Trzęsienie ziemi - krótkotrwałe drgania skorupy ziemskiej powstałe w wyniku nagłych przesunięć mas skalnych wewnątrz litosfery, czyli inaczej rozładowanie naprężeń powstałych w skorupie ziemskiej w czasie ruchów fragmentów litosfery. Podczas trzęsienia w zależności od jego siły, podłoże może łagodnie falować lub gwałtownie unosić się w górę i w dół. Czasami zdarzają się poziome przesunięcia gruntu. Często głównemu wstrząsowi towarzyszą tzw. wstrząsy wtórne, z których każdy jest słabszy od poprzedniego. Nie oznacza to jednak, że wstrząsy wtórne są mniej groźne. Potrafią one dokonać nawet większych zniszczeń niż główny wstrząs.
Z miejsc uwolnienia naprężeń rozchodzą się fale sejsmiczne. Dzieli się je na:
- płytkie (najczęściej spotykane) - źródło znajduje się na głębokości do 70 km
- pośrednie - źródła występują na głębokościach od 70 km do 300 km
- głębokie - źródła są na głębokościach od 300 km do 700 km
Czas trzęsienia ziemi jest bardzo krótki (od kilku sekund do kilku minut). Jednak ich siła może nawet 10 000 razy przewyższyć siłę bomby atomowej zrzuconej na Hiroszimę w 1945r.
Trzęsienie nie występuje jednocześnie i z jednakową siłą na całym obszarze objętym trzęsieniem. zaczyna się od niewielkiego ośrodka - źródła wstrząsów zwanego ogniskiem - gdzie powstają fale sejsmiczne. Ognisko nosi nazwę hipocentrum. Punkt na powierzchni Ziemi znajdujący się bezpośrednio nad hipocentrum to tzw. epicentrum. Fale sejsmiczne mają zmienne natężenie - siła wstrząsu maleje wraz z odległością od epicentrum.
Rodzaje trzęsień ziemi
1. Tektoniczne - najczęstsze (90%) i najgroźniejsze. Ich przyczyna to gwałtowne rozładowanie energii nagromadzonej w skorupie ziemskiej lub górnym płaszczu. Energia w ośrodkach skalnych kumuluje się, a gdy przekroczy krytyczną wartość, ośrodek pęka powodując wstrząs. Większość trzęsień tego typu powstaje w strefach granicznych płyt litosfery. Trzęsienia tektoniczne występują także w młodych pasmach fałdowych, w strefach, gdzie subdukcja już wygasła. Trzęsienia tektoniczne są związane z przemieszczaniem się mas skalnych w istniejących uskokach, lub z powstawaniem nowych, młodych uskoków. Różnią się od trzęsień wulkanicznych tym, że od razu następuje najsilniejszy wstrząs, podczas gdy w trzęsieniach wulkanicznych wstrząsy są stopniowo coraz silniejsze.
2. Wulkaniczne - ich przyczyną jest ruch magmy w skorupie ziemskiej, eksplozje w kraterze wulkanu, wylewy law i in. procesy wulkaniczne. Hipocentra wulkanicznych trzęsień ziemi znajdują się zwykle na głębokości do 30 km. Epicentra są usytuowane blisko centrum erupcji. Trzęsienia te na ogół poprzedzają erupcję (o kilka godzin, dni lub nawet miesięcy) lub występują w jej pierwszych fazach. Następstwem wulkanicznych trzęsień ziemi bywają niekiedy groźne osuwiska i lawiny. Trzęsienia te są jednak znacznie słabsze od trzęsień tektonicznych.
3. Zapadowe - związane z obszarami krasowymi, na których dochodzi do zawalania się stropów nad jaskiniami lub innymi próżniami w podłożu. Stanowią ok. 2% ogółu trzęsień, ich skutki są słabo odczuwalne.
4. Antropogeniczne - wstrząsy spowodowane tąpnięciami. Do ich powstania może przyczynić się także naruszenie równowagi naprężeń w górotworze bądź też napełnienie zbiornika zaporowego. Na obszarach gęsto zabudowanych mogą spowodować znaczące szkody materialne.
Jest to podział trzęsień ziemi ze względu na przyczynę. Istnieje również podział ze względu na powiązanie ze wstrząsem zasadniczym:
1. Wstępne - o słabej magnitudzie
2. Zasadnicze - o największej magnitudzie
3. Następcze - po wstrząsie zasadniczym, o zmniejszającej się magnitudzie
Ostatnim podziałem jest wymieniony wcześniej podział ze względu na głębokość ogniska.
Duża koncentracja trzęsień ziemi na obszarach oceanicznych jest związana z podwodnymi łańcuchami górskimi, wtedy też powstają ogromne fale, zwane tsunami. Na samym oceanie te fale są słabo zauważalne, chociaż przemieszczają się z prędkością do 790km/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 serii ogromnych fal. Geograficznie rozmieszczenie trzęsień ziemi pokrywa się także z obszarem występowania wulkanów.
Ze względu na częstotliwość występowania trzęsień na danym terenie wyróżnia się obszary:
• Sejsmiczne - częstych i silnych trzęsień ziemi,
• Pensejsmiczne - rzadkich i słabych wstrząsów,
• Asejsmiczne - bez wstrząsów sejsmicznych
Jak powstają trzęsienia ziemi?
Aby odpowiedzieć na to pytanie należy najpierw zapoznać się z tektoniką płyt - teorią sformułowaną przez kanadyjskiego geofizyka Johna Tuzo Wilsona w 1965 r. wyjaśniającą zjawiska dryfu kontynentów, rozszerzania dna oceanicznego oraz powstawania form rzeźby powierzchni Ziemi. Według tej teorii skorupa ziemska jest podzielona na szereg dużych i małych płyt o grubości sięgającej 100 km, które poruszają się względem siebie, prawdopodobnie pod wpływem prądów konwencjonalnych (inaczej: podskorupowych, są to przepływy plastycznej materii skalnej i skalno - magmowej) w płaszczu Ziemi. Na krawędziach płyt, tam gdzie zderzają się one lub odsuwają od siebie, powstają główne formy rzeźby terenu, np. wulkany, góry fałdowe, rowy i grzbiety oceaniczne.
Strefa rozsuwania - dwie płyty odsuwają się od siebie, a rozpuszczona skała z płaszcza Ziemi podnosi się do powierzchni pomiędzy płytami i twardnieje, tworząc nową skorupę, zwykle w formie grzbietu oceanicznego. Nowo utworzona skorupa osadza się po obu stronach grzbietu, powodując rozszerzanie się dna oceanicznego. Takie zjawisko zachodzi np. w Grzbiecie Środkowo - atlantyckim. Dno Oceanu Atlantyckiego rozszerza się powodując powolne odsuwanie się Ameryki Północnej od Europy z prędkością 2 - ch centymetrów rocznie.
Strefa podsuwania - dwie płyty napierające na siebie. Płyta o większej gęstości może zostać zmuszona do zanurzenia się pod drugą na obszarze zwanym strefą subdukcji. Obniżająca się płyta roztapia się do postaci magmy, która może się następnie podnieść do powierzchni Ziemi przez szczeliny i uskoki, tworząc wulkany. Jeśli obie płyty zbudowane są z łatwiej utrzymującej się na powierzchni skorupy kontynentalnej, subdukcja nie występuje. W zamian za to skorupa ziemska zgina się stopniowo, tworząc pasma młodych gór fałdowych, takich jak Himalaje, Andy i Góry Skaliste.
Strefa uskoku transformacyjnego - czasami dwie płyty ślizgają się względem siebie. Np. uskok San Andreas w Kaliforni, gdzie ruch płyt może przyjmować postać nagłych szarpnięć, powodując trzęsienia ziemi powszechnie występujące w regionie San Francisco - Los Angeles. Większość trzęsień ziemi i stref wulkanicznych na świecie w rzeczywistości znajduje się na obszarach, gdzie dwie płyty stykają się lub rozsuwają. Zdarza się, że przez długie okresy płyty tektoniczne stoją w bezruchu, ponieważ hamuje je siła tarcia. Kiedy naprężenia stają się zbyt duże, wówczas następuje gwałtowne pęknięcie uruchamiające płyty, co powoduje trzęsienie. Kiedy następuje wstrząs, powstają fale sejsmiczne rozchodzące się od epicentrum trzęsienia ziemi. Rozróżnia się trzy podstawowe rodzaje fal:
- Podłużne - rozchodzące się w taki sam sposób jak fale dźwiękowe i powodujące drgania wzdłuż drogi fali,
- Poprzeczne - wywołujące drgania skał prostopadłe do drogi fali,
- Powierzchniowe - wywołujące falowanie gruntu i wzmagające zniszczenia dokonane przez fale poprzeczne.
Do zapisu drgań podczas trzęsienia ziemi służą bardzo czułe urządzenia - sejsmometry. Są one w stanie wykryć nawet najsłabsze wstrząsy. Sejsmometr składa się z ciężarka zawieszonego na sprężynie i mechanizmu zegarowego sterującego obrotowym bębnem. Obudowa tego urządzenia jest mocowana do podłoża. Podczas wstrząsów fale sejsmiczne wprawiają w ruch obudowę, a rysik naśladując ruchy podłoża rysuje na papierze zygzakowatą linię. W ten sposób powstaje sejsmogram. Dzięki niemu sejsmolodzy mogą natychmiast śledzić każde poruszenie w skałach skorupy ziemskiej.
Skala Mercallego - jest używana do mierzenia intensywności (natężenia) trzęsienia ziemi. Jej nazwa pochodzi od włoskiego sejsmologa Giuseppe Mercallego. Intensywność jest wielkością subiektywną, ocenianą na podstawie obserwowanych zjawisk i zmienia się zależnie od miejsca.
Wyróżnia ona 12 poziomów zaburzeń, np.:
- stopień 2 - nieznaczne drgania, lekkie kołysanie się zawieszonych przedmiotów
- stopień 5 - drgania dość mocne, skutki są wyraźnie odczuwalne, płyny wylewają się z naczyń, wypadają szyby z okien
- stopień 7 - wstrząsy bardzo silne, walą się kominy, pękają ściany i odpadają tynki
- stopień 8 - zniszczenia, słabsze konstrukcje, pomniki, ściany zostają zburzone
- stopień 10 - klęska, wiele budynków legnie w gruzach, grunt pęka, możliwość osuwisk i tsunami
- stopień 12 - katastrofa, wielkie zniszczenia i odkształcenia terenu, ziemia jest bardzo pofałdowana na znacznym obszarze, mniejsze przedmioty „fruwają”.
Skala Richtera - jest oparta na pomiarach fal sejsmicznych i używana do określania wielkości trzęsienia ziemi w jego epicentrum. Wielkość trzęsienia ma charakter subiektywny i jego ocena daje różne wyniki w różnych miejscach dla tego samego trzęsienia ziemi. Skala została nazwana na cześć amerykańskiego sejsmologa Charlesa Richtera. Jest to tzw. skala otwarta, co oznacza, że nie ma określonej górnej granicy tej skali. Wielkość trzęsienia ziemi jest funkcją całkowitej ilości wyzwalanej energii, a każdy stopień w skali Richtera odpowiada dziesięciokrotnemu zwiększeniu energii w stosunku do poprzedniego stopnia.
Skutki trzęsień ziemi:
- wiele ofiar śmiertelnych wśród ludności
- pozbawienie wielu ludzi dachu nad głową
- szkody budowlane
- szkody gospodarcze (pękają rurociągi, gną się szyny kolejowe)
- zmiany w ukształtowaniu powierzchni ziemi
- wywołane przez trzęsienie ziemi obrywy, osuwiska mogą doprowadzić do zmiany sieci hydrograficznej
- fale tsunami, czyli niszczenie kolejnych domów, powodzie
