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Mesure sismique : les échelles de Mercalli et Richter // Seismic measurement : the Mercalli and Richter scales

L’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) a publié un article très intéressant sur l’histoire de la mesure des séismes à Hawaï, des origines à nos jours.

Avant que les sismologues disposent d’équipements de pointe pour calculer l’ampleur des séismes, les gens se référaient aux dégâts physiques et aux observations humaines. De telles observations pouvaient être compilées et analysées afin de déterminer l’endroit où l’événement semblait le plus intense et donc identifier son épicentre.
En 1930, des cartes de rapport sismique ont été distribués à la population par le personnel du HVO afin que les gens puissent écrire de manière détaillée ce qu’ils avaient observé pendant les séismes.
Ces bulletins étaient très importants pour comprendre les séismes à une époque où les méthodes de mesure étaient limitées ou inexistantes. Ces rapports d’observation ont permis d’estimer l’intensité des séismes historiques en comparant les modes d’observation dans le passé et comment ils sont observés aujourd’hui. Les observations sismiques rédigées sur ces cartes ont fourni des données essentielles qui ont permis de déterminer les intensités de différents événements ressentis dans différentes régions.
Aujourd’hui, le HVO ne fournit plus de cartes de rapport sismiques, mais les gens peuvent se connecter sur Internet, aller sur le site du HVO et remplir la rubrique «Did You Feel It» (DYFI), autrement dit « Avez-vous ressenti le séisme ? »

Exemple de carte de rapport sismique en 1967 (Source : HVO)

Au début des années 1900, le volcanologue italien Giuseppe Mercalli a mis au point une échelle pour catégoriser l’intensité des secousses sismiques en fonction des effets rapportés par la population affectée. L’Echelle d’Intensité de Mercalli (ou plus précisément l’Echelle d’Intensité de Mercalli Modifiée – MM ou MMI) est une échelle permettant de mesurer l’intensité des séismes. Contrairement à l’échelle de Richter (voir ci-dessous), l’échelle de Mercalli ne prend pas en compte directement l’énergie d’un séisme. Elle classe les événements en fonction de leurs effets et de la destruction qu’ils provoquent. Lorsqu’il y a peu de dégâts, l’échelle décrit comment les gens ont ressenti le séisme ou combien de personnes l’ont ressenti. Très souvent, les non spécialistes utilisent cette échelle, car il est plus facile pour les gens de décrire les dégâts causés par un tremblement de terre que d’effectuer des calculs pour obtenir une valeur sur l’échelle de Richter.
Les valeurs vont de I – Instrumental à XII – Catastrophic.
Giuseppe Mercalli a initialement créé l’échelle, avec dix niveaux. En 1902, Adolfo Cancani lui a adjoint deux niveaux supplémentaires. August Heinrich Sieberg a transformé l’échelle. C’est pour cette raison qu’elle est parfois appelée échelle Mercalli-Cancani-Sieberg, ou échelle MCS.
Harry O. Wood et Frank Neumann ont traduit l’échelle en anglais et l’ont publiée sous le nom d’Echelle Mercalli – Wood – Neumann (MWN).

Charles Francis Richter l’a également améliorée avant de mettre au point son Echelle de Richter.
Les valeurs de l’échelle de Mercalli vont de I – Instrumental à XII – Catastrophique. Les degrés inférieurs traitent de la manière dont le séisme est ressenti par la population. Les nombres les plus élevés de l’échelle sont basés sur les dégâts subis par les structures.

Source : USGS

Bien que l’intensité soit un excellent moyen d’évaluer les effets dans les zones autour du tremblement de terre, les sismologues avaient besoin d’une méthode objective et rapide pour déterminer la taille d’un tremblement de terre qui ne repose pas sur une zone peuplée autour des tremblements de terre.
Dans les années 1930, le sismologue Charles Richter a mis au point la première méthode connue pour décrire la taille des tremblements de terre basée sur l’amplitude maximale mesurée à partir de sismographes spécifiques déployés dans le sud de la Californie.
L’échelle de magnitude de Richter a été développée en 1935. Elle fonctionnait initialement comme un sismogramme, mesuré par un type particulier de sismomètre à une distance de 100 kilomètres du séisme. Richter a défini un séisme de magnitude 3 comme produisant une oscillation maximale de 1 mm (3/64 de pouce) sur un sismographe à torsion situé à 100 km (62 miles) de l’épicentre du séisme.
Les séismes de magnitude 4,5 ou plus sur l’échelle de Richter peuvent être mesurés partout dans le monde. Un séisme de magnitude M 3,0 est environ 10 fois plus puissant qu’un événement de M 2,0. L’énergie libérée augmente d’un facteur d’environ 32. Chaque augmentation de 1 sur l’échelle de Richter correspond à une augmentation d’amplitude d’un facteur 10 car on a affaire à une échelle logarithmique.
Le séisme avec la plus grande magnitude a été enregistré au Chili en 1960. Il avait une magnitude de M 9,5 sur l’échelle de Richter. Environ 6 000 personnes ont péri. Aucun séisme n’a atteint plus de 10 sur l’échelle de Richter.

Source : USGS

 Source: USGS / HVO.

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The Hawaiian Volcanoes Observatory (HVO) has released a very interesting article about the history of earthquake measurement in Hawaii, from the origins to today.

Before seismologists had today’s state-of-the -art equipment to calculate the magnitudes of earthquakes, people relied on physical damage and human observations. Such observations could be compiled and analyzed to determine where the event seemed very intense and identify the epicentre.

By 1930, earthquake report cards (see image above) were distributed to the population by HVO staff so that people might write detailed information about what they observed during earthquakes.

These report cards became crucial for understanding seismicity while methods for measuring earthquakes were limited or non-existent. The reports helped estimate the sizes of historic earthquakes by comparing how earthquakes were observed in the past to how they are observed today. Earthquake observations recorded in these report cards provided vital data points that helped determine the intensities of the earthquakes felt in different regions.

Today, HVO no longer provides earthquake report cards but instead, people can go online and fill out a “Did You Feel It” (DYFI) report.

In the early 1900s, Italian volcanologist Giuseppe Mercalli developed a scale to categorize the intensity of shaking from an earthquake based on the effects reported by the impacted community. The Mercalli intensity scale (or more precisely the Modified Mercalli Intensity scale – MM or MMI) is a scale to measure the intensity of earthquakes (see image above). Unlike with the Richter scale (see below), the Mercalli scale does not take into account energy of an earthquake directly. Rather, it classifies earthquakes by the effects they have (and the destruction they cause). When there is little damage, the scale describes how people felt the earthquake, or how many people felt it. Very often, non-geologists use this scale, because it is easier for people to describe what damage an earthquake caused, than to do calculations to get a value on the Richter scale. The values range from I – Instrumental to XII – Catastrophic.

Giuseppe Mercalli originally developed the scale, with ten levels. In 1902, Adolfo Cancani extended the scale to include twelve levels. August Heinrich Sieberg copletely rewrote the scale. For this reason, the scale is sometimes named Mercalli-Cancani-Sieberg scale, or MCS scale.

Harry O. Wood and Frank Neumann translated it into English, and published it as Mercalli–Wood–Neumann (MWN) scale. Charles Francis Richter also improved it. He also developed the Richter scale, later on.

The values of the Modified Mercalli Intensity scale range from I – Instrumental to XII – Catastrophic.The lower degrees of the MMI scale generally deal with the manner in which the earthquake is felt by people. The higher numbers of the scale are based on observed damage to structures.

While intensity is a great way to assess the effects in areas around the earthquake, seismologists needed an objective and quick method to determine an earthquake’s size that does not rely on having a populated area around the earthquakes.

In the 1930s, seismologist Charles Richter came up with the first known method to describe earthquake size based on the maximum amplitude measured from specific seismographs deployed in southern California.

The Richter magnitude scale is a scale of numbers used to tell the magnitude of earthquakes ‘see image above). Charles Richter developed the Richter Scale in 1935. His scale worked like a seismogram, measured by a particular type of seismometer at a distance of 100 kilometres from the earthquake. He defined a magnitude-3 earthquake as producing a 1 mm (3/64 inch) peak swing on a torsion seismograph located 100 km (62 miles) away from the earthquake epicentre.

Earthquakes 4.5 or higher on the Richter scale can be measured all over the world. An earthquake a size that scores 3.0 is about 10 times the amplitude of one that scores 2.0. The energy that is released increases by a factor of about 32. Every increase of 1 on the Richter scale corresponds to an increase in amplitude by a factor of 10 so therefore, it is a logarithmic scale.

The earthquake with the biggest recorded magnitude was the Great Chilean Earthquake. It had a magnitude of 9.5 on the Richter scale and occurred in 1960. Around 6,000 people died because of the earthquake. No earthquake has ever hit 10+ on the Richter Scale.

Source : USGS / HVO.

Sismicité en Islande // Seismicity in Iceland

Un séisme de magnitude M 3,7 a secoué la zone située au nord-est de l’île de Grímsey, au large de la côte nord de l’Islande, peu avant midi le 25 septembre 2020.. Sa source a été localisée à 12,5 km au nord-est de l’île. Plusieurs répliques ont suivi, la plus importante d’une magnitude M 2,4. (NDLR : Ces événements sont probablement liés à l’activité de ta Tjörnes Fault Zone.)

Un autre séisme d’une magnitude de 4,8 M a été enregistré à 6h10 (UTC) aujourd’hui 28 septembre 2020 à 8,3 kilomètres à l’ESE du Bardarbunga, à une profondeur de 4,5 km. (NDLR : Il semble être trop superficiel pour avoir une origine magmatique.
Source: Icelandic Met Office. .

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An earthquake with a magnitude M 3.7 hit the area northeast of Grímsey island, off the north coast of Iceland, shortly before noon on September 25th, 2020. . Its source was 12.5 km northeast of the island. Several aftershocks have followed, the largest one with a magnitude M 2.4. ‘Personal niote: These events are probably linked to the Tjörnes Fault Zone).

Another quake with a magnitude of M 4.8 was recorded at 6:10 (UTC) today, September 28th, 2020 8.3 kilometres ESE of Bardarbunga, at a depth of 4.5 km. (Personal noteJIt seems to be too shallow to have a magmatic origin.

Source: Icelandic Met Office.

Séismes volcaniques longue période et dégazage du magma // Long period volcanic earthquakes and magma degassing

En vue d’améliorer la compréhension des processus physiques conduisant à l’apparition de séismes longue période (LP) profonds parfois considérés comme des signes précurseurs d’éruptions, une équipe internationale impliquant des chercheurs de l’Institut des Sciences de la Terre (ISTerre/OSUG – CNRS / IRD / UGA / USMB / UGE) s’est penchée sur les séismes LP profonds sous le Klyuchevskoy (Kamtchatka).

Le nouveau modèle mis au point au cours de cette étude, publiée le 6 août 2020 dans la revue Nature Communications, devrait permettre d’améliorer la surveillance volcanique mais également de surveiller les effets de ce type de phénomène sur le changement climatique.

Sous certains volcans, des séismes LP sont observés à des profondeurs de plusieurs dizaines de kilomètres, ce qui correspond plus ou moins à la limite entre la croûte terrestre et le manteau. Cette sismicité profonde est particulièrement intéressante car elle peut avoir un lien avec l’activation des racines profondes des systèmes volcaniques. En conséquence, elle peut aussi servir à identifier d’éventuels signes précurseurs à moyen et long terme. Cependant, une compréhension des processus physiques conduisant à l’apparition de tels séismes profonds est nécessaire pour pouvoir les intégrer aux schémas de surveillance.

C’est pourquoi un groupe de chercheurs a décidé de mener une étude sur les séismes longue période profonds sous le Klyuchevskoy (Kamchatka). Pour cela, ils ont utilisé une modélisation mathématique contrainte par des données sur la composition géochimique des laves, et ont comparé leurs résultats avec des observations sismologiques. Cela leur a permis de proposer un nouveau modèle physique de l’origine des séismes profonds, générés par un dégazage rapide d’eau et de CO2. La modélisation a montré que dans les magmas ayant une concentration relativement élevée de ces composants volatiles, un dégazage suffisamment intense peut commencer à une profondeur d’environ 30 km et que la croissance de bulles de gaz peut être suffisamment rapide pour que les variations de pression associées puissent générer des ondes sismiques avec des amplitudes et fréquences comparables à celles observées.

Ce nouveau modèle devrait permettre d’améliorer la surveillance volcanique, mais il devrait également permettre de surveiller les effets de ce type de phénomène sur le changement climatique. En effet, l’activité sismique profonde intense sous des volcans comme le Klyuchevskoy  peut indiquer que les magmas qui les alimentent contiennent une concentration accrue de CO2 et, par conséquent, qu’un dégazage peut contribuer de façon importante aux émissions de gaz à effet de serre.

Source : Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble (OSUG).

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In order to improve the understanding of the physical processes leading to the appearance of deep long-period (LP) earthquakes sometimes considered as precursor signs of eruptions, an international team involving researchers from the Institute of Earth Sciences (ISTerre / OSUG – CNRS / IRD / UGA / USMB / UGE) studied the deep LP earthquakes under Klyuchevskoy Volcano (Kamtchatka).
The new model developed during this study, published on August 6th, 2020 in the journal Nature Communications, should make it possible to improve volcanic monitoring but also to monitor the effects of this type of phenomenon on climate change.

Under some volcanoes, LP earthquakes are observed at depths of several tens of kilometres, which corresponds more or less to the limit between the Earth’s crust and the mantle. This deep seismicity is particularly interesting because it may have a link with the activation of the deep roots of volcanic systems. Consequently, it can also be used to identify possible warning signs in the medium and long term. However, an understanding of the physical processes leading to the emergence of these deep earthquakes is necessary in order to be able to integrate them into surveillance schemes.

This is why a group of researchers decided to conduct a study on long-period deep earthquakes under Klyuchevskoy (Kamchatka). For this, they used a mathematical modelling constrained by data on the geochemical composition of the lava, and compared their results with seismological observations. This enabled them to come up with a new physical model of the origin of deep earthquakes, generated by rapid degassing of water and CO2. Modelling has shown that in magmas with a relatively high concentration of these volatile components, sufficiently intense degassing can begin at a depth of about 30 km, and that the growth of gas bubbles can be rapid enough for the associated pressure changes to generate seismic waves with amplitudes and frequencies comparable to those observed.

This new model should make it possible to improve volcanic monitoring, but it should also make it possible to monitor the effects of this type of phenomenon on climate change. Indeed, the intense deep seismic activity beneath volcanoes like Klyuchevskoy may indicate that the magmas that feed them contain an increased concentration of CO2 and, therefore, that degassing may contribute significantly to greenhouse gas emissions.
Source: Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble (OSUG).

Vue du Klyuchevskoy (Source : KVERT)

Odeurs et séismes // Odours and earthquakes

Le 21 août 2020, les pompiers de la préfecture japonaise de Kanagawa ont reçu de nombreux appels signalant une odeur inhabituelle qui avait envahi la ville pendant une heure. Les sismologues pensent que ce phénomène étrange pourrait être le signe précurseur d’un puissant séisme. Ils expliquent que les roches produisent une odeur particulière avant de se rompre sous les contraintes auxquelles elles sont soumises.
L’odeur désagréable avait déjà été signalée à deux reprises à Kanagawa au cours des mois précédents. La police a reçu environ 260 appels le 4 juin 2020 faisant état d’une « odeur de gaz. » Une équipe a été dépêchée sur place la suite de ces appels, mais aucune conduite de gaz endommagée n’a été découverte et la cause de la puanteur est restée inconnue.
Un sismologue de l’Université de Ritsumeikan, qui étudie la relation entre les séismes et les odeurs, a adressé une mise en garde juste après le premier incident. Les études montrent que les roches produisent une certaine odeur juste avant de se rompre sous les contraintes auxquelles elles sont soumises. Il a ajouté que les séismes majeurs ne se produisent pas brusquement ; les tensions s’accumulent lentement au fil des mois ; les plaques tectoniques se déplacent progressivement l’une contre l’autre avant que se déclenche le séisme principal. C’est ce processus qui est probablement la cause des mauvaises odeurs dans la région de Yokosuka.
Dans le passé, plusieurs séismes majeurs ont déjà été précédés par des odeurs désagréables. Par exemple, avant le tremblement de terre de Christchurch (Nouvelle-Zélande) en 2010 et celui de Kobe (Japon) en 1995, des témoins avaient fait état d’odeurs mystérieuses. Le séisme de magnitude M7.1 à Christchurch a causé des dégâts considérables et est aujourd’hui considéré comme celui qui a causé le plus de dégâts à une grande zone urbaine depuis l’événement de Hawke’s Bay en 1931.
Le séisme de Kobe a été l’un des pires de l’histoire du Japon. D’une magnitude de M7.3, il a tué environ 6 500 personnes et causé plus de 100 milliards de dollars de dégâts. Selon une étude, une odeur de soufre a été signalée avant la catastrophe.
L’avenir nous dira si les mises en garde des sismologues japonais sont justifiées et si un séisme majeur secouera la région de Kanagawa.
Source: The Watchers,

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On August 21st, 2020, the fire department in the Japanese Kanagawa Prefecture received numerous calls from residents reporting an unusual smell in the area over the course of an hour. Seismologists suggest that the strange phenomenon may be a precursor of a large earthquake. They explain rocks generate a distinct smell before breaking under stress.

 The unpleasant smell was reported twice in the prefecture during the previous months. About 260 calls were made to police hotlines on June 4th, all noting that the odour « smelled like gas ». An extensive investigation was conducted following the reports but no damaged gas lines were discovered, and the cause remained unknown.

A seismologist at Ritsumeikan University, who studies the relationship between earthquakes and odours, issued a warning right after the first incident. He explained that based on research, rocks create a certain smell just before they break under stress. He added that large earthquakes do not happen abruptly; they slowly build up over months, with the grinding tectonic plates gradually peeling away at each other before the main quake occurs. This process may be generating the stench in the Yokosuka area.

In the past, several major earthquakes were predeced by similar unpleasant odours. For instance, before the 2010 Christchurch Earthquake in New Zealand and the 1995 Kobe Earthquake in Japan, there had been reports of mysterious odours from witnesses. The M7.1 Christchurch quake left a considerable amount of damage and was considered the largest earthquake to impact a major urban area since the 1931 Hawke’s Bay earthquake.

The Kobe earthquake was one of the worst in Japan’s history. The M7.3 event resulted in around 6 500 fatalities and more than 100 billion dollars’ worth of damage. According to a study, a sulfur-like smell was reported prior to the disasters.

Let’s see if the seismologists warnings are justified and idf a major earthquake will shake the Kanagawa area.

Source: The Watchers.

Dégâts occasionnés par le séisme de Kobe (Crédit photo: Wikipedia)