Projekt okładki i stron tytułowych Joanna Gwis

Ilustracja na okładce

Digital Vision, thetaXstock, APN, NOAA

Redaktor inicjujący Krzysztof Kossobudzki

Redaktor Barbara Nowak

Ryciny wykonała Monika Krzeczyńska

Podręcznik akademicki dotowany przez Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Państwowy Instytut Geologiczny

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Warszawa 2007

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2007 r., (wyd. I)

Warszawa 2019

ISBN 978-83-01-20652-9

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321, faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl

www.pwn.pl

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN: mobisfera.pl

  Wstęp

Istnieje wiele definicji oraz klasyfikacji zagrożeń i katastrof przyrodniczych. Na ogół są one określane jako wydarzenia skoncentrowane w czasie i przestrzeni, podczas których giną ludzie (w skrajnych przypadkach nawet kilkaset tysięcy osób), a straty materialne bywają ogromne. Niektóre z nich jednak wykraczają poza ramy lokalne i obejmują swym oddziaływaniem cały glob. Ich przebieg jest zróżnicowany – od zjawisk nagłych, gwałtownych do powolnych. Niektóre katastrofy można przewidzieć, inne są zupełnie nieoczekiwane. Są katastrofy spowodowane czynnikami naturalnymi i takie, które powstały wskutek działalności człowieka. Stopień ich natężenia i niszczące skutki określa się z reguły liczbą ofiar śmiertelnych i osób dotkniętych żywiołem, ale też i szacunkiem ekonomicznym spowodowanych przez nie strat materialnych.

Jedna z klasyfikacji zagrożeń, przedstawiona przez C. Barreta i innych w 1991 r., dzieli je na pięć głównych grup:

geologiczne (trzęsienia ziemi, wulkanizm, ruchy masowe, tsunami, erozja);

hydrologiczne (powodzie, pustynnienie, lawiny itp.);

oceanograficzne (powodzie w strefie przybrzeżnej, zmiany poziomu morza, zanieczyszczenia akwenów itp.);

meteorologiczne (sztormy, cyklony, zawieje śnieżne itp.);

związane z pokrywą wegetacyjną (pożary, susze, upustynnienie, szarańcza).

Podział ten nie jest jednak doskonały, gdyż zagrożenia, zaliczane do poszczególnych grup (np. meteorologicznej, wegetacyjnej czy hydrologicznej), często się zazębiają. Klasyfikacja ta nie obejmuje też zagrożeń natury kosmicznej.

Najbardziej interesującą nas grupę zagrożeń przyrodniczych – geozagrożeń, można podzielić dalej na związane z czynnikami egzogenicznymi (ruchy masowe, erozja, cyrkulacja atmosfery) oraz z czynnikami endogenicznymi (trzęsienia ziemi, wulkanizm). Bardzo często mamy jednak do czynienia ze zjawiskami złożonymi, co niestety utrudnia ich przewidywanie, np. znane są przypadki powstawania osuwisk na szeroką skalę w związku ze wstrząsami sejsmicznymi.

Katastrofy przyrodnicze – powodzie, huragany, trzęsienia ziemi, erupcje wulkaniczne, osuwiska, czy wreszcie uderzenia ciał kosmicznych, są przyczyną wielu tragedii. Według statystyk między latami 1947 a 1967 w katastrofach przyrodniczych zginęło około 450 tys. ludzi. W jednym tylko trzęsieniu ziemi w Indiach 4 kwietnia 1905 r. zginęło ponad 50 tys. osób. To znacznie więcej ofiar niż w trakcie wielu konfliktów wojennych łącznie, pomijając wojny światowe. Na szczęście, dzięki położeniu geograficznemu i warunkom geologicznym Polska nie figuruje na listach największych katastrof przyrodniczych, które wydarzyły się na świecie w XX wieku.

Do niedawna Polska była uważana za kraj niemal pozbawiony zagrożeń naturalnych. W istocie, nasz kraj wyróżnia się pod tym względem pozytywnie wśród krajów Europy, zwłaszcza Europy Południowej, nie wspominając już o krajach pozaeuropejskich, gdzie według statystyk następuje około 90% wszystkich katastrof naturalnych na Ziemi.

Nie znaczy to, że w naszym kraju nie zdarzały się żadne nieszczęścia. Źródła historyczne donoszą o trzęsieniach ziemi, które następowały na Podhalu i w innych rejonach południowej i południowo-zachodniej Polski (ostatnie większe przejawy tych zjawisk odnotowano w XVIII w.), choć przekazy historyczne mówią też o wstrząsach sejsmicznych w północnej Polsce, a nawet o dużych falach na Bałtyku. Dość częste były również powodzie, także na naszych głównych rzekach Wiśle i Odrze. Choć liczba ofiar była niewielka (dziesiątki lub setki), powodowały one jednak i powodują nadal znaczące straty materialne, a niekiedy nawet wstrząsy polityczne.

Przełomowe dla uświadomienia społeczeństwu skutków zagrożeń naturalnych było lato 1997 r. Katastrofalna powódź na Odrze i jej dopływach latem tego roku spowodowała duże straty materialne i pochłonęła kilkadziesiąt ofiar. Pod wodą znalazły się duże obszary przygraniczne Czech, Niemiec i Polski. Zalane zostały m.in. duże dzielnice Opola i Wrocławia.

Wkrótce potem „ruszyły Karpaty”. Na niespotykaną wcześniej skalę uaktywniły się tam bądź powstały nowe osuwiska. I tutaj zanotowano ofiary śmiertelne, a wiele gospodarstw i domów, stanowiących dorobek wielu pokoleń, przepadło bezpowrotnie. Zniszczone zostały również drogi i mosty. Rychło okazało się, że do tej pory niemal nigdy przed przystąpieniem do budowy nowych domów lub planowaniu inwestycji nie zasięgano, niestety, opinii geologów na temat możliwości powstawania osuwisk. Zagrożenie osuwiskami w Karpatach jest znaczne i nie maleje, co można łatwo zaobserwować, zwłaszcza na wiosnę, po śnieżnych zimach oraz po intensywnych opadach.

Zamiarem autorów było uświadomienie Czytelnikowi skali zagrożeń przyrodniczych, zarówno tych, które na naszych ziemiach występują tylko sporadycznie, jak i tych, których obecność odczuwamy na co dzień. Jedna katastrofa przyrodnicza pobudza z reguły następną (ryc. 1). Trzęsienie ziemi często wywołuje katastrofalne osuwiska czy fale tsunami. Huragan może być przyczyną powodzi, a towarzyszące mu ulewne deszcze – spływów kamienno-błotnych.

Czytelnik będzie mógł zapoznać się z regionalnymi i globalnymi zagrożeniami i katastrofami przyrodniczymi, które powodują, że oblicze naszej planety nigdy nie jest spokojne. Będzie takie dopóty, dopóki nasza planeta będzie „żyła”. Życie to warunkowane jest w największym stopniu wewnętrznym ciepłem Ziemi. Gdy go zabraknie, zniknie motor wprowadzający w ruch poszczególne sfery Ziemi, który w skrajnych przypadkach rodzi katastrofy przyrodnicze. Katastrofy, o których w ostatnich latach coraz obszerniej donoszą środki masowego przekazu. Katastrofy, którymi mieszkaniec Ziemi jest straszony w sposób mniej lub bardziej (rzadziej) rozsądny.

Ustrzec się katastrof przyrodniczych nie sposób, ale można poznać ich naturę, aby łagodzić ich skutki. Temu właśnie poświęcona jest niniejsza książka. Autorzy chcieli, by Czytelnik znalazł w niej nie tylko opisy i przyczyny zjawisk, ale i możliwości przeciwdziałania im, niekiedy też przewidywania, minimalizowania ryzyka i strat materialnych.

Ryc. 1. Relacje między kategoriami katastrof geologicznych

Książka jest przeznaczona dla szerokiego kręgu odbiorców: dla studentów i uczniów, dla nauczycieli i wykładowców, dla urzędników rządowych i samorządowych, dla wszystkich interesujących się zmiennym obliczem naszej planety i zachodzącymi na niej gwałtownymi zjawiskami. Rozkład akcentów, dobór przykładów jest tu oczywiście subiektywny, choć autorzy starali się zachować obiektywizm i prezentację katastrof przyrodniczych w różnych miejscach naszego globu. Czytelnik nie znajdzie tu sensacji, lecz chłodne przedstawienie najważniejszych zagrożeń przyrodniczych, które w przeszłości Ziemi potrafiły w sposób gwałtowny i katastrofalny zmieniać jej oblicze, prowadząc przede wszystkim do spustoszenia w obrębie biosfery.

Świat skurczył się obecnie do niewielkich rozmiarów dzięki rozwiniętej i szybkiej komunikacji. Polski czytelnik może teraz znaleźć się w obliczu każdego z zagrożeń, każdej z katastrof opisywanych w książce. Byłoby więc ze wszech miar wskazane, gdyby poszerzył swą wiedzę w tym zakresie. Wszak gdyby edukacja turystów i mieszkańców była właściwa, fale tsunami w basenie Oceanu Indyjskiego w 2003 r. nie pochłonęłyby tak wielu ofiar.

Autorzy będą wdzięczni Czytelnikom za wszelkie uwagi na temat książki i poruszanych w niej zagadnień.

Miłym obowiązkiem autorów jest podziękować Panu redaktorowi Krzysztofowi Kossobudzkiemu z Redakcji Matematyczno-Przyrodniczej PWN za pomoc, jaką okazywał w trakcie powstawania książki, szczególnie zaś za pomoc przy doborze materiału ilustracyjnego. Serdeczne podziękowania autorzy składają również Pani redaktor Barbarze Nowak, która nadała książce ostateczny kształt, a także Pani Monice Krzeczyńskiej za wykonanie ilustracji.

Marek Graniczny
Włodzimierz Mizerski

Warszawa, marzec 2007 r

1 Trzęsienia ziemi

Wieże i gmachy waliły się na ziemię, rzeki powystępowały z łożysk, a ludzie nagłym strachem zdjęci od zmysłów i rozumu odchodzili.

Ten opis silnego trzęsienia ziemi nie pochodzi z Kalifornii, Japonii, Indonezji, czy Chile. Tak Jan Długosz opisywał silne trzęsienie ziemi na południu Polski w 1443 r. Jego epicentrum znajdowało się w Sudetach i wyrządziło znaczne szkody we Wrocławiu, Brzegu i w Krakowie. W kronikach odnotowano:

Roku 1443, 5 czerwca po południu stało się wielkie drżenie ziemi w pośród strasznych grzmotów tak, że w mieście Krakowie wszystkie mury od trzęsienia jakby zwalić się miały i straszny sprawiały łoskot, a w wielu miejscach na murach i sklepieniach pokazały się niemałe szpary i pęknięcia, leciały cegły i kamienie.

Ten przykład, wcale nie jedyny w historii Polski, a także nie tak dawne wstrząsy na Warmii i Mazurach (21 IX 2004) oraz na Podhalu (30 XI 2004) świadczą o tym, że trzęsienia ziemi są katastrofami przyrodniczymi, które mogą dotknąć każdego z nas, a w nieprzygotowanym na wstrząs rejonie spowodować wielkie szkody.

Trzęsienie ziemi – to naturalny, krótkotrwały wstrząs ośrodka skalnego pochodzący z głębi Ziemi i rozchodzący się w postaci fal sejsmicznych po jej powierzchni i we wnętrzu. Kiedy ośrodek skalny poddawany jest ciśnieniu, naprężenia nim wywołane kumulują się do pewnego momentu i skały mogą się odkształcać plastycznie. Po przekroczeniu wartości krytycznej, uzależnionej od rodzaju ośrodka (w tym przypadku skały), następuje przekroczenie wytrzymałości i przerwanie ośrodka, czemu często towarzyszy przemieszczenie w kierunku uzależnionym od panującego układu naprężeń (ryc. 2). To rodzi fale sejsmiczne. Można to uzmysłowić sobie, wykonując następujące doświadczenie. Do ciężkiego przedmiotu leżącego na szorstkiej powierzchni należy przyczepić sprężynę, a następnie rozciągać ją w kierunku równoległym do powierzchni. Zauważymy, że sprężyna będzie rozciągać się do pewnego momentu (momentu, w którym siła rozciągająca sprężynę przekroczy wielkość oporu przedmiotu uzależnionego od jego ciężaru), w którym przedmiot przesunie się po powierzchni, a sprężyna wróci do swego pierwotnego stanu (ryc. 3).

Ryc. 2. Trzęsienie ziemi następuje przy przerwaniu ciągłości ośrodka

Geneza trzęsień ziemi

Pod względem genezy naturalne trzęsienia ziemi dzielą się na:

Wulkaniczne trzęsienia ziemi są związane z gwałtowną erupcją wulkanów eksplozywnych lub też z przemieszczaniem się magmy w skorupie ziemskiej. Czasem wstrząsy mogą być związane z zapadaniem się stropów opróżnionych komór magmowych. Wulkaniczne trzęsienia ziemi są na ogół słabe. Jednak przy bardzo silnych erupcjach mogą być odczuwane bardzo daleko. Jako przykład można podać wstrząsy związane z erupcją wulkanu Krakatau w 1883 r., które były odczuwalne w promieniu ponad 2000 km, a wstrząs spowodowany wybuchem wulkanu Sakurajama w Japonii w 1914 r. zarejestrowano w Europie. Wstrząsy o genezie wulkanicznej stanowią ok. 7% wszystkich trzęsień ziemi.

Ryc. 3. Naprężenia powoli kumulują się w skorupie ziemskiej, gdy ich wielkość zostanie przekroczona następuje wstrząs

Zapadowe trzęsienia ziemi wiążą się z zapadaniem stropów nad pustkami w przypowierzchniowej strefie skorupy ziemskiej, np. zapadanie się stropów jaskiń, stropów pustek powstałych wskutek wymywania pod powierzchnią ziemi osadów węglanowych, gipsowych i solnych. Trzęsienia ziemi tego typu są związane najczęściej z obszarami krasowymi. Wstrząsy są na ogół słabe i obejmują najwyżej 3% wszystkich trzęsień ziemi. Spowodowane przez nie szkody są na ogół niewielkie. Mają też bardzo ograniczony zasięg oddziaływania. Do zapadowych trzęsień ziemi zalicza się również tąpnięcia – wstrząsy wywołane zapadaniem się wyrobisk górniczych. Gdy kopalnie znajdują się pod obszarami zabudowanymi, a sieć chodników jest gęsta, tąpnięcia mogą poczynić znaczne szkody. W Polsce tąpnięcia zdarzają się na Górnym Śląsku, a także na Dolnym Śląsku, w rejonach eksploatacji złóż węgla kamiennego oraz miedzi.

Tektoniczne trzęsienia ziemi są najczęstsze i najgroźniejsze w skutkach. Stanowią one około 90% wszystkich trzęsień na kuli ziemskiej. Przyczyną tektonicznych trzęsień ziemi jest gwałtowne przemieszczenie się mas skalnych w skorupie ziemskiej lub górnym płaszczu Ziemi, wywołane rozładowaniem nagromadzonych naprężeń. W skorupie ziemskiej i w górnym płaszczu istnieją strefy szczególnie podatne na kumulację naprężeń. Naprężenia te mogą gromadzić się tylko do pewnej krytycznej wielkości, po której przekroczeniu nastąpi gwałtowne rozładowanie nagromadzonej energii w postaci wstrząsów sejsmicznych. Obecność tych stref jest uwarunkowana najczęściej procesami zachodzącymi w górnym płaszczu Ziemi.

Oprócz trzęsień ziemi wywołanych przyczynami naturalnymi wyróżnia się też technogeniczne trzęsienia ziemi spowodowane działalnością człowieka, np. wydobywaniem kopalin, eksploatacją wód podziemnych, budową dużych obiektów inżynierskich – zapór wodnych, wysokościowców i in. Na przykład, najwyższy wieżowiec świata (508 m) o masie 700 tys. ton wywiera na podłoże ciśnienie 4,7 MPa. W latach 1997–2003 zanotowano wiele wstrząsów, których źródło znajdowało się bezpośrednio pod fundamentami tego budynku. Trzęsienia ziemi są też obserwowane przy wypełnianiu sztucznych zbiorników wodnych. Podniesienie poziomu wody (czasem ponad 100 m) powoduje wzrost ciśnienia wody w skałach pod dnem zbiornika. Częste wstrząsy obserwowano m.in. w rejonie zapory Hoover Dam (Stany Zjednoczone) i wielkiej zapory w Asuanie (Egipt).

Elementy trzęsienia ziemi

Miejsce pod powierzchnią ziemi, z którego rozchodzą się fale sejsmiczne, nazywamy ogniskiem trzęsienia ziemi lub hipocentrum (ryc. 4). Z ogniska fale sejsmiczne rozchodzą się na wszystkie strony, a te, które dochodzą do powierzchni, objawiają się (jeśli są wystarczająco silne) jako krótkie wstrząsy. Najszybciej fale sejsmiczne docierają do punktu na powierzchni ziemi znajdującego się nad ogniskiem. Tam też wstrząs sejsmiczny jest najsilniejszy. Punkt ten nazywany jest ośrodkiem trzęsienia ziemi lub epicentrum.

Obszar leżący wokół epicentrum, na którym wstrząsy są najsilniejsze, to obszar epicentralny. W zależności od wielkości trzęsienia ziemi obszar epicentralny może mieć różną powierzchnię i różny kształt. Obszar epicentralny trzęsienia ziemi, które 29 maja 1960 r. zniszczyło całkowicie miasto Conception w Chile, objął obszar ponad 200 tys. km², a strefa nadbrzeżna o powierzchni ok. 10 tys. km², obniżyła się pod powierzchnię oceanu i została przykryta dwumetrową warstwą wody. Obszar epicentralny trzęsienia ziemi w San Francisco 18 kwietnia 1906 r. był silnie wydłużony i ciągnął się na długości niemal 1000 km. Było to spowodowane tym, że przemieszczenie mas skalnych, które wywołało trzęsienie, nastąpiło na długim odcinku uskoku San Andreas w Kalifornii, którego skrzydła od kilku milionów lat przemieszczają się poziomo. W czasie tego wstrząsu oba skrzydła przesunęły się poziomo względem siebie aż 6 m. Obszar epicentralny trzęsienia ziemi 18 grudnia 1988 r. w Armenii miał również wydłużony kształt. Wstrząsy w tym przypadku nastąpiły w wyniku poziomego przemieszczenia skał wzdłuż uskoku. Jeśli przemieszczenie warstw skalnych w głębi Ziemi nastąpiło w obrębie niewielkiej przestrzeni, wówczas obszar epicentralny ma kształt bardziej zwarty.

Ryc. 4. Elementy trzęsienia ziemi

W zależności od siły wstrząsu wokół epicentrum wyróżnia się obszar makrosejsmiczny, gdzie trzęsienie ziemi jest odczuwalne przez człowieka, i obszar mikrosejsmiczny (leżący na zewnątrz obszaru makrosejsmicznego), na którym wstrząsy rejestrowane są tylko przez przyrządy.

Fale sejsmiczne

Energia wyzwolona w wyniku trzęsienia ziemi przemieszcza się w głębi Ziemi i na jej powierzchni w postaci fal sejsmicznych różnego typu. Wyróżnia się dwa rodzaje fal sejsmicznych – fale przestrzenne i fale powierzchniowe.

Fale przestrzenne rozchodzą się od ogniska trzęsienia ziemi tylko w obrębie Ziemi we wszystkich kierunkach. Są to drgania ośrodka skalnego, które mogą przemieszczać cząsteczki ośrodka w kierunku podłużnym lub poprzecznym do kierunku rozchodzenia się fali. Wyróżnia się zatem dwa rodzaje fal przestrzennych (ryc. 5):

Fale podłużne (P) – ich ruch polega na zmianie objętości. Rozchodzą się one w ciałach stałych, cieczach oraz gazach. W czasie ruchu fali następuje proces okresowego zagęszczania i rozrzedzania cząsteczek ośrodka w kierunku rozchodzenia się fali. Z tego powodu fale te zwane są również falami kompresyjnymi, dylatacyjnymi lub zgęszczeniowo-rozrzedzeniowymi. Fale podłużne mają największą prędkość i jako pierwsze docierają do epicentrum, stąd też ich angielska nazwa primary waves (P).

Fale poprzeczne (S) – są wynikiem przenoszenia się kształtu cząsteczek ośrodka, a ich ruch następuje w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się drgań. Fale te rozchodzą się wyłącznie w ciałach stałych. Do epicentrum docierają po falach podłużnych, stąd ich nazwa secondary waves (S).

W momencie dotarcia do powierzchni ziemi fal przestrzennych powstają fale powierzchniowe (L), rozchodzące się na granicy dwóch ośrodków, a zwłaszcza na powierzchni ziemi. To one przede wszystkim są odpowiedzialne za zniszczenia, jakie powstają w trakcie trzęsienia ziemi, gdyż cząsteczki gruntu poruszają się w sposób mniej uporządkowany niż fale powierzchniowe.

Ryc. 5. Fale podłużne i poprzeczne

Wyróżnia się dwa rodzaje fal powierzchniowych: fale Rayleigha i fale Love’a (ryc. 6):

Fale Rayleigha (ich nazwa pochodzi od nazwiska Lorda Rayleigha, który w 1885 r., czysto teoretycznie, przewidział istnienie tego typu fal) są falami typu grawitacyjnego, tzn. drgają tak, jak powierzchnia wody, do której wrzucono kamień. Cząsteczki skalne poruszają się po elipsie pionowo ustawionej do kierunku rozchodzenia się fali. Większość wstrząsów odczuwanych w czasie trzęsienia ziemi wywołana jest właśnie przez te fale.

Fale Love’a (nazwane na cześć brytyjskiego matematyka, A.E.H. Love’a, który w 1911 r. opracował matematyczny model tego rodzaju fal) polegają na drganiach poziomych i prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali. Fale te poruszają się wolno, ale to one powodują większość zniszczeń w trakcie trzęsienia ziemi.

Ryc. 6. Fale powierzchniowe

Rejestracja trzęsień ziemi

Rejestracji drgań sejsmicznych na powierzchni Ziemi dokonuje się za pomocą urządzeń, zwanych sejsmografami. Drgania przestrzenne dochodzące do sejsmografu są rejestrowane jako składowe drgań w trzech kierunkach do siebie prostopadłych:

Składowa pionowa – Z,

Składowa pozioma o kierunku północ–południe (N–S),

Składowa pozioma o kierunku wschód–zachód (E–W).

Sejsmografy są zbudowane na zasadzie wahadła pionowego lub poziomego (ryc. 7). Wahadła są zaopatrzone w urządzenia rejestrujące, które wykonują wykres (noszący nazwę sejsmogramu), będący obrazem drgań fal sejsmicznych. Sejsmogram jest zygzakowatą linią, ilustrującą amplitudę oscylacji gruntu, na którym usytuowany jest sejsmograf.

Rejestracji trzęsień ziemi dokonuje się w specjalnie wyposażonych stacjach sejsmologicznych. Zwykle stacja sejsmiczna składa się z sejsmografu pionowego, dwóch sejsmografów poziomych (N–S i E–W) oraz urządzenia do notowania znaków czasu, połączonego z dokładnym zegarem. Pierwotnie zapis trzęsienia ziemi był zapisem mechanicznym. Wykres był wykreślany przez rysik na obracającym się walcu (ryc. 8). Współczesne sejsmografy przekazują dane do komputera, który następnie przedstawia je w formie graficznej.

Ryc. 7. Dwa rodzaje sejsmografów

Ryc. 8. Sejsmografy i sejsmogramy

Najstarsze urządzenia informujące o trzęsieniu ziemi pochodzą z początku naszej ery z Chin. Był to dzban z ośmioma głowami smoków dookoła, trzymających w paszczach kule. Pod paszczami smoków, u podstawy dzbana (wazy) znajdowały się figury żab z szeroko otwartymi ustami. Przechylenie się dzbana powodowało uwolnienie kulki z paszczy smoka, która wpadała wprost w usta żaby. Z usytuowania smoka, z którego paszczy wypadła kula, można było wnioskować, skąd nadszedł wstrząs. Urządzenie to, zwane sejsmoskopem, było udanie naśladowane przez inne cywilizacje zamieszkujące obszary nawiedzane przez trzęsienia ziemi.

Siła trzęsień ziemi

Do określenia siły trzęsienia ziemi stosowane były najpierw wrażenia zmysłowe oraz skutki mechaniczne i zniszczenia spowodowane przez wstrząsy. Później zaczęto się posługiwać pomiarami sejsmologicznymi. Dzisiaj stosuje się dwie skale służące do określenia siły trzęsienia ziemi. Jest to skala intensywności oraz skala wielkości.

W celu określenia intensywności trzęsienia ziemi używa się 12-stopniowej skali Mercallego–Cancaniego–Sieberga (lub krócej – skali Mercallego), podzielonej według wielkości przyspieszenia. Skala ta została stworzona w 1902 r. przez włoskiego naukowca, Giuseppe Mercallego, i na początku przewidywała tylko dziesięć stopni. W 1903 r. włoski fizyk, Adolfo Cancani, uzupełnił klasyfikację Mercallego, a ostatecznych poprawek dokonał Sieberg, który dołożył do skali jeszcze dwa stopnie. Od 1912 r. skala ta nazywana jest skalą Mercallego–Cancaniego–Sieberga. Trzęsienie ziemi jest tym silniejsze, im większe jest jego przyspieszenie (tzn. im mniejszy jest okres drgań w stosunku do ich amplitudy). Trzeci stopień skali oznacza np. przyspieszenie do 1 cm/s², dwunasty zaś – 1000 cm/s². Skala ta jest matematyczną modyfikacją starszej skali, opartej głównie na ocenie szkód wyrządzonych przez trzęsienie:

I – drgania rejestrowane przez instrumenty; maksymalne przyspieszenie do 
0,25 m/s².

II – wstrząsy odczuwają osoby na wyższych piętrach.

III – wstrząsy odczuwane we wnętrzach budynków; kołyszą się wiszące przedmioty; maksymalne przyspieszenie do 1 cm/s².

IV – dzwonią naczynia, chwieją się drzewa, kołyszą się stojące samochody.

V – kołyszą się skrzydła drzwi, płyny wylewają się ze szklanek, wstrząsy budzą śpiących; maksymalne przyspieszenie do 5 cm/s².

VI – pękają szyby w oknach, lustra i obrazy spadają ze ścian, ludzie mają trudności z chodzeniem.

VII – odpadają tynki, cegły, dachówki, dzwonią dzwony, zawalają się sufity, trzęsą się drzewa i krzaki, trudno utrzymać się na nogach; maksymalne przyspieszenie do 25 cm/s².

VIII – walą się kominy, pękają konary i pnie drzew, w gruncie tworzą się szczeliny.

IX – uszkodzeniu ulegają fundamenty domów, na powierzchnię ziemi wydobywa się woda i błoto, tworzą się szczeliny w gruncie i osuwiska, ludzi ogarnia panika; największe przyspieszenie do 100 cm/s².

X – większość budynków leży w gruzach, tworzą się wielkie osuwiska, wody w rzekach występują z brzegów.

XI – pękają szosy i linie kolejowe, w gruncie powstają szerokie szczeliny.

XII – katastrofalne zniszczenia, uszkodzenia budynków aż do fundamentów, powierzchnia ziemi faluje, rzeki zmieniają koryta; maksymalne przyspieszenie do 1000 cm/s².

Do ściślejszej oceny siły trzęsienia ziemi używa się skali wielkości (magnitudy), opracowanej przez amerykańskiego sejsmologa, Charlesa F. Richtera, w 1935 r. Podstawą skali jest logarytm amplitudy największego poziomego odchylenia (mierzonego w mikrometrach) zapisanego przez sejsmograf w odległości 100 km od epicentrum wstrząsu. Jest to skala otwarta, co oznacza, że nie ma określonej górnej granicy wielkości trzęsienia ziemi. W tej skali każdy następny stopień oznacza trzęsienie ziemi o magnitudzie dziesięciokrotnie wyższej od stopnia wyższego i o energii 60 razy większej od energii trzęsienia o stopień niższego.