Co to są trzęsienia ziemi?

Najogólniej trzęsieniami ziemi nazywamy krótkotrwały wstrząs ośrodka skalnego, którego źródło pochodzi z głębi Ziemi lub rzadziej - z jej powierzchni. Do wystąpienia trzęsienia ziemi może przyczynić się nagła erupcja wulkanu lub ruchy konwekcyjne w astenosferze. Niekiedy trzęsienia są wywołane zapadaniem się komór magmowych pod wulkanem, zawaleniem jaskiń lub przez tąpnięcia. Jednak najczęstszą przyczyną wstrząsów sejsmicznych jest gwałtowne przemieszczenie się mas skalnych w skorupie ziemskiej w wyniku rozładowania nagromadzonych naprężeń. Na ogół do tego zjawiska dochodzi na granicach płyt litosfery w strefie subdukcji. Trzęsienia ziemi składają się z wielu uderzeń o zróżnicowanej sile następujących jedno po drugim. Uderzenie z dołu wywołane przez sprężystą falę jest odpowiedzialne za odczuwalne przez nas wstrząsy na powierzchni ziemi. Uderzenie proste (promień sejsmiczny tworzy z powierzchnią kąt prosty lub do niego zbliżony) skutkuje podrzuceniem przedmiotów ku górze, a przy uderzeniu ukośnym przeważnie przesuwają się przedmioty (np. obserwowane jest kołysanie się bloków).

Ogniskiem lub hipocentrum nazywamy obszar, z którego nastąpiło uwolnienie energii i rozchodzenie się fal sejsmicznychfala sejsmicznafal sejsmicznych. Miejsce, gdzie fale sejsmiczne docierają najszybciej, a wstrząsy są najsilniejsze, znajduje się bezpośrednio nad ogniskiem – nosi ono nazwę epicentrum.

R6PcNHcqSIhx6

Ilustracja przedstawia schemat trzęsienia ziemi. Powierzchnia ziemi zobrazowana jest jako górna ściana prostopadłościanu. W środku prostopadłościanu znajduje się ustawiona pod skosem płaszczyzna uskoku – prostokąt dotykający górnej i dolnej podstawy prostopadłościanu. W połowie tej płaszczyzny, na bocznej ścianie prostopadłościanu narysowany jest duży punkt podpisany ognisko trzęsienia ziemi, od którego odchodzą powiększające się okręgi, aż do powierzchni ziemi. Tuż nad ogniskiem na powierzchni ziemi zaznaczony jest kolejny punkt – epicentrum trzęsienia ziemi. Od niego również na powierzchni ziemi rozchodzą się koncentryczne okręgi.

Ze względu na głębokość ogniska trzęsienia ziemi wyróżniamy:

• trzęsienia płytkie – 70 km

• trzęsienia pośrednie – 70–300 km

• trzęsienia głębokie – 300–700 km

Czas i siła trzęsień ziemi

Najczęściej trzęsienia ziemi trwają jedynie kilka sekund. Bywa jednak, że rozpoczęte na jakimś obszarze zjawisko ciągnie się z przerwami przez kilka dni, a nawet lat. Dobrym przykładem jest tu trzęsienie ziemi w Ałma‑Acie, które rozpoczęło się 28 maja 1887 roku, a zakończyło po około 3 latach. W tym czasie odnotowano kilkaset uderzeń.

W momencie trzęsienia ziemi w krótkim czasie wyzwalana jest niezwykle duża ilość energii. W przypadku dużych wstrząsów wielkość ta może być porównywalna z wybuchem tysięcy ton ładunków atomowych. Oszacowano, że w przypadku trzęsienia ziemi w Ałma‑Acie z 1911 roku, ilość wyzwolonej energii była tak duża, że aby ją wytworzyć, elektrownia o mocy 450 tysięcy kilowatów musiałaby pracować bez przerwy przez 325 lat.

Energię trzęsień ziemi mierzymy przy pomocy sejsmografówsejsmografsejsmografów i wyrażamy w stopniach magnitudy. Parametr ten został opracowany w 1935 roku przez Charlesa Richtera, który stworzył także skalę magnitud, nazwaną później skalą Richtera. Każde kolejne stopnie magnitudy pociągają za sobą 31‑krotny wzrost ilości wyzwalanej energii. W późniejszym czasie zmodyfikowano pojęcie magnitudy i sposób jej obliczania. Aktualnie do jej wyznaczenia wykorzystywanych jest szereg danych z zapisu wstrząsów, takich jak odległość od epicentrum, głębokość ogniska, amplituda drgań cząstek gruntu czy częstotliwości fali sprężystej. Ponadto wykorzystywane są informacje z różnego typu fal i wartości momentu sejsmicznego. Dokonano odpowiedniej kalibracji wielkości magnitudy, dzięki czemu najczęściej spotykane trzęsienia ziemi mogą być porównywalne ze skalą Richtera.

W Europie do opisu i określenia skutku trzęsień ziemi wykorzystujemy najczęściej 12‑stopniową skalę intensywności, tzw. Europejską Skalę Makrosejsmiczną.

Geograficzne rozmieszczenie trzęsień ziemi

Występowanie trzęsień ziemi na naszej planecie jest przestrzennie bardzo nierównomierne. Praktycznie nie obserwuje się ich w środkowej części Oceanu Spokojnego (poza Hawajami), a także na obszarze starych platform kontynentów (w Kanadzie, Brazylii, Europie Wschodniej, Australii). Głównymi obszarami ich występowania są tereny fałdowań alpejskich i współczesnych geosynklin.

Duża część epicentrów trzęsień ziemi skoncentrowana jest w pasie pacyficznym, gdzie oswobodzeniu ulega około 80% energii sejsmicznej Ziemi. Obszar ten rozciąga się od Wysp Aleuckich, a dalej biegnie wzdłuż zachodnich wybrzeży Ameryki Północnej, Środkowej i Południowej, aż do Południowych Szetlandów. W pasie tym najbardziej niszczycielskie trzęsienia ziemi występują w rejonie Alaski i Meksyku. Andy również charakteryzują się dużą sejsmicznością z charakterystycznym rozmieszczeniem ognisk związanych z wybrzeżem (40‑60 km) i dnem oceanu (100‑200 km).

Druga część pasa pacyficznego biegnie po zachodniej części Oceanu Spokojnego i obejmuje wyspy: Nową Zelandię, Kermadec, Tonga, Nowe Hybrydy, Nową Gwineę, Karoliny, Japońskie, Tajwan, Filipiny, Molukki i półwysep Kamczatka. Na całej długości tak wyznaczonego pasa występują licznie głębokie i pośrednie trzęsienia ziemi. Przy czym trzęsienia pośrednie występują głównie pod łańcuchami wysp, a głębokie - w miejscach bardziej oddalonych od rowów oceanicznych. Należy zwrócić uwagę, że poza pasem pacyficznym głębokie i pośrednie trzęsienia ziemi występują bardzo rzadko.

Zdecydowanie mniej sejsmicznym rejonem jest pas europejsko‑azjatycki, w którego skład wchodzi obszar śródziemnomorski, Kaukaz, Pamir, Tienszan, Himalaje, łańcuchy górskie w Mjanmie (Birmie) i w Chinach, a w Rosji okolice Bajkału i dorzecze Amuru.

Wyróżniamy także drugorzędne pasy sejsmiczne, do których zaliczamy: pas atlantycki, pas indyjski, znajdujący się w zachodniej części Oceanu Indyjskiego, a także pas wschodnioafrykański.

Generalnie występowanie trzęsień związane jest z obszarami, gdzie w skorupie ziemskiej występują uskoki, pęknięcia, liczne kontrasty rzeźby (wysokie góry sąsiadują z głębokimi rowami oceanicznymi), na linii kontaktów różnorodnych struktur geologicznych oraz na terenach intensywnych ruchów tektonicznych. Wynika to z położenia tych obszarów w sąsiedztwie granic płyt litosfery, w strefach subdukcji, gdzie trzęsienia są spowodowane podsuwaniem się jednej płyty pod drugą, bądź w strefach spreadingu.

Ra4kVU8DBwGk1

Mapa przedstawia przestrzenne rozmieszczenie trzęsień ziemi na naszej planecie. Trzęsienia ziemi zostały oznaczone na mapie świata czarnymi punktami. Przechodzą one głównie przez zachodnie wybrzeże obu Ameryk. Są skupione wzdłuż linii na oceanie, a także w dużej ilości występują w południowej Europie i południowej Azji, skąd dalej przechodzą przez obszar oceanu wzdłuż wschodniego brzegu Azji oraz przed obszar między Azją południową a Australią.

Geograficzne następstwa trzęsień ziemi

Ze względu na wielką ilość energii, która zostaje uwolniona podczas trzęsień ziemi, często ich następstwem są istotne przekształcenia geograficzne. Odnosi się to przede wszystkim do deformacji skorupy ziemskiej, zwłaszcza na obszarach, na których zalegają skały luźne (lessy, aluwia). W Kenii w 1928 roku w następstwie trzęsienia ziemi powstało pęknięcie o długości 25 km, a pionowe przesunięcia mas sięgały 3 metrów. W dniu 28 października 1891 roku powstała szczelina w poprzek wyspy Honsiu o długości 160 km. Jednocześnie powierzchnia ziemi na północny‑wschód od szczeliny obniżyła się i przesunęła w kierunku poziomym o 6 metrów. Trzęsienie ziemi w Japonii z dnia 1 września 1923 roku spowodowało zwiększenie głębokości zatoki Sagami w części południowej o 100 metrów, a w części północnej nastąpiło wypłycenie o około 200 metrów. W tym czasie brzegi zatoki przesunęły się zaledwie o 1,5 metra.

Najsilniejsze trzęsienia ziemi

Według wielu badaczy najsilniejsze trzęsienie ziemi, jakie zarejestrowano na naszej planecie, miało miejsce 22 maja 1960 roku w południowym Chile. Siłę trzęsienia oszacowano na 9,5 magnitudy. Następstwem wstrząsów były liczne osuwiska i tsunami, którego fale przemierzyły niemal cały Pacyfik, uderzając w Hawaje. Łączna liczba ofiar kataklizmu (trzęsienia i fal tsunami) wyniosła 1 655 osób. Szacowane straty materialne sięgnęły ponad 660 mln dolarów.

RrmqS403wtdWI

Mapa przedstawia przemieszczanie się fali tsunami na oceanie spokojnym po trzęsieniu chilijskim. Od oznaczonego gwiazdką punktu na wybrzeżu Chile odchodzi czerwony półokrągły obszar, który stopniowo zmienia kolor od ciemnoczerwonego aż do jasnopomarańczowego ograniczonego grubszą linią oraz cyfrą 5. Dalej obszar ten zmienia swój kolor na żółty, który zmienia się aż do seledynowego, gdzie pojawia się grubsza linia z cyfrą 10. Za nią kolejne odcienie koloru zielonego stopniowo przechodzą w kolor turkusowy oddzielony grubą linią z cyfrą 15. Obszar ten styka się z wybrzeżem Australii. Turkus stopniowo zmienia się w kolor niebieski, który ogranicza gruba linia i umieszczona na niej cyfra 20. Dalszy obszar w kolejnych odcieniach niebieskiego ogranicza brzeg Azji - u jego wybrzeży pojawia się kolor fioletowy.

R1dLLIMu9hrS0

Fotografia przedstawia częściowo zawalone domki jednorodzinne, drewniane. Ściany budynków są pochylone, zniszczone. Domy stoją w szeregu jeden przy drugim. Domy stoją przy drodze gruntowej, droga jest zabłocona. Idą nią trzy osoby.

RGJGZ2zmqNyPK

Fotografia przedstawia zniszczenia po trzęsieniu chilijskim w 1960 r. Jest to prawdopodobnie krajobraz miejski. Na całej powierzchni chodnika i ulicy leżą ruiny budynków, kawałki metalu i drewna. Na krawężniku siedzi mężczyzna i kobieta. Na pierwszym planie pogięty, przewrócony parkometr.

Na naszej planecie odnotowano ponadto jeszcze trzy trzęsienia ziemi, których magnituda była większa od 9. Najstarszym z nich było trzęsienie ziemi na Alasce (zwane również trzęsieniem wielkopiątkowym lub wielkim trzęsieniem alaskim) w 1964 roku. Jego siła wyniosła około 9,2 magnitudy. Ze względu na niewielką gęstość zaludnienia tego obszaru, śmierć poniosło 131 osób. Bardzo dużej deformacji uległa jednak powierzchnia terenu, która miejscami została wypiętrzona lub obniżona o kilka metrów. Pewne mniejsze lub większe skutki trzęsienia ziemi odczuwalne były nie tylko w rejonie epicentrum, ale i na całej planecie.

Bardzo tragiczne w skutkach było trzęsienie ziemi, które miało miejsce u wybrzeży Sumatry 26 grudnia 2004 roku. Jego siłę oceniono na 9,1‑9,3 magnitudy. Najbardziej katastrofalna w skutkach była fala tsunami, która powstała w następstwie wstrząsów. Niemal całkowitemu zniszczeniu uległy tereny nadmorskie 14 krajów położonych nad Oceanem Indyjskim (m.in. Sri Lanka, Indie, Tajlandia), a śmierć poniosło od 230 do 280 tysięcy osób.

RNHQVrXoYLusg

Mapa przedstawia kraje najbardziej dotknięte trzęsieniem ziemi w 2004 roku. Żółtym kolorem zaznaczono Republikę Południowej Afryki, Madagaskar, Tanzanię, Kenię, Somalię, Malediwy, Sri Lankę, Indie, Bangladesz, Birmę, Tajlandię, Malezję oraz Indonezję. U północnych wybrzeży Indonezji znajduje się punkt otoczony coraz większymi kręgami – jest to epicentrum trzęsienia ziemi.

RH7kSu1qnMfUB

Grafika przedstawia rozchodzenie się fali tsunami w wyniku trzęsienia ziemi na Sumatrze w 2004 roku. Od wybrzeży Sumatry rozchodzą się potężne fale oznaczone kolorem pomarańczowym, które w miarę oddalania się od epicentrum i przemieszczania po Oceanie Spokojnym są coraz mniejsze i zmieniają kolor na niebieski.

11 marca 2011 roku miało miejsce najsilniejsze trzęsieni ziemi w dziejach Japonii (od czasu rejestracji wstrząsów w 1900 roku). Jego siłę oceniono na 9,0‑9,1 magnitudy. Epicentrum trzęsienia znajdowało się około 70 kilometrów na wschód od półwyspu Oshiko (na Pacyfiku), a jego hipocentrumhipocentrumhipocentrum uplasowało się na głębokości około 30 kilometrów. Następstwem trzęsienia ziemi były olbrzymie fale tsunami, których wysokość w prefekturze Iwate oszacowano na ponad 40 metrów. Fale wdarły się w głąb lądu na odległość 10 kilometrów. W wyniku trzęsienia ziemi i fal tsunami śmierć poniosło około 16 tysięcy osób, a największa wyspa Japonii przesunęła się o 240 cm na wschód. Jednym z poważniejszych skutków tej katastrofy było także skażenie środowiska naturalnego wywołane awarią elektrowni atomowej w Fukushimie.

R1YLW92wuDdRs

Mapa przedstawia wysokość fal tsunami powstałych w następstwie trzęsienia ziemi w dniu 11 marca 2011 roku u wybrzeży Japonii. Kolor bordowy oznacza studwudziestocentymetrową falę tsunami. Stopniowo kolor zmienia się w czerwony, który oznacza sześćdziesięciocentymetrową falę, aż do koloru pomarańczowego oznaczającego dziesięciocentymetrową falę. Kolor bordowy na mapie ciągnie się od wybrzeży Japonii, przez centrum oceanu aż do wybrzeży Ameryki Południowej, gdzie zmienia się w kolor czerwony. Z prawej i lewej strony znajduje się kolor pomarańczowy, a poniżej kontynentu australijskiego kolor żółty.

R1Q2c3V18FRrW

Zdjęcie przedstawia wybrzeże Japonii po tsunami. Po wodzie dryfują liczne szczątki drewna i inne śmieci, na lądzie natomiast naniesione są ogromne masy błota. Widoczne są bardzo nieliczne szczątki budynków zrównanych z ziemią.

Słownik