Przeczytaj
Trzęsienia ziemi – czym są i jak powstają?
Przypomnijmy, czym są trzęsienia ziemi – są to wstrząsy, drgania skorupy ziemskiej. Drgania te mogą być pojedyncze lub wielokrotne, będące „echem” pierwszego wstrząsu, nazywane wówczas wstrząsami wtórnymi. Źródłem drgań są ruchy mas skalnych w skorupie ziemskiej oraz przemieszczanie się magmy. Samo drganie jest falą, w tym przypadku falą sejsmiczną. Trzęsienie ziemi jest zjawiskiem zachodzącym pod powierzchnią ziemi, ale jego skutki odczuwane są na powierzchni.
Trzęsienia ziemi występują głównie wzdłuż stref ryftowych i stref subdukcji. Na wielu obszarach na świecie trzęsienia ziemi nie występują wcale, dlatego wyróżnia się obszary:
asejsmiczne, gdzie trzęsienia ziemi nie występują;
pensejsmiczne, gdzie trzęsienia ziemi są słabe i występują rzadko;
sejsmiczne, gdzie trzęsienia ziemi są silne i występują często.
Trzęsienia ziemi spowodowane ruchami płyt tektonicznych występują najczęściej i mają największy zasięg. Stanowią one blisko 90% wszystkich trzęsień. Znacznie rzadziej występują trzęsienia spowodowane wybuchami wulkanów. Zjawiska wulkaniczne są związane również z przemieszczaniem się magmy, ale także z wydobywaniem się gazów na powierzchnię, dlatego też mogą prowadzić do drgań i powstawania fal sejsmicznych. Najrzadziej występują trzęsienia ziemi związane z występowaniem kopalń czy jaskiń i zapadaniem się ich stropów.
Siła trzęsień ziemi
Siła trzęsienia zależy zarówno od warunków, w których powstaje, jak również odległości od epicentrumepicentrum. Do pomiaru siły trzęsień ziemi można używać różnych skal. Najczęściej stosuje się skalę Mercallego i skalę Richtera.
Skala Mercallego ma 12 stopni i mierzy intensywność wstrząsu, biorąc pod uwagę amplitudę drgań oraz czas drgania.
Wielkość | Opis |
---|---|
1 stopień | Drgania wyczuwane tylko przez przyrządy. |
2‑3 stopnie | Lekkie drgania, odczuwane tylko przez niektórych ludzi. |
4‑5 stopni | Ogólnoodczuwalne wstrząsy, poruszanie się drobnych przedmiotów. |
6‑7 stopni | Wyraźne zniszczenia, odpadanie tynku, walenie się kominów. |
8‑10 stopni | Rozległe zniszczenia, powstawanie szczelin w ziemi, osuwisk. |
11‑12 stopni | Zmiany konfiguracji lądów, osuwiska, szczeliny, podniesienie się poziomu wód gruntowych. |
Indeks dolny Źródło: Skale i skutki trzęsień ziemi, pgi.gov.pl (dostęp 3.09.2021). Indeks dolny koniecŹródło: Skale i skutki trzęsień ziemi, pgi.gov.pl (dostęp 3.09.2021).
Skala Richtera mierzy energię, która zostaje wyzwolona poprzez trzęsienie ziemi, czyli tzw. magnitudę. Każdy stopień skali wskazuje na wyzwolenie energii 10 razy większej niż stopień poprzedzający. Najczęściej jednak skalę tę oznacza się do maksymalnie 10 stopni, co ma związek z najsilniejszym dotąd zanotowanym trzęsieniem ziemi, wynoszącym 9,5 stopnia w tej skali.
Skala Richtera | Skutki | Średnia liczba trzęsień ziemi rocznie |
---|---|---|
< 2,0 | Najmniejsze wstrząsy, rzadko odczuwane przez człowieka. | ok. 2 920 000 |
2,0–3,4 | Wstrząsy odczuwane przez niewielką grupę ludzi. | ok. 800 000 |
3,5–4,2 | Bardzo małe wstrząsy, odczuwane przez większość ludzi. | ok. 30 000 |
4,3–4,8 | Odczuwane przez wszystkich, nieszkodliwe. | ok. 4800 |
4,9–5,4 | Odczuwane przez wszystkich, powodują bardzo niewielkie zniszczenia. | ok. 1400 |
5,5–6,1 | Średnie wstrząsy, powodują mniejsze uszkodzenia budynków. | ok. 500 |
6,2–6,9 | Duże wstrząsy, powodują znaczne zniszczenia. | ok. 100 |
7,0–7,3 | Poważne zniszczenia. | ok. 15 |
7,4–8,0 | Ogromne zniszczenia. | ok. 4 |
8,1–8,9 | Ogromne zniszczenia, katastrofalne skutki dla wielu krajów. | ok. 1 |
9,0 | Trzęsienie, które może zburzyć wszystkie miasta na terenie większym niż kilkanaście tysięcy km². | ok. raz na 20 lat |
Indeks dolny Źródło: Skale i skutki trzęsień ziemi, pgi.gov.pl (dostęp 3.09.2021). Indeks dolny koniecŹródło: Skale i skutki trzęsień ziemi, pgi.gov.pl (dostęp 3.09.2021).
W Europie stosowana jest 12‑stopniowa skala intensywności, nazwaną Europejską Skalą Makrosejsmiczną – EMS‑98 (European Macroseismic Scale).
Stopień | Charakterystyka | |
---|---|---|
I | NIEODCZUWALNE | Drgania nieodczuwalne, rejestrowane tylko przez przyrządy. |
II | MAŁO ODCZUWALNE | Drgania odczuwane przez pojedyncze osoby przebywające w budowlach na wyższych piętrach i będące w stanie spoczynku. |
III | SŁABE | Drgania odczuwane jako kołysanie przez nieliczne osoby przebywające w budynkach. |
IV | POWSZECHNIE ODCZUWALNE | Drgania odczuwane przez większość osób w budynkach. Obserwuje się lekkie kołysanie przedmiotów wiszących, drżenie szyb i naczyń. Drgania odczuwane przez nieliczne osoby znajdujące się na zewnątrz. |
V | SILNE | Drgania odczuwane przez wszystkie osoby znajdujące się w budynkach z powodu kołysania się budynków. Następuje kołysanie przedmiotów wiszących i przesuwanie się mebli. Osoby śpiące wybudzają się. Na zewnątrz odczuwane przez wiele osób. |
VI | LEKKO NISZCZĄCE | Powszechnie odczuwalne wewnątrz budynków, w budynkach obrazy spadają ze ścian, przesuwają i przewracają się meble, wielu ludzi opuszcza budynki; na budynkach powstają rysy w otynkowaniu, odpadanie tynku. |
VII | NISZCZĄCE | Znaczne szkody, w mieszkaniach wszystkie przedmioty poprzesuwane i poprzewracane; ludzie w panice opuszczają budynki, pojawiają się rysy i spękania w murach, spadają dachówki. |
VIII | BARDZO NISZCZĄCE | Budynki murowane ulegają poważnym uszkodzeniom. Wieże i kominy przewracają się. Budynki drewniane ulegają znacznym deformacjom. |
IX | DESTRUKCYJNE | Mocne budynki murowane ulegają zawaleniu. |
X | BARDZO DESTRUKCYJNE | Większość budynków ulega zniszczeniu aż do fundamentów. Drogi, mosty, tory kolejowe ulegają deformacjom i są poważnie uszkodzone. |
XI | PUSTOSZĄCE | Budynki murowane zniszczone w całości. Zniszczeniu ulegają wały ziemne, rurociągi, szyny kolejowe. Zmiany w topografii terenu. |
XII | CAŁKOWICIE PUSTOSZĄCE | Wszystkie konstrukcje ulegają całkowitemu zniszczeniu. Olbrzymie zmiany topograficzne. Liczne obrywy skalne, osuwiska. Poważne zmiany w sieci wodnej i wodach podziemnych. |
Indeks dolny Źródło: Skale i skutki trzęsień ziemi, pgi.gov.pl (dostęp 3.09.2021). Indeks dolny koniecŹródło: Skale i skutki trzęsień ziemi, pgi.gov.pl (dostęp 3.09.2021).
Pomiar trzęsienia ziemi
Pomiar siły trzęsienia ziemi jest możliwy dzięki sejsmografomsejsmografom, czyli urządzeniom, które rejestrują drgania w skorupie ziemskiej. Podstawowym elementem sejsmografu jest wahadło, czyli element zawieszony swobodnie, który reaguje ruchem na pojawiające się trzęsienie skorupy ziemskiej. Zapis trzęsienia ziemi tradycyjnie odbywał się za pomocą rylca, który odrysowywał trzęsienie na powierzchni stykającego się z nim walca (zob. poniższy rysunek). Później stosowano zapis za pomocą taśmy światłoczułej, a obecnie sejsmografy obsługiwane są za pomocą komputerów. Bez względu na zastosowany sposób zapisu, efektem jest sejsmogramsejsmogram, dzięki któremu można opisać przebieg trzęsienia.
Metody przewidywania trzęsień ziemi
Możliwość przewidywania trzęsień ziemi ma związek z pewnymi zjawiskami, które poprzedzają trzęsienie właściwe. Można do nich zaliczyć:
spiętrzanie gruntu, które jest jednak niewidoczne gołym okiem i wymaga aparatury pomiarowej (przykładem może być wypukłość Palmdale koło Los Angeles),
różną charakterystykę fal sejsmicznych (fale sejsmiczne pionowe zmniejszają swoją prędkość na kilka miesięcy lub tygodni przed trzęsieniem i ponownie przyspieszają tuż przed nim),
zmianę poziomu wody w studniach,
wzrost zawartości radonu w wodach gruntowych.
Czas | Opis |
---|---|
od starożytności | Jedną z pierwszych metod przewidywania trzęsień ziemi była obserwacja zachowania zwierząt, np. szczurów. W sytuacji zbliżającego się trzęsienia ziemi zwierzęta zaczynają się inaczej zachowywać, zmieniają miejsce bytowania. Obecnie również zwraca się uwagę na tę metodę i w niektórych środowiskach uznaje się, że konieczne są dokładne badania nad zwierzętami. Badania takie prowadzone są w Japonii i Chinach. |
lata 70. XX w. | We Włoszech postulowano konieczność badania emisji radonu, którego stężenie w wodach gruntowych rośnie w sytuacji zbliżającego się trzęsienia ziemi. Nie jest to jednak jedyna przyczyna wzrostu stężenia tego pierwiastka, dlatego metoda została uznana za nieskuteczną. |
lata 70. XX w. | Na podstawie różnej prędkości fal sejsmicznych pionowych przewidziano trzęsienie ziemi w 1971 roku w San Fernando. |
lata 70. XX w. | Na podstawie zmian, jakie zachodzą w skałach, można było przewidzieć trzęsienie ziemi w Hollister w San Andreas w 1974 roku. Przed trzęsieniem ziemi zaobserwowano wzrost objętości skał, zmiany oporu elektrycznego i pola elektromagnetycznego, a także wzrost przepuszczalności gazów. |
lata 70. XX i obecnie | Informacji o zbliżającym się trzęsieniu ziemi może dostarczyć obserwacja chmur. Przed trzęsieniem ziemi dochodzi do ogromnego spiętrzenia chmur. |
współcześnie | W USA w ramach SAFOD, czyli San Andreas Fault Observatory at Depth, trzęsienia ziemi przewiduje się poprzez prawie 3 km odwierty w ziemi, gdzie obserwuje się spękania skał, co pozwoliło dwukrotnie przewidzieć trzęsienie – raz na dwie, a za drugim razem na 10 godzin przez głównym wstrząsem. |
współcześnie | PRE‑EARTHQUAKES to projekt wspólny państw europejskich i Rosji, angażuje 20 systemów satelitarnych i 100 stacji naziemnych, w tym ESA, NASA i ROSKOSMOS. Dzięki projektowi opracowano dynamiczną ocenę ryzyka sejsmicznego DASR. |
współcześnie | Ragnar Slung z Uniwersytetu w Uppsali prowadzi badania na zlecenie Szwedzkiej Agencji Badań Przemysłu Obronnego. Za istotne w przewidywaniu trzęsień ziemi uznaje badanie niewielkich wstrząsów (które poprzedzają właściwe trzęsienie) oraz monitorowanie zmian naprężenia skał. |
współcześnie | Pracownicy ośrodków naukowych w Rosji i Japonii badają stan atmosfery, a dokładnie jonosfery, która zmienia swój skład na kilka dni przed trzęsieniem ziemi. Trzęsienie z 2011 roku w Fukushimie potwierdziło wyniki badań. |
Indeks dolny Źródło: oprac. na podstawie P. Węgrzyn, Trzęsienia ziemi i szósty zmysł zwierząt, „Foton” 2008, nr 103, s. 23–32; cordis.europa.eu (dostęp 3.09.2021); USGS, The San Fernando, California, earthquake of February 9, 1971; a preliminary report published jointly by the U.S. Geological Survey and the National Oceanic and Atmospheric Administration, USGS, 1971. Indeks dolny koniecŹródło: oprac. na podstawie P. Węgrzyn, Trzęsienia ziemi i szósty zmysł zwierząt, „Foton” 2008, nr 103, s. 23–32; cordis.europa.eu (dostęp 3.09.2021); USGS, The San Fernando, California, earthquake of February 9, 1971; a preliminary report published jointly by the U.S. Geological Survey and the National Oceanic and Atmospheric Administration, USGS, 1971.
Podane w tabeli przykłady mogą stwarzać wrażenie, że nauce udało się opracować metody pozwalające precyzyjnie określić czas i miejsce wystąpienia trzęsienia ziemi. Niestety, ciągle jeszcze są to jednostkowe przypadki. Najbardziej spektakularnym przykładem jest bez wątpienia trzęsienie ziemi o sile 7,3 stopnia w skali Richtera, które 4 lutego 1975 roku nawiedziło miasto Haicheng w prowincji Liaoning, w północno‑wschodnich Chinach. Miasto uległo zniszczeniu, ale ofiar było relatywnie niewiele, około 200 osób, ponieważ sejsmolodzy na podstawie obserwacji nietypowego zachowania zwierząt przewidzieli trzęsienie i ostrzegli ludność przed niebezpieczeństwem. Była to pierwsza w historii pomyślna prognoza trzęsienia ziemi. Zarządzono ogólną ewakuację, w wyniku czego milion osób zamieszkałych w tym rejonie opuściło domy. Zaledwie pięć i pół godziny po ostatnim ostrzeżeniu nastąpił niszczycielski wstrząs.
Niestety system oparty na badaniu występowania radonu nadal nie doczekał się twardych dowodów potwierdzających jego skuteczność. Emisja tego gazu ze skorupy ziemskiej nie musi być bowiem powiązana z nadchodzącym trzęsieniem ziemi i z tego względu jest powodem dużej liczby fałszywych alarmów, co sprawia, że technologia ta jest mało wiarygodna. Duże nadzieje wiązano z pomiarami promieniowania elektromagnetycznego w żyłach kwarcu, na poziom którego mają wpływ naprężenia poprzedzające trzęsienie ziemi. Niestety nie znaleziono sposobu na oddzielenie promieniowania elektromagnetycznego kwarcu od promieniowania generowanego przez inne minerały.
Zdaniem specjalistów mimo prowadzenia intensywnych i wielokierunkowych badań obecnie nie potrafimy dokładnie przewidzieć czasu trzęsienia ziemi w krótkim okresie. Znacznie łatwiej jest przewidywać możliwości wystąpienia takich zdarzeń w dłuższych, minimum dziesięcioletnich okresach.
Znaczenie przewidywania trzęsień ziemi
Trzęsienia ziemi, zwłaszcza te o większej sile, wywołują znaczące skutki ekologiczne oraz powodują straty gospodarcze, stwarzają także zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi i zwierząt. Do najważniejszych skutków trzęsień ziemi należy zaliczyć:
zniszczenia zabudowy (budynków, dróg, infrastruktury),
ofiary w ludziach,
obrywanie materiału skalnego (np. na brzegach lub w dolinach),
ruchy osuwiskowe,
pęknięcia na powierzchni ziemi,
zmiany poziomu wód gruntowych,
fale tsunami (jeśli trzęsienie ziemi występuje w dnie oceanicznym),
zmiany ukształtowania terenu.
Skoro jeszcze nie dysponujemy metodami pozwalającymi na precyzyjne przewidywanie występowania trzęsień ziemi, być może należy skoncentrować się na zapobieganiu ich skutkom. Największe znaczenie w tym względzie mają działania z zakresu inżynierii lądowej, a w szczególności związane z mechaniką konstrukcji, ponieważ większość strat i ofiar powodowana jest przez zaburzenie stabilności podłoża i zniszczenie zabudowy (nie licząc oczywiście skutków wtórnych wywołanych przez tsunami). Zapobieganie polega generalnie na odpowiednim projektowaniu konstrukcji obiektów budowlanych, tak aby były one zdolne wytrzymać wstrząsy powstałe podczas trzęsień ziemi.
Słownik
miejsce na powierzchni Ziemi, do którego dochodzą fale, znajdujące się dokładnie nad hipocentrum
ognisko trzęsienia ziemi, znajduje się głęboko pod powierzchnią ziemi
urządzenie rejestrujące siłę trzęsienia ziemi
zapis przebiegu trzęsienia ziemi dokonany za pomocą sejsmografu