trzęsienie ziemi

x60TRZĘSIENIA ZIEMI
Trzęsienie Ziemi jest to naturalne krótkie i gwałtowne zaburzenie stanu równowagi we wnętrzu
Ziemi. Towarzyszą mu nieodwracalne deformacje ośrodków oraz wydzielanie się dużych ilości
energii, częściowo emitowanej w postaci fal sejsmicznych.
Skorupa ziemska zbudowana jest z licznych płyt Według przyjętego obecnie modelu proces
trzesienia ziemi, wywoływany jest osiągnięciem krytycznych wartości naprężeń w skorupie
ziemskiej. Związany jest ze zniszczeniem materiału i naruszeniem ciągłości ośrodków wzdłuż
pewnych powierzchni, które charakteryzuje obniżona wytrzymałość. Powierzchnie te są często
zlokalizowane w obrębie uskoków. Miejsce (traktowane jako punkt), w którym zainicjowane
jest trzesienie ziemi i z którego są najwcześniej emitowane fale sejsmiczne nosi nazwę ogniska
trzesienia ziemi lub hipocentrum (punkt we wnętrzu Ziemi, w którym zaczyna się trzęsienie
ziemi i z którego najwcześniej rozchodzą się fale sejsmiczne. Położenie hipocentrum, które
określa się podając lokalizację epicentrum oraz głębokość ogniska, jest wyznaczane na
1
podstawie odczytów czasów przyjścia fal sejsmicznych zarejestrowanych przez sejsmografy).
Rzut pionowy hipocentrum na powierzchnię Ziemi jest zwany epicentrum (punkt będący
rzutem pionowym ogniska trzęsienia ziemi (hipocentrum) na powierzchnię Ziemi. Położenie
epicentrum oblicza się na podstawie odczytów czasów przyjścia fal sejsmicznych
zarejestrowanych przez sejsmografy). Cały obszar, w którym występuje zjawisko trzesienia
ziemi, zwany obszarem ogniskowym, może osiągnąć, w przypadku najsilniejszych trzesień
ziemi, rozmiary do tysiąca km w kierunku poziomym. Strefa epicentralna na powierzchni Ziemi,
położona nad obszarem ogniskowym, najwcześniej i najsilniej ulega wstrząsom. Do rejestracji
pola falowego wywołanego trzesieniem ziemi służą sejsmografy i akcelerografy (akcelerografy
rejestrują wielkość przyspieszenia cząstek ośrodka) znajdujące się w stacjach sejsmologicznych.
Analiza zapisów tych przyrządów dostarcza informacji o budowie wnętrza Ziemi (sejsmologia).
Ogniska trzesienia ziemi występują na różnych głębokościach poniżej powierzchni Ziemi.
Rozróżnia się:
 trzesienia ziemi płytkie (ognisko na głęb. do 50 km),
 pośrednie (ognisko na głęb. 50–300 km)
 głębokie (ognisko na głęb. 300–700 km)
Ogniska trzesienia ziemi nie są rozłożone równomiernie na całej kuli ziemskiej. Istnieją obszary
o dużej aktywności sejsmicznej (sejsmiczne strefy) i obszary wolne na ogół od trzesienia ziemi
(strefy asejsmiczne). Zdecydowana większość trzesień ziemi należy do grupy trzęsień płytkich,
trzesienia ziemi głębokie występują tylko w nielicznych rejonach (strefa Benioffa). Do
określenia stopnia intensywności (natężenia) trzesienia ziemi w określonym miejscu są
stosowane skale oparte na ocenie skutków trzęsienia na powierzchni Ziemi (skala Mercallego–
Cancaniego–Sieberga). Do oceny wielkości trzesienia ziemi w ognisku stosuje się skale oparte
na instrumentalnych zapisach trzesienia ziemi. Do tej grupy należy w szczególności skala
magnitud (skala Richtera). Energia najsilniejszych trzesień ziemi jest przeszło 100 tys. razy
większa od energii wybuchu bomby atomowej zrzuconej na Hirosimę. W wypadku większości
płytkich trzesień ziemi po trzęsieniu głównym występują wstrząsy następcze, zwane też
replikami (ich liczba może dochodzić do wielu tysięcy), których liczba i natężenie maleją
w miarę upływu czasu. Niekiedy przed trzęsieniem głównym występują słabsze wstrząsy
poprzedzające. Znane są również słabe i liczne trzesienia ziemi zwane rojowymi, w których
trzęsienie głównie nie występuje.
Zdecydowana większość trzesień ziemi należy do trzęsień tektonicznych i jest wywołana
przemieszczaniem się i kolizją płyt litosfery (teoria tektoniki płyt). Znane są również słabe
trzesienia ziemi o lokalnym zasięgu, zwane wulkanicznymi, które są wywoływane działalnością
wulkaniczną. Rozróżnia się ponadto trzesienia ziemi spowodowane działalnością człowieka.
Należą do nich głównie trzęsienia wywołane na przykład budową dużych zbiorników wodnych.
Liczba trzesień ziemi nawiedzających Ziemię w ciągu roku jest szacowana na miliony, z czego
zdecydowana większość to trzęsienia bardzo słabe. Silne trzesienia ziemi (występujące
stosunkowo rzadko) oraz wywołane niekiedy przez nie zjawiska takie jak osuwiska, tsunami,
uskoki, szczeliny powodują często olbrzymie zniszczenia i liczne wypadki śmiertelne.
Zniszczenia spowodowane przez trzesienia ziemi zależą w znacznym stopniu od lokalnej
budowy geologicznej (konstrukcje zbudowane na utworach luźnych są znacznie silniej
wstrząsane i narażone na zniszczenie). Podejmowane w ostatnich latach próby przewidywania
trzesień ziemi opierają się przede wszystkim na szczegółowym rozpoznaniu sejsmiczności
zagrożonego rejonu (częstość występowania, natężenie i miejsce trzesień ziemi) i analizie
2
obserwowanych tam deformacji, co umożliwia sformułowanie przybliżonych prognoz długoi średnioterminowych. Prognozy krótkoterminowe opierają się na badaniach kompleksowych
wielu zjawisk. Oprócz wyżej wymienionych — także na badaniach zjawisk
elektromagnetycznych, hydrologicznych, emisji radonu, właściwości sprężystych ośrodków.
Wszystkie te zjawiska usiłuje się wyjaśnić w przyjętym obecnie modelu tym, że w obszarze
ogniskowym proces zniszczenia materiału jest rozciągnięty w czasie, tzn. że jeszcze przed
właściwym trzesieniem ziemi następują znaczne zmiany w ośrodku.
FALE SEJSMICZNE są to rozchodzące się w Ziemi fale sprężyste, wywołane przez czynniki
naturalne (trzęsienia ziemi oraz czynniki atmosferyczne i hydrodynamiczne) lub działalność
człowieka (eksplozje, zakłócenia przemysłowe). Dzielą się na:
 fale objętościowe, rozchodzące się wewnątrz Ziemi,
 fale powierzchniowe, rozchodzące się wzdłuż powierzchni rozdzielających ośrodków
o różnych parametrach mechanicznych, powstające zwłaszcza na powierzchni Ziemi. Fale
objętościowe podłużne P (łac. primae) przychodzą do stacji sejsmologicznej jako pierwsze, fale
poprzeczne S (łac. secundae) przychodzą po fali P. Przy przejściu przez granicę 2 ośr. o różnych
właściwościach sprężystych fale objętościowe ulegają odbiciu i załamaniu, przy czym odbiciu
i załamaniu fal objętościowych, zarówno P, jak i S, towarzyszy powstanie obu rodzajów fal.
Prędkości fal P i S zależą od wielkości parametrów sprężystych ośrodków i w związku ze
zmianą tych parametrów wewnątrz Ziemi, prędkości fal P i S zmieniają się w znacznych
granicach, szczególnie wraz ze wzrostem głębokości (zmiany w kierunku poziomym są dużo
mniejsze). Fale S jako poprzeczne nie rozchodzą się w zewnętrznym ciekłym jądrze Ziemi. Fale
powierzchniowe (fale Rayleigha i Love'a) mają długie okresy i znaczne amplitudy (w
porównaniu z falami objętościowymi), przy czym amplituda drgań maleje wykładniczo wraz ze
wzrostem głębokości. Podczas silnych trzęsień ziemi fale objętościowe S oraz fale
powierzchniowe wywołują największe zniszczenia. Analiza przebiegu fal sejsmicznych,
wykorzystująca ich zapisy instrumentalne (sejsmogramy, akcelerogramy), dostarcza informacji
o budowie wnętrza Ziemi (sejsmologia).
STREFY SEJSMICZNE są to obszary, na których często występują silne trzęsienia ziemi.
Rozróżnia się dwie podstawowe strefy sejsmiczne Ziemi:
 Strefę Okołopacyficzną
 Strefę Śródziemnomorską i Transazjatycką.
Strefa Okołopacyficzna obejmuje zachodnie wybrzeża obu Ameryk, Alaskę, Aleuty,
Kamczatkę, Kuryle, Wyspy Japońskie, Chiny, Filipiny, Nową Gwineę, wyspy zachodnie
Polinezji i Nową Zelandię. Strefa ta w znacznej części przebiega przez obszary morskie,
w szczególności w sąsiedztwie rowów oceanicznych. Ze Strefą Okołopacyficzną łączą się dwie
pętle wysunięte na obszar Oceanu Atlantyckiego — jedna leżąca na pd. od Ziemi Ognistej
i druga — obejmująca M. Karaibskie. W Strefie Okołopacyficznej występuje ok. 80%
wszystkich trzęsień ziemi, w tym wszystkie trzęsienia głębokie. Strefa Śródziemnomorska
i Transazjatycka biegnie od Nowej Gwinei przez Indonezję, Birmę, pn. Indie, Uzbekistan,
Turkmenistan, Iran, Gruzję, Turcję i M. Śródziemne. W strefie tej występuje ok. 15% wszystkich
trzęsień ziemi. Większość z pozostałych 5% trzęsień ziemi przypada na obszary grzbietów
śródoceanicznych na Ocean Atlantyckim, Ocean Indyjskim i Ocean Arktycznym oraz rejon
rowów tektonicznych we wsch. Afryce. Polska należy do stref asejsmicznych, jedynie
3
w rejonie Karpat, Sudetów i ich przedgórza rzadko występują słabe trzęsienia ziemi.
Lokalizacja stref sejsmicznych i analiza trzęsień ziemi tam występujących stanowi podstawowy
element w konstrukcji współczenej teorii tektoniki płyt. W myśl tej teorii trzęsienia ziemi, jak
również trwające obecnie procesy orogenezy alpejskiej są wynikiem przemieszczania się
i oddziaływania na siebie oceanicznych i kontynentalnych płyt litosferycznych. Znaczna część
trzęsień ziemi występujących w Strefie Okołopacyficznej jest związana z procesem subdukcji,
w którym płyty oceaniczne zagłębiają się pod płyty kontynentalne (strefa Benioffa). Zderzenie
się płyt kontynentalnych jest głównie odpowiedzialne za trzęsienia ziemi w Strefie
Śródziemnomorskiej i Transazjatyckiej. Natomiast tworzeniu się i rozsuwaniu płyt, które
występuje na grzbietach śródoceanicznych i we wschodniej Afryce, towarzyszą stosunkowo
nieliczne trzęsienia ziemi.
Rozkład epicentrów trzęsień ziemi. Zaznaczone na mapie epicentra trzęsień ziemi (czerwone
kropki) skoncentrowane są wzdłuż wąskich pasów (strefy sejsmiczne) ograniczających rozległe
obszary niemal nieaktywne sejsmicznie (asejsmiczne strefy). Porównanie mapy epicentrów
trzęsień ziemi z mapą płyt litosfery wskazuje, iż podobnie jak wulkany, układają się one wzdłuż
granic płyt, których wnętrza pozostają prawie nieaktywne. Taka ich lokalizacja jest jednym
z głównych faktów wskazujących na naturę trzęsień ziemi, a także potwierdzających teorię
tektoniki płyt. Istotna jest też głębokość ognisk trzęsień ziemi. Okazuje się, iż głębokie
trzęsienia (o ogniskach ponad 100 km pod powierzchnią Ziemi) występują wzdłuż rowów
oceanicznych (subdukcja), a więc tam, gdzie względnie zimna płyta litosfery zagina się
i pogrąża w płaszczu Ziemi (Benioffa strefa). W strefach odpowiadających dwóm pozostałym
typom granic płyt, a więc ryftom śródoceanicznym i uskokom transformacyjnym, występują
głównie trzęsienia ziemi płytkie i pośrednie (o głębokości nie przekraczających 100 km).
Skutki trzęsienia ziemi w Indiach (1993). W czasie trzęsień ziemi największe zniszczenia
występują w rejonie epicentrum. Wielkie straty i liczne ofiary powodują silne trzęsienia ziemi
o epicentrach położonych na obszarach dużych miast lub w ich sąsiedztwie. Katastrofalne
w skutkach są wywoływane przez trzęsienia ziemi fale tsunami oraz osuwiska. Trzęsienie ziemi
w Lizbonie (1755) spowodowało śmierć 30–70 tysięcy ludzi; liczne ofiary spowodowało
tsunami o wysokości 30 m. Trzęsienie ziemi 1906 zniszczyło San Francisco (50 tysięcy ofiar
śmiertelnych). Inne katastrofalne trzęsienia ziemi wystąpiły 1908 (Messyna i Reggio, 100
tysięcy ofiar), 1923 (Tokio i Jokohama, 250 tysięcy ofiar). Tragiczne w skutkach były trzęsienia
ziemi na lessowych obszarach chińskiej prowincji Gansu; w czasie trzęsienia 1920 osuwiska
pogrzebały tysiące ludzi mieszkających w jamach wydrążonych w lessach i zatamowały rzeki,
wywołując katastrofalne powodzie. Bardzo liczne ofiary (242 tysiące) spowodowało 1976
trzęsienie ziemi w Chinach. Spośród trzęsień ziemi w ostatnim półwieczu najsilniejsze (8, 6
stopni
w skali
Richtera)
nawiedziło
w 1950
roku
Asam
4
(Indie).
5