Trzęsienia ziemi

Spomiędzy katastrof żywiołowych, nękających ludzkość od zarania jej istnienia, trzęsienia ziemi należą obecnie do najgroźniejszych. Od powodzi bowiem bronimy się coraz skuteczniej, budując wały ochronne wzdłuż rzek i specjalne przeciwpowodziowe zbiorniki wodne. W najgorszym przypadku mieszkańcy zagrożonych zalewem obszarów są ewakuowani. O zbliżaniu się katastrofalnych huraganów ludność jest teraz zawczasu uprzedzana za pomocą radia, co wybitnie przyczyniło się do zmniejszania ilości ofiar. Wybuchy wulkanów rzadko kiedy bywają tak nagłe i gwałtowne, by nie można było ujść ich skutkom. Natomiast trzęsienia ziemi przychodzą bez zapowiedzi i jeżeli są dostatecznie silne i nawiedzą okolice zaludnione - sieją straszliwe spustoszenie. W ciągu niewielu minut, a czasem zaledwie sekund, walą się całe miasta, grzebiąc pod swymi gruzami tysiące mieszkańców !!!
Dawniej, przy znacznie mniejszym zagęszczeniu ludności, skutki nawet potężnych wstrząsów nie zawsze były groźne. I dziś zresztą zdarza się tak, gdy trzęsienia ziemi dotknie okolice mało zaludnione. Najsilniejsze wstrząsy zanotowane od chwili rozpoczęcia systematycznych badań i rejestracji powyższych zjawisk, miały miejsce w sierpniu 1950 roku na pograniczu Indii, Birmy i Tybetu, przy wschodnich krańcach Himalajów. Waliły się wówczas całe zbocza górskie tarasując rzeki, kładły pokotem lasy, rozwierały się wielkie rozpadliny. Ale ponieważ nastąpiło to w obszarach puszcz dziewiczych, pozbawionych niemal osiedli - minęło bez większego rozgłosu i pamięć o tym zachowała się jedynie u naukowców.
Nie wszystkie części kuli ziemskiej są nawiedzane przez takie klęski. Geograficzne rozmieszczenie trzęsień ziemi pokrywa się dość dokładnie z obszarami występowania czynnych wulkanów. Podobnie jak i tam, istnieją dwie głównie strefy najczęściej doświadczane przez te katastrofy: pierścień dookoła pacyficzny i strefa śródziemnomorska, ciągnąca się od Gibraltaru poprzez rejon Morza Śródziemnego, Azję mniejszą, Iran, Afganistan, Himalaje do Archipelagu Malajskiego. Są to obszary młodych gór i pęknięć skorupy ziemskiej, gdzie po niedawnych ( w znaczeniu geologicznym ) ruchach skorupa ziemska nie uspokoiła się, nie doszła do stanu zupełnej równowagi. Od czasu do czasu coś prawdopodobnie jeszcze przemieszcza się, osiada, powodując owe wstrząsy dlatego trzęsienia ziemi mogą występować i daleko poza wymienionymi strefami, wszędzie tam gdzie były, jakieś niedawne pęknięcia czy przesunięcia uskokowe.
Niektóre trzęsienia ziemi są związane w sposób zupełnie widoczny z takimi pęknięciami. San Francisco leży na wielkim uskoku San Andreas, dającym się prześledzić na długości kilkuset kilometrów wzdłuż wybrzeży kalifornijskich. Uskok ten "odżywa" od czasu do czasu, gdyż wybrzeża te były parokrotnie doświadczane przez trzęsienia ziemi. Na przedłużeniu wielkich uskoków obcinających od PD Wysoki Atlas znajduję się miasto Agadir w Maroku. Również przez Skopje w Jugosławii, zniszczone w 1963 roku przebiega linia dyslokacyjna typu uskokowego.
Pęknięcia skorupy ziemskiej bywają tak głębokie, że dochodzą do stref płynnej magmy i powodują jej wydobywanie się na powierzchnię w postaci zjawisk wulkanicznych.
Istota trzęsień ziemi polega - ogólnie biorąc - na tym, że zachodzące we wnętrzu naszej planety przesunięcia mas, a może także i inne nie znanej nam natury zjawiska wywołują drgania rozchodzące się we wszystkich kierunkach w postaci tzw. fal sejsmicznych. Miejsce, gdzie powstają owe drgania, nosi nazwę ogniska trzęsienia ziemi, albo z j. greckiego hipocentrum. Jak wykazały długoletnie obserwacje i obliczenia, olbrzymia większość ognisk znajduje się na głębokości około dziesięciu do kilkudziesięciu kilometrów, przy czym zdecydowanie przeważają płytsze. Ale znane są i bardzo głębokie, położone nawet poniżej 700 kilometrów.
Z ogniska wychodzą fale sejsmiczne dwojakiego rodzaju. Jedne nazywamy podłużnymi, albowiem cząsteczki ośrodka, w którym rozchodzą się drgania, poruszają się ( drgają ) w tych samych kierunkach, w których następuje rozprzestrzenienie się fal, czyli wzdłuż, powodując zagęszczenia i rozchodzenia materii do fal podłużnych należą m.in. fale dźwiękowe ( głosowe ). Wszyscy wiedzą, że silny huk wywołany np. przez jakąś eksplozje, może spowodować wypadnięcie szyb w pobliskich budynkach, wygniata je bowiem fala zagęszczonego powietrza, po której następuje "próżnia", tj. powietrze bardzo rozrzedzone.
Fale podłużne rozchodzą się we wszystkich trzech ośrodkach fizycznych: gazowym, stałym i ciekłym, zmieniając tylko swą prędkość. Im ośrodek jest gęstszy, tym prędkość będzie większa. W powietrzu wynosi ona 330 m/s, a w skałach litych - od 3 do prawie 5 km/s.
Drugi rodzaj fal nosi nazwę poprzecznych, ponieważ drgania odbywają się poprzecznie, prostopadle do kierunku rozchodzenia się fal. Takie drgania przenoszą się tylko w ośrodkach posiadających pewną sprężystość, tj. zdolność do krótkotrwałej zmiany kształtu i powrotu do postaci pierwotnej. Jedynie ciała stałe cechują się taką zdolnością i dlatego fale poprzeczne nie rozchodzą się ani w cieczach ( np. w wodzie ), ani w gazach, lecz zanikają w nich. Są one także powolniejsze od fal podłużnych, ich chyżość wynosi bowiem zaledwie 0,6 prędkości podłużnych.
Fale sejsmiczne rozchodzące się z hipocentrum docierają najprędzej do powierzchni Ziemi w miejscu położonym bezpośrednio nad ogniskiem. Miejsce to zwiemy epicentrum. Im dalej od epicentrum, tym później dobiegają drgania i tym są one słabsze. Dlatego największe zniszczenia występują w najbliższym jego sąsiedztwie, tzw. Obszarze epicentralnym, w którym także najsilniej zaznacza się działania fal długich. Te ostatnie przedstawiają fale wtórne, wzbudzone na powierzchni ziemi przez fale podłużne i poprzeczne; powodują one największe wychylenia gruntu i tym samym - zniszczenia. Wyróżniamy trzy rodzaje trzęsień:
-tektoniczne-związane z przemieszczaniem się mas skalnych w skorupie ziemskiej, występują przede wszystkim na granicach między płytami litosfery. Trzęsienia tego typu towarzyszą również uskokom. Trzęsienia tektoniczne stanowią 90% trzęsień i są najgroźniejsze.
-wulkaniczne-towarzyszom wybuchom wulkanów i przedzieraniu się magmy przez skały. Są mniej groźne od tektonicznych i stanowią 7% liczby wszystkich trzęsień.
-zapadliskowe-związane z przemieszczaniem się niedużych mas skalnych, powstają podczas zapadania się stropów jaskiń lub zalewania się wyrobisk górniczych (tąpnięcia). Stanowią 3% ogólnej liczby trzęsień.
Obszary pnesejsmiczne są to obszary gdzie trzęsienia ziemi występują sporadycznie lub często ale są bardzo słabe. Są to: Północna Europa, Ural i Wielkie Góry Wododziałowe.
Obszary asejsmiczne są to obszary całkowicie pozbawione trzęsień. Są to: stare platformy, dna oceaniczne z wyjątkiem grzbietów i rowów. Najwięcej trzęsień jest na Pacyfiku.
Skutki trzęsienia ziemi zalezą od siły wstrząsów, głębokości, na której powstają oraz od rodzaju skał na powierzchni ziemi. Grunt może pękać, unosić się i zapadać. W obszarach górzystych mogą powstać lawiny i osuwiska, nawet na łagodnych stokach gliniaste gleby mogą zacząć pełznąć na podobieństwo -płynnej lawy.
Trzęsienie ziemi trwa na ogół nie dłużej niż kilka sekund, ale niektóre trwają minutę lub dłużej. Trzęsienie ziemi w San Francisco w 1906 roku trwało np.. 40 sekund, podczas gdy trzęsienie ziemi, które nawiedziło Alaskę 24 stycznia 1964 roku wstrząsnęło ziemią ponad 7 minut, z tego przez 3 minuty ze szczególnie niszczącą siłą.
Często głównemu wstrząsowi towarzyszą tzw. Wstrząsy potomne, z których każdy kolejny jest słabszy od poprzedniego. Wstrząsy potomne powstają wskutek przemieszczania się mas skalnych, dopasowujących się do stanu nowej równowagi. Mogą one powodować katastrofalne zniszczenia nieobliczalne w skutkach. W 1985 roku zostało zniszczone centrum stolicy Meksyku przez trzęsienie ziemi oceniane w skali Mercalliego na 11 stopni. Następnie wystąpił wstrząs potomny w sile 10 stopni, a obrócił on w ruinę jeszcze większą część miasta.
Gdy ognisko trzęsienia ziemi znajduje się pod dnem morza , powstają ogromne fale, zwane tsunami. Na samym oceanie te fale są słabo zauważalne, chociaż przemieszczają się z prędkością do 790 km/h. Gdy zbliżają się do płaskich wybrzeży ich prędkość maleje, natomiast rośnie ich wysokość. Gdy tsunami dociera do wybrzeża, morze cofa się, po czym wraca w postaci ogromnych fal atakując małe zatoki, tsunami spiętrza się do wysokości ok.30 m., zmiatając wszystko na swojej drodze. Podczas trzęsienia ziemi które w 1755 roku dotknęło Lizbonę, na miasto runęły fale o wysokości 17 metrów. Kolejne wstrząsy spowodowały osuwiska i pożary. 3/4 miasta legło w gruzach, a 60 tysięcy ludzi straciło życie. Chociaż naprawdę katastrofalne trzęsienia ziemi zdarzają się rzadko, Ziemia drży nieustannie. Specjaliści od trzęsień ziemi zwani sejsmologami, rejestrują każdego roku 500 tyś. wstrząsów - w przybliżeniu można by powiedzieć, że trzęsienie ziemi zdarza się co minutę. Przeważająca większość tych wstrząsów pozostałaby niezauważona, gdyby nie sejsmolodzy i ich wrażliwe czujniki - sejsmometry.
W przeszłości, w celu określenia intensywności trzęsienia ziemi - wielkości wyzwalanej energii - sejsmolodzy stosowali skalę Richtera, została ona nazwana od nazwiska amerykańskiego specjalisty Charlesa F. Richtera, który wprowadził ją w 1935 roku. Podana niżej skala wskazuje na prawdopodobne skutki trzęsienia ziemi dla poszczególnych stopni intensywności.
Stopień; Możliwe Skutki
1 Wykrywalne tylko za pomocą sejsmografów
2-3 Ledwie odczuwalne przez ludzi
4-5 Może spowodować niewielkie szkody
6 Dość niszczycielskie
7 Duże trzęsienie ziemi
8-9 Bardzo niszczycielskie trzęsienie ziemi
Ostatnio sejsmolodzy wolą posługiwać się wspomnianą skalą Mercalliego, która została zaproponowana przez włoskiego sejsmologa Giuseppe Mercalliego w 1902 roku.
Skala Marcallego służy do określania intensywności drgań gruntu w danym miejscu na skutek trzęsienia ziemi. Jest to tzw. odczuwalna intensywność. Sama skala zaś jest rejestrem opisanych skutków trzęsienia ziemi.
Intensywność; Możliwe skutki
1 Nieodczuwalne dla ludzi
2 Odczuwalne dla ludzi zamieszkujących wyższe piętra
3 Zawieszone na ścianach przedmioty mogą się poruszać
4 Zawieszone na ścianach przedmioty poruszają się, pojawia się drżenie okien i drzwi
5 Odczuwalne na dworze, małe przedmioty poruszają się
6 Odczuwalne przez każdego, poruszają się meble, chwieją się drzewa i krzewy
7 Ludzie z trudem utrzymują się na nogach, budynki pękają
8 Powstają duże szkody w budynkach, łamią się gałęzie drzew
9 W gruncie tworzą się duże pęknięcia, niektóre domy rozpadają się
10 Obsuwa się powierzchnia ziemi, liczne budynki leżą w gruzach
11 Duże przekształcenia powierzchni ziemi, wyginają się szyny kolejowe
12 Zniszczenia są niemal całkowite
Trzęsienia ziemi są spowodowane ruchami płyt, ich ruch rzadko jest stały.
Przez długie okresy w ogóle się go nie obserwuje. Siła tarcia utrzymuje płyty w bezruchu. Kiedy naprężenia stają się większe niż wytrzymałość skał następuje gwałtowne pęknięcie - trzęsienie ziemi uruchamiające płyty. Nikt nie potrafi przewidzieć dokładnie kiedy może nastąpić trzęsienie ziemi. Skrupulatne opracowywanie map i monitoring aktywności sejsmicznej umożliwiają naukowcom określenie stref zagrożenia i częstości występowania wstrząsów sejsmicznych. kilka wielkich trzęsień ziemi grzecznie zapowiedziało swoje nadejście w postaci serii drobnych wstrząsów.
Badania dotyczące prognozowania trzęsień ziemi najbardziej zaawansowane są w Stanach Zjednoczonych, Japonii, Chinach i do niedawna także w Związku Radzieckim. W dwóch krajach powołano narodowe zespoły naukowe upoważnione do oceny przesłanek świadczących o możliwości wystąpienia trzęsienia ziemi.
W 1975 roku przy urzędzie gubernatora Kalifornii powołano specjalny zespół naukowy do oceny prognoz wystąpienia trzęsień ziemi w tym stanie. Zajmuje się on wyłącznie oceną podstaw naukowych prognozy konkretnego trzęsienia ziemi. Do roku 1992 zespół ten ocenił jedynie trzy przypadki prognozy dotyczące przyszłych trzęsień ziemi w Kalifornii.
Jedyna oficjalna prognoza w tym stanie, która zyskała ogromną popularność w środkach masowego przekazu, dotyczyła trzęsienia, które powinno nastąpić między rokiem 1987 i 1993 w pobliżu miasteczka Parkfield leżącego obok uskoku Świętego Andrzeja. W 1985 roku uczeni doszli do wniosku, że następne trzęsienie ziemi po trzęsieniu w 1966 roku powinno tam nastąpić w roku 1993. W połowie listopada 1993 roku w Parkfield zanotowano trzęsienie o magnitudzie 4.8. Władze stanowe ogłosiły 14 listopada 1993 roku alert sejsmiczny na poziomie A, co oznaczało jedną szansę na trzy, że w ciągu 72 godzin trzęsienia ziemi o magnitudzie 6.0. Okres alertu minął, trzęsienia ziemi nie było, a najpoważniejszym incydentem alertu była kolizja samochodu prasowego z zabłąkaną krową.
Bez względu na dotychczasowe niepowodzenia w prognozowaniu trzęsień ziemi w Parkfield, eksperyment kalifornijski dostarczył wielu obserwacji i pozwolił pogłębić wiedzą na temat prognozowania trzęsień ziemi. Od 1985 roku Parkfield stało się prawdziwą Mekką dla specjalistów studiujących te spektakularne zjawiska przyrody. W rejonie tym założono 28 różnych sieci obserwacyjnych do pomiaru aktywności sejsmicznej, zmian parametrów geofizycznych, poziomu wód gruntowych oraz pól elektro magnetycznych. Specjalistyczne przyrządy geodezyjne rejestrują deformację skał oraz różnych przemieszczeń na uskoku. Z pomiarów tych wynika , że ilość nagromadzonej energii sprężystej w skorupie ziemskiej w rejonie Parkfield wystarcza do wywołania trzęsienia ziemi o magnitudzie co najmniej 6.0. Akumulacja jest warunkiem koniecznym, ale nie jedynym powstania trzęsienia ziemi.
Właśnie nieznajomość warunków dostatecznych czyni prognozowanie zjawisk sejsmicznych zadaniem niezwykle trudnym. Niejasne są procesy fizyczne i mechanizmy samej inicjacji rozrywu mas skalnych związanych z powstawaniem trzęsienia ziemi.
Trzęsienia ziemi mają swe następstwa w postaci tysięcy ofiar śmiertelnych. Idealnym, najskuteczniejszym sposobem zapobieżenia ofiarom w następstwie trzęsienia ziemi byłaby ewakuacja wszystkich mieszkańców stref sejsmicznych. Nie jest to możliwe, zwłaszcza wobec tak gwałtownie postępującego wzrostu zaludnienia. Wręcz przeciwnie, ocenia się, że w 2035 r. ponad 600 milionów ludzi będzie mieszkało w wielkich miastach, położonych w obrębie strefy sejsmicznej
Architekci amerykańscy i japońscy usilnie prowadzą badania nad sejsmoodpornymi budynkami. Okazało się bowiem, ze odpadanie elementów dekoracyjnych jest głównym sprawcą śmierci ludzi podczas trzęsień ziemi. Aby temu zapobiec, budynki muszą być projektowane bez jakichkolwiek ozdób, a także pozbawione kominów. Domy mieszkalne i biurowce należy wznosić na specjalnych fundamentach, które uniemożliwią lub w znacznym stopniu ograniczą kołysanie budowli.