發展歷史
芮氏地震規模最早是在1935年由兩位來自美國加州理工學院的地震學家芮克特（Charles Francis Richter）和古騰堡（Beno Gutenberg）共同制定的。
此標度原先僅是為了研究美國加州地區發生的地震而設計的，並用伍德-安德森扭力式地震儀（Wood-Anderson torsion seismometer）測量。芮克特設計此標度的目的是區分當時加州地區發生的大量小規模地震和少量大規模地震，而靈感則來自天文學中表示天體亮度的星等。
為了使結果不為負數，芮克特定義在距離震央100公里處之觀測點地震儀記錄到的最大水準位移為1微米（這也是伍德-安德森扭力式地震儀的最大精度）的地震作為0級地震。按照這個定義，如果距震央100公里處的伍德-安德森扭力式地震儀測得的地震波振幅為1公釐（103微米）的話，則震級為芮氏3。芮氏地震規模並沒有規定上限或下限。現代精密的地震儀經常記錄到規模為負數的地震。
由於當初設計芮氏地震規模時所使用的伍德-安德森扭力式地震儀的限制，近震規模 ML 若大於約6.8或觀測點距離震央超過約600公里便不適用。後來研究人員提議了一些改進，其中面波震級（MS）和體波震級（Mb）最為常用。
缺點和改進
芮氏地震規模的主要缺陷在於它與震源的物理特性沒有直接的聯繫，並且由於「地震強度頻譜的比例定律」（The Scaling Law of Earthquake Spectra）的限制，在8.3-8.5左右會產生飽和效應，使得一些強度明顯不同的地震在用傳統方法計算後得出芮氏地震規模（如(MS）數值卻一樣。到了21世紀初，地震學者普遍認為這些傳統的地震規模表示方法已經過時，轉而採用一種物理含義更為豐富，更能直接反應地震過程物理實質的表示方法即矩震級W）。地震矩規模是由同屬加州理工學院的金森博雄（Hiroo Kanamori）教授於1977年提出的。該標度能更好的描述地震的物理特性，如地層錯動的大小和地震的能量等。 （Moment magnitude scale，M
地震規模與地震烈度是不同的概念。地震烈度（例如麥加利地震烈度）是表示地震破壞程度的標度，與地震區域的各種條件有關，並非地震之絕對強度。
震級與發生頻率
下表列出的是不同芮氏規模（ML）的年均發生次數和震央地區的影響：
| 程度 | 芮氏規模 | 地震影響 | 發生頻率(全球) |
|---|---|---|---|
| 極微 | 2.0以下 | 很小，沒感覺 | 約每天 8,000次 |
| 甚微 | 2.0-2.9 | 人一般沒感覺，設備可以記錄 | 約每天 1,000次 |
| 微小 | 3.0-3.9 | 經常有感覺，但是很少會造成損失 | 估計每年49,000次 |
| 弱 | 4.0-4.9 | 室內東西搖晃出聲，不太可能有大量損失。當地震強度超過4.5時，已足夠讓全球的地震儀監測得到。 | 估計每年6,200次 |
| 中 | 5.0-5.9 | 可在小區域內對設計/建造不佳或偷工減料的建築物造成大量破壞，但對設計/建造優良的建築物則只會有少量的損害。 | 每年800次 |
| 強 | 6.0-6.9 | 可摧毀方圓100英里以內的居住區。 | 每年120次 |
| 甚強 | 7.0-7.9 | 可對更大的區域造成嚴重破壞。 | 每年18次 |
| 極強 | 8.0-8.9 | 可摧毀方圓數百英里的區域。 | 每年1次 |
| 超強 | 9.0及其以上 | 摧毀方圓數千英里的區域 | 每20年1次 |
(數據來自美國地質調查局。需要注意的是由於地震影響還受當地地質條件等因素的影響，表中描述的是極端影響)
歷史紀錄中最強烈的地震是1960年5月22日的智利大地震，芮氏8.9（ML），地震矩規模（MW）9.5。
震級與能量
由於芮氏地震規模是常用對數，因此在估算能量的時候，芮氏規模每增加一，釋放的能量大約增加32倍。
下表列出的是不同級別的地震釋放的能量相當於的TNT當量：
| 芮氏規模 | 大致相應的TNT當量 | 實例 |
|---|---|---|
| 0.5 | 6磅 | 手榴彈爆炸 |
| 1.0 | 30磅 | 建築爆破 |
| 1.5 | 320磅 | 二戰期間常規炸彈 |
| 2.0 | 1噸 | 二戰期間常規炸彈 |
| 2.5 | 4.6噸 | 二戰期間的"Cookie" 巨型炸彈 |
| 3.0 | 29噸 | 2003年大型燃料空氣炸彈（MOAB） |
| 3.5 | 73噸 | 1986年前蘇聯車諾比核事故 |
| 4.0 | 1千噸 | 小型原子彈 |
| 4.5 | 0.51萬噸 | 常見的龍捲風 |
| 5.0 | 3.2萬噸 | 美國在二戰結束前在日本廣島、長崎投放的原子彈（投放後日本無條件投降） |
| 5.5 | 8萬噸 | 1992年美國內華達州Little Skull Mtn.地震 |
| 6.0 | 10萬噸 | 1994年美國內華達州Double Spring Flat地震 |
| 6.5 | 50萬噸 | 1994年Northridge地震 |
| 7.0 | 320萬噸 | 目前最大型的原子彈 (註：前蘇聯曾試爆5000萬噸級別的氫彈) |
| 7.5 | 1600萬噸 | 1992年美國加利福尼亞Landers地震 |
| 8.0 | 10億噸 | 1976年中國唐山大地震(7.8)、2008年中國汶川大地震(8.0-2008年5月18日修訂) |
| 8.5 | 50億噸 | 1964年美國阿拉斯加安克雷奇耶穌受難日地震 |
| 9.0 | 320億噸 | 2004年印度洋大地震（地震發生後引發了海嘯，即2004年南亞大海嘯） |
| 10.0 | 1兆噸 | 約相當於一個直徑約為100公里的石質隕石以秒速25公里撞擊地球時所產生的地震。 |
沒有「??級」這種稱法，而是有一位小數、不帶單位的數字，通常用 Mx.y 表示，或是直接說「規模x.y」。例如：「芮氏規模 6.4」「M7.0」「規模 5.6」
地震震度：
會因各地點與震央的距離、該地的地形、地質等因素不同，而有好多個。表示該地震在各地方造成的損害程度
為０～７的整數，後帶一個「級」字 (台灣原本只有０～６級，在九二一地震後才新增７級)。例如：「台北２級」「台中震度３級」「全台最大震度５級」
此外，各媒體都很喜歡報導地震「相當於OO顆原子彈的威力」.. 其實很簡單就可以計算：
log 能量 = 11.8 + 1.5 x 規模此次規模 7.8 的地震，放的能量為
log 能量 = 11.8 + 1.5 x 7.8一噸 TNT 炸藥爆炸的能量約為 4.61 x 1016 erg
log 能量 = 23.5
能量 = 1023.5 erg
廣島原子彈能量約相當於 12500 噸 TNT 炸藥 (稱「爆炸當量」)，能量為：5.76 x 1020 erg
則： 本次規模 7.8 地震釋放能量約為 549 顆廣島原子彈
註：(有時計算出來的「顆數」會不同，是因對爆炸當量的定義數字不同)
可是，不覺得原子彈跟太過遙遠，一般民眾不容易想像其威力嗎？何不改換成其他較易理解的「單位」呢？
步槍彈：
一枚65K2步槍用彈 (5.56x45 NATO) 的能量約為 1785 J，換算為 17,850,000,000 erg。則計算後此次地震的能量約等於 17,715,841,230,000 枚
四零榴彈：
一顆四零榴彈槍用彈 (40x46 mm 榴彈) 約有 40g TNT 裝藥，換算後能量為 1,673,600,000,000 erg。則計算後此次地震的能量約等於 188,950,625,000 顆
手榴彈：
一顆美製 mk3 手榴彈內裝有 8 oz 的 TNT，能量換算約為 9,489,152,380,400 erg。則計算後此次地震的能量約等於 33,325,185,780 顆
換算成軍事武器，似乎沒照顧到那些沒入伍過，甚至入伍過但卻沒碰過這些彈藥的人喔？用這個多數人童年時都玩過的東西吧：
一根水鴛鴦約有 1 g 的黑火藥，能量約為 4,437,500,000 erg。則計算後此次地震的能量約等於 71,262,595,160,000 根
嗯... 最近沒有童年的人似乎越來越多了，換算成這個好像又沒照顧到他們哩？而且管制越來越嚴，也不容易買到、買到也越來越沒地方可以放了... 那就換算成這個就算沒有童年的人，也應該親自接觸過；就算生活困苦或是與世俗隔離者，也應該會常在電視平面媒體上看到、各大媒體最喜歡的單位吧：
一份營養午餐約 700 KCal，換算後為 29,307,600,000,000 erg。則計算後此次地震的能量約等於 10,789,957,760 份營養午餐的能量
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震度階級表
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| 我國現用 | 日本氣象聽 | 新麥卡利 |
0 | 無感 | 地震儀有記錄,人體無感覺。 | 0 0.8gal以下 | 0 0.8gal以下 | 0 0.5gal以下 |
1 | 微震 | 人靜止時,或對地震敏感者可感到。 | 0.8~2.5gal | 0.8~2.5gal | |
0.5~1.0gal | |||||
2 | 輕震 | 門窗搖動,一般人均可感到。 | 2.5~8.0gal | 2.5~8.0gal | 1.0~2.1gal |
2.1~5.0gal | |||||
3 | 弱震 | 房屋搖動,懸物搖擺,靜止汽車明顯動搖。 | 8.0~25.0gal | 8.0~25.0gal | |
5.0~10gal | |||||
10~21gal | |||||
4 | 中震 | 房屋搖動甚烈,較重傢具移動,可能有輕微災害。 | 25~80gal | 25~80gal | |
5 | 強震 | 牆壁龜裂,招牌傾倒,設計不良之建築有相當的損害,大多數人因驚嚇而不安。 | 80~250gal | 80~250gal | 21~44gal |
44~94gal | |||||
94~202gal | |||||
6 | 烈震 | 房屋倒塌,山崩地裂,地面顯著裂開,地下導管破裂,建築基礎破壞。 | 250gal以上 | 250~400gal 烈震 | |
202~432gal | |||||
432gal以上 | |||||
400agl以上 激震 |
震度與加速度的關係，可以心理學家韋伯-費科納法則來解釋：即刺激的程度（加速度,αI，單位為公分/秒2）成等比級數增加時，感覺的程度（震度，I）將以等差級數增加。中央氣象局現在所採用的震度階級，與加速度的關係式如下： |
等震度線 | ||
| 一 般而言，距離震央愈近，震度愈大，其破壞力也愈強。因此，對於同一個地震，由於觀測的地區不同，震度也不同。如果由一個已知的地震，將震度相同的地區以曲 線相連。則曲線稱為等震度線。因為各地地質結構性質不同，所以即使與真央同等距離的地區，其震度並不相等，故等震度線並不會為完整的圓形，可能成不規則形 狀。 | ||
我們從等震度線的分布圖可以估計地震災害的情形（圖三）。 |
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另外，當震度自最大值向外迅速遞減時，則震源較淺；反之，若震度自最大值緩慢向外遞減，則震源較深。也就是說，震源較淺，則等震度線分布較密；震源較深，則等震度線分布較疏。 |
Richter magnitude scale
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The Richter magnitude scale, or more correctly local magnitude ML scale, assigns a single number to quantify the amount of seismic energy released by an earthquake. It is a base-10 logarithmic scale obtained by calculating the logarithm of the combined horizontal amplitude of the largest displacement from zero on a Wood–Anderson torsion seismometer output. So, for example, an earthquake that measures 5.0 on the Richter scale has a shaking amplitude 10 times larger than one that measures 4.0. The effective limit of measurement for local magnitude is about ML = 6.8.
The energy release of an earthquake, which equates to its destructive power, scales with the 3⁄2 power of the shaking amplitude. Thus, a difference in magnitude of 1.0 is equivalent to a factor of 31.6 ((101.0)(3 / 2)) in the energy released; a difference of magnitude of 2.0 is equivalent to a factor of 1000 ((102.0)(3 / 2) ) in the energy released.Development
Developed in 1935 by Charles Richter in partnership with Beno Gutenberg, both of the California Institute of Technology, the scale was originally intended to be used only in a particular study area in California, and on seismograms recorded on a particular instrument, the Wood-Anderson torsion seismometer. (Many scientists and historians feel it should be known as the Richter–Gutenberg scale, and Richter himself never attached his name to it, calling it the "earthquake magnitude scale".) Richter originally reported values to the nearest quarter of a unit, but decimal numbers were used later. His motivation for creating the local magnitude scale was to separate the vastly larger number of smaller earthquakes from the few larger earthquakes observed in California at the time.
His inspiration was the apparent magnitude scale used in astronomy to describe the brightness of stars and other celestial objects. Richter arbitrarily chose a magnitude 0 event to be an earthquake that would show a maximum combined horizontal displacement of one micrometre on a seismograph recorded using a Wood-Anderson torsion seismometer 100 kilometres (62 mi) from the earthquake epicenter. This choice was intended to prevent negative magnitudes from being assigned. However, the Richter scale has no upper or lower limit, and sensitive modern seismographs now routinely record quakes with negative magnitudes.
Because of the limitations of the Wood-Anderson torsion seismometer used to develop the scale, the original ML cannot be calculated for events larger than about 6.8. Investigators have proposed extensions to the local magnitude scale, the most popular being the surface wave magnitude mS and the body wave magnitude mb. These traditional magnitude scales have largely been superseded by the implementation of methods for estimating the seismic moment and its associated moment magnitude scale.
Richter magnitudes
The Richter magnitude of an earthquake is determined from the logarithm of the amplitude of waves recorded by seismographs (adjustments are included to compensate for the variation in the distance between the various seismographs and the epicenter of the earthquake). Because of the logarithmic basis of the scale, each whole number increase in magnitude represents a tenfold increase in measured amplitude; in terms of energy, each whole number increase corresponds to an increase of about 31.6 times the amount of energy released.
Events with magnitudes of about 4.6 or greater are strong enough to be recorded by any of the seismographs in the world, given that the seismograph's sensors are not located in an earthquake's shadow.
The following describes the typical effects of earthquakes of various magnitudes near the epicenter. This table should be taken with extreme caution, since intensity and thus ground effects depend not only on the magnitude, but also on the distance to the epicenter, the depth of the earthquake's focus beneath the epicenter, and geological conditions (certain terrains can amplify seismic signals).
| Richter Magnitudes | Description | Earthquake Effects | Frequency of Occurrence |
|---|---|---|---|
| Less than 2.0 | Micro | Microearthquakes, not felt. | About 8,000 per day |
| 2.0-2.9 | Minor | Generally not felt, but recorded. | About 1,000 per day |
| 3.0-3.9 | Minor | Often felt, but rarely causes damage. | 49,000 per year (est.) |
| 4.0-4.9 | Light | Noticeable shaking of indoor items, rattling noises. Significant damage unlikely. | 6,200 per year (est.) |
| 5.0-5.9 | Moderate | Can cause major damage to poorly constructed buildings over small regions. At most slight damage to well-designed buildings. | 800 per year |
| 6.0-6.9 | Strong | Can be destructive in areas up to about 160 kilometres (100 mi) across in populated areas. | 120 per year |
| 7.0-7.9 | Major | Can cause serious damage over larger areas. | 18 per year |
| 8.0-8.9 | Great | Can cause serious damage in areas several hundred miles across. | 1 per year |
| 9.0-9.9 | Great | Devastating in areas several thousand miles across. | 1 per 20 years |
| 10.0+ | Epic | Never recorded; see below for equivalent seismic energy yield. | Extremely rare (Unknown) |
(Based on U.S. Geological Survey documents.)
Great earthquakes occur once a year, on average. The largest recorded earthquake was the Great Chilean Earthquake of May 22, 1960 which had a magnitude (MW) of 9.5.
The following table lists the approximate energy equivalents in terms of TNT explosive force though note that the energy here is that of the underground energy release (ie a small atomic bomb blast will not simply cause light shaking of indoor items) rather than the overground energy release; the majority of energy transmission of an earthquake is not transmitted to and through the surface, but is instead dissipated into the crust and other subsurface structures.
| Richter Approximate Magnitude | Approximate TNT for Seismic Energy Yield | Joule equivalent | Example |
|---|---|---|---|
| 0.5 | 5.6 kg (12.4 lb) | 23.5 MJ | Large Hand grenade |
| 1.0 | 32 kg (70 lb) | 134.4 MJ | Construction site blast |
| 1.5 | 178 kg (392 lb) | 747.6 MJ | WWII conventional bombs |
| 2.0 | 1 metric ton | 4.2 GJ | Late WWII conventional bombs |
| 2.5 | 5.6 metric tons | 23.5 GJ | WWII blockbuster bomb |
| 3.0 | 32 metric tons | 134.4 GJ | Massive Ordnance Air Blast bomb |
| 3.5 | 178 metric tons | 747.6 GJ | Chernobyl nuclear disaster, 1986 |
| 4.0 | 1 kiloton | 4.2 TJ | Small atomic bomb |
| 5.0 | 32 kiloton | 134.4 TJ | Nagasaki atomic bomb (actual seismic yield was negligible since it detonated in the atmosphere) Lincolnshire earthquake (UK), 2008 |
| 5.5 | 178 kilotons | 747.6 TJ | Little Skull Mtn. earthquake (NV, USA), 1992 Alum Rock earthquake (CA, USA), 2007 |
| 6.0 | 1 megaton | 4.2 PJ | Double Spring Flat earthquake (NV, USA), 1994 |
| 6.7 | 5.6 megatons | 23.5 PJ | Northridge earthquake (CA, USA), 1994 |
| 6.9 | San Francisco Bay Area earthquake (CA, USA), 1989 | ||
| 7.1 | 50 megatons | 210 PJ | Tsar Bomba, largest thermonuclear weapon ever tested (magnitude seen on seismographs reduced because it detonated 4 km in the atmosphere.) |
| 7.5 | 178 megatons | 747.6 PJ | Kashmir earthquake (Pakistan), 2005 Antofagasta earthquake (Chile), 2007 |
| 7.8 | 600 megatons | 2.4 EJ | Tangshan earthquake (China), 1976 |
| 8.0 | 1 gigaton | 4.2 EJ | Toba eruption 75,000 years ago; which, according to the Toba catastrophe theory, affected modern human evolution San Francisco earthquake (CA, USA), 1906 México City earthquake (Mexico), 1985 Gujarat earthquake (India), 2001 Chincha Alta earthquake (Peru), 2007 Sumatra earthquake (Indonesia), 2007 Sichuan earthquake (China), 2008 (initial estimate: 7.8) |
| 9.2 | 31.6 gigatons | 134.4 EJ | Anchorage earthquake (AK, USA), 1964 |
| 9.3 | 114 gigatons | 477 EJ | Indian Ocean earthquake, 2004 (40 ZJ in this case) |
| 9.5 | 178 gigatons | 747.6 EJ | Valdivia earthquake (Chile), 1960 (251 ZJ in this case) |
| 10.0 | 1 teraton | 4.2 ZJ | Estimate for a 2 km (~1.2 mi) rocky meteorite impacting at 25 km/s (~55,000 mph) |
