandırılmaktadır. Cisim dalgası ve Richter yerel büyüklükleri 6 ile 7 civarında doygunken yüzey dalgası büyüklüğü de MS=8 civarında doygunluğa ulaşmaktadır.
Çok büyük depremlerin boyutunu tanımlamak için, yer sarsıntısı özelliklerine dayalı olmayan ve sonuçta doygunluğa erişmeyen bir büyüklük ölçeğinin tanımlanması gerekmektedir. Doygunluk problemi olmayan tek büyüklük ölçeği moment büyüklüğüdür (Kanamori,1977; Hanks ve Kanamori, 1979). Moment büyüklüğü, bir fay boyunca yırtılmaya neden olan faktörlerin doğrudan bir ölçüsü olan sismik moment kavramına dayanmaktadır (Kayabalı, 2003).
Moment büyüklüğü aşağıdaki bağıntı ile tanımlanmaktadır:
10.7 1.5
logM
M 0
w = − (2.3)
M0 sismik moment olup birimi de dyne-cm’dir .
M0=mdAbu (2.4)
Burada;
md: kayaçların kayma gerilmesine gösterdikleri direnç,
Ab: fay yüzeyinin kırılan kesiminin alanı ,
Değişik büyüklük ölçekleri arasındaki ilişki Şekil 2.7’de gösterilmiştir.
Şekil 2.7 Değişik büyüklük ölçeklerinin doyması (Heaton, 1986)
2.3.3 Depremin Enerjisi
Bir deprem sırasında açığa çıkan toplam sismik enerji çoğu zaman aşağıdaki bağıntı ile hesaplanmaktadır:
s
1.5M 11.8
logE= + (2.5)
Bağıntıdaki E’nin birimi erg cinsinden ifade edilmektedir. Bu bağıntının daha sonraları moment büyüklüğüne uygulanabileceği gösterilmiştir (Kanamori, 1983). Bu bağıntı ile büyüklükdeki bir birimlik artışın sismik enerjide 32 kat artışa neden olduğu anlatılmaktadır. Buna göre 5 büyüklüğündeki bir depremin boşalttığı enerji 7 büyüklüğündeki bir depremin boşalttığı enerjinin 0.001’i kadardır. Bu durum, çok büyük depremlere yol açan birikmiş deformasyon enerjisinin boşalımında küçük depremlerin fazla etkili olmadığını göstermektedir (Kayabalı, 2003).