Магнитуды

По сравнению с другими шкалами - метрами, амперами, гигабайтами и пр. - сейсмическая магнитуда не имеет жесткой и неизменной дефиниции: она не связана ни с какими физическими параметрами очага, и авторы шкалы правильно выбрали ей название: слово "магнитуда" в английском имеет очень расплывчатое значение. За время жизни этой шкалы, уже более 70 лет, возникло множество ее вариантов. Это естественно - каждый из них привязян к реальности: к той или иной волне, к той или иной полосе частот, в зависимости от используемой аппаратуры, к той или иной стандартной калибровочной кривой и, наконец, к различным способам измерения на сейсмограмме и коррекции каких-либо факторов, по мнению авторов, заслуживающих коррекции. Все эти варианты именуются магнитудой, а иногда и обозначаются одинаково. Это создает подсознательное ощущение, что существует некая "правильная" магнитуда, и что с помощью разных методических ухищрений ее можно найти с большой "точностью". На самом деле "правильной" магнитуды не существует. Создано и запущено в практику много разных шкал - независимых по дефинициям, которые как-то скоррелированы между собой с неизбежно боьшим разбросом.

Возникла самостоятельная и бесконечная научная проблема - улучшать методику вычисления магнитуды (фактически - изменять ее дефиницию), найти связи между разными версиями магнитуды, понять причины их различий, и остановить свой выбор на какой-то одной, любимой - а все остальные "пересчитать" к ней.

Виталию Ивановичу тоже пришлось этим заняться. В совместной работе с Запольским, Нерсесовым и мной, специально к магнитудному совещанию 1972 года была сделана попытка (еще до Андерсена и Канамори, 1975) установить связь условных магнитудных шкал с физическими параметрами очага через очаговые спектры. В другой своей работе к этому же совещанию Виталий проанализировал мировые данные магнитуд Ms, MLH и mb, и объяснил параметры уравнений связи через спектральные особенности землетрясений, частотные характеристики аппаратуры и варианты способов измерений. Магнитудная проблема стала особенно актуальной а связи с задачей мониторинга ядерных взрывов, и приобрела политическое значение.

Стало ясно, что нет смысла говорить о точности магнитуды - а следует выбирать - или создавать ее наиболее устойчивые версии, которые давали бы лучшую сходимость магнитуд, полученных от разных станций, разных служб и т.д.

При таком понимании вопроса "магнитудная проблема" разделилась на две: создание новых магнитудных версий с возможно лучшей сходимостью, и выявление, оценка и возможность коррекции факторов, создающих разброс внутри данной версии. Разброс между разными версиями - это уже не погрешность измерений - а мера естественного разнообразия.

Виталий с соавторами разработал три версии магнитуд. Для взрывов, записанных на региональных расстояниях, была построена система на базе записей ЧИССом на на одной или на нескольких станциях. Обычное осреднение по многим станциям было заменено осреднением по разным волнам (включая коду) и разным частотным полосам. Для этого следовало выбрать некоторую опорную магнитуду и корреляционно привязать к ней каждое частотно-волновое измерение на каждой станции. Внутренняя сходимость при этом оказалась очень хорошей, особенно - по коде. Но поскольку между магнитудами разных сейсмологических служб, которые можно было взять за опорные (например - ISC и AWE), имеются свои систематические различия, то такая корреляционная ЧИСС-магнитуда давала разные результаты в зависимости от того, какой вариант, ISC или AWE, брался за основу в корреляционной привязке.

Чтоб улучшить сходимость магнитуд для землетрясений была предложена магнитудная шкала по коде, в двух версиях - для двух стандартных приборов, СКМ и СК. Коллеги и аспиранты Виталия осуществили эту идею в разных регионах Союза. Использование коды позволило получить прекрасную сходимость кодовой магнитуды по одной станции со стандартной по данным многих станций сети. Наконец, была создана шкала определения магнитуд по макросейсмическим данным. Она тоже получилась с приличной сходимостью - много лучшей, чем по единичной оценке балла в эпицентре.

В практике сейсмических служб указывают "погрешность" (на самом деле - внутреннюю сходимость) средней магнитуды по данным многих станций, причем станционный разброс считается случайным. Если станций использовано много, то вычисляемые в таком предположении значения погрешности" получаются очень маленькими, иногда в третьем знаке. Это было бы хорошо, если бы было верно. Но дело в том, что существуют не только случайные отклонения. Вспомним систематические различия (около 0.4!) в величинах магнитуд взрывов по данным калифорнийских и казахстанских станций. В отчете, написанном уже в США, мы с Виталием проанализировали факторную структуру разброса, оценили вклад каждого фактора по-отдельности - случайного, станционного, региона станции, региона очага, пути волн - и, на основе работы с Писаренко, написанной еще в 1960-х, дали формулы и примеры реалистической оценки сходимости.

Западный мир, все ближе знакомясь с сейсмологией бывшего Советского Союза, изучая сейсмичность ее территории, интересуется - что же такое "K-class". Под напором наших друзей и коллег, Kazuo Fujita и Kevin Mackey, которые, кажется, знают сейсмичность Сибири не хуже сибиряков, Виталию и мне пришлось поучаствовать в написании совместной с ними статьи, объясняющей, что такое К, как он построен и разъяснить все детали, (которые я уже подзабыла за полста лет). Эта статья, видимо, скоро появится в Seismological Research Letters...

Kazuo Fujita и Kevin Mackey обсуждают с Виталием Ивановичем проблему "К-class", 2002