Trzęsienia ziemi

Trzęsienie ziemi to gwałtowne rozładowanie naprężeń powstałych w skorupie ziemskiej w czasie ruchów fragmentów litosfery, któremu towarzyszy powstanie fal sejsmicznych. Rejestruje się ok. 10 tys. trzęsień ziemi rocznie, z czego najwięcej występuje w obrębie oceanów. Większość wstrząsów trwa krócej niż minutę. Najdłuższe trwało 4 minuty, a doszło do niego na Alasce w 1964 r.
Nauka, która zajmuje się przyczynami, mechanizmem i przebiegiem trzęsień ziemi oraz ich związkiem z budową wewnętrzną Ziemi nazywa się sejsmologia. Dostarcza ona podstawowych danych o fizycznym stanie wnętrza Ziemi. Niestety, przewidywanie trzęsień ziemi jest jeszcze w stadium początkowym, chociaż wiadomo, że przed wstrząsami sejsmicznymi pojawiają się pewne charakterystyczne oznaki, które je zapowiadają:
• poszerzanie się skał
• zmiana przewodnictwa elektrycznego wód podziemnych
• gwałtowne wahanie się poziomu wody w studniach
Źródłem rozchodzenia się fal sejsmicznych jest ognisko czyli hipocentrum i jest położone w głębi Ziemi. Prostopadle nad hipocentrum na powierzchni Ziemi znajduje się epicentrum, wokół którego położony jest obszar epicentralny – miejsce największych zniszczeń. Ogniska trzęsień ziemi towarzyszą często liniom uskoków transformacyjnych, gdzie dwie płyty tektoniczne, przesuwane przez podziemne siły w przeciwnych kierunkach mogą się niekiedy zazębiać. Narastające naprężenia powodują pęknięcie płyt, które wyzwala drgania sejsmiczne.
Fale sejsmiczne są to fale sprężyste rozchodzące się w Ziemi, powstałe wskutek trzęsień ziemi (lub wywołane przez eksplozję materiałów wybuchowych)). Dzielą się na:
1. fale wgłębne – rozchodzące się wewnątrz Ziemi
a. fale podłużne (P) – 5,4 km/s; najszybciej docierają do epicentrum, drgają w kierunku równoległym do rozchodzenia się fal
b. fale poprzeczne (S) – 3,3 km/s; drgają w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fal
2. fale powierzchniowe (L) – rozchodzące się wewnątrz Ziemi, są najbardziej katastrofalne w skutkach
a. fale Rayleigha – ruch cząsteczek odbywa się po elipsie ustawionej pionowo względem kierunku ruchu
b. fale Love’a – wywołują drgania poziome, prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fal
Podział trzęsień ziemi:
1. ze względu na przyczynę
a. tektoniczne (90%) – w wyniku ruchów płyt litosfery
b. wulkaniczne – w czasie przedzierania się magmy i wybuchów wulkanów
c. zapadowe – w wyniku zapadania się jaskiń
d. technogeniczne – spowodowane działalnością człowieka, np. kopalnictwem podziemnym i odkrywkowym, eksploatacją wód podziemnych, budową dużych zapór wodnych
2. ze względu na głębokość ogniska
a. płytkie (85%) – poniżej 70 km
b. średnie (12%) – 70 – 350 km
c. głębokie (3%) – 350 – 700 km
3. ze względu na powiązanie ze wstrząsem zasadniczym
a. wstępne – o słabej magnitudzie
b. zasadnicze – o największej magnitudzie
c. następcze – po wstrząsie zasadniczym, o zmniejszającej się magnitudzie
Pierwszym przyrządem do rejestracji trzęsień ziemi był wynaleziony w 132 r. w Chinach sejsmoskop. Obecnie do tego celu używa się sejsmografów.
Do pomiaru trzęsienia ziemi wykorzystuje się dwie skale: skalę Richtera i poprawioną skalę Mercallego.
W 1935 r. amerykański uczony Charles F. Richter opracował tzw. Skalę Richtera do pomiaru magnitudy (wielkości i natężenia uwolnionej energii) trzęsienia ziemi. Za pomocą sejsmografu położonego w odległości 100 km od epicentrum trzęsienia ziemi mierzy się amplitudę drgań gruntu (wyrażana jest ona w mikronach). Każda kolejna jednostka w skali Richtera odpowiada w przybliżeniu uwolnieniu energii 24 razy większej. Np. wstrząsy 1 stopnia są rejestrowane tylko przez sejsmografy, a przy magnitudzie 8 występuje trzęsienie o rozmiarach katastrofalnych.
Skala Mercallego wyraża intensywność wstrząsów sejsmicznych w stopniach od I do XII. Umożliwia ocenę siły trzęsienia ziemi na podstawie jego skutków. Została opracowana przez włoskiego uczonego Giuseppe Mercallego 1902 r., później ją zmodyfikowano i została nazwana poprawioną (zmodyfikowaną) skalą intensywności Mercallego. I stopień oznacza drgania rejestrowane jedynie przez przyrządy. Drgania II stopnia wyczuwają nieliczne osoby, zwłaszcza na wyższych piętrach domów. Wstrząsy VII stopnia powodują, że trudno jest utrzymać się na nogach, a kiedy trzęsienie osiąga XII stopień powierzchnia ziemi faluje, przedmioty wylatują w powietrze, niemal wszystkie konstrukcje leżą w gruzach.
Trzęsienia ziemi mogą wywołać skutki uboczne. Jeśli wstrząsy uszkodzą przewody gazowe, łatwo może dojść do pożaru. Pod wpływem drgań sejsmicznych po stokach mogą gwałtownie osuwać się masy skalne. Podmorskie trzęsienia ziemi wzbudzają tsunami. Największa fala tsunami miała 85m wysokości, a runęła w 1971 r. na wybrzeża japońskiej wyspy Ishigaki, zaś najszybsza przemierzała ocean z prędkością ok. 900 km/h. Podczas tsunami 26 grudnia 2004 r. w południowo-wschodniej Azji zginęło ponad ćwierć miliona ludzi.
Ze względu na częstotliwość występowania trzęsień ziemi na danym terenie wyróżnia się obszary:
• sejsmiczne – o częstych i silnych trzęsieniach ziemi; znajdują się głównie na granicach płyt tektonicznych
• pensejsmiczne – o rzadkich słabych wstrząsach
• asejsmiczne – bez wstrząsów sejsmicznych
Główne strefy sejsmiczne Ziemi są:
• wokółpacyficzna (75% trzęsień ziemi) – tzw. „okołopacyficzny pierścień ognia”
• alpejsko-himalajska (23% wstrząsów)
• grzbietów śródoceanicznych i ryftów kontynentalnych, np. system rowów wschodnioafrykańskich, ryft Bajkału
• wewnątrzpłytowe – związane z głębokimi uskokami wewnątrzpłytowymi
Najtragiczniejsze trzęsienia ziemi:
• Szersi, Chiny w 1556 r. – 830 tys. ofiar
• Kalkuta, Indie w 1737 r. – 300 tys. ofiar
• Tangszan, Chiny w 1976 r. – 255 tys. ofiar
Najbardziej niszczycielskie trzęsienie ziemi nawiedziło japońską nizinę Kanto w 1923 r. W jego wyniku wybuchł pożar, który zniszczył 575 tys. domów, a śmierć poniosło 144 tys. osób.
Najsilniejsze odnotowane wstrząsy:
• Kolumbia w 1906 r. – 8,9 stopni w skali Richtera
• Morioka, Japonia w 1933 r. – 8,9 stopni w skali Richtera
• Lizbona, Portugalia w 1755 r. – 8,75 stopni w skali Richtera
Terytorium Polski można zaliczyć do obszarów asejsmicznych i pensejsmicznych. Strefami o wyższej aktywności sejsmicznej są obszary polskich gór Karpat i Sudetów oraz obszary działalności górniczej (mamy tu do czynienia z tzw. tąpnięciami). Magnituda najsilniejszych trzęsień ziemi w dziejach naszego kraju wynosi nawet 6 stopni w skali Richtera. W bliższych nam czasach najsilniejsze wstrząsy osiągały 4-5 stopni. Odnotowano je w następujących miejscach:
• Beskid Niski (1992-1993)
• Podhale (1995, 2004)
• Polska północno-wschodnia (2004)