Trzęsienie ziemi. Charakterystyka i obszary występowania

Trzęsienie ziemi to gwałtowne zaburzenie stanu równowagi we wnętrzu Ziemi, które prowadzi do wyzwolenia się energii w postaci fal sesjmicznych, ciepła i ruchu skał. Poruszanie się skał generuje drgania, rozchodzące się w postaci fal, które docierają na powierzchnię Ziemi jako niszczące fale powierzchniowe. Jakie znamy rodzaje trzęsień ziemi i czym są obszary sesjmiczne.

1. Czym jest trzęsienie ziemi?

Trzęsienie ziemi to gwałtowne uwolnienie dużych ilości energii zgromadzonej w skałach skorupy ziemskiej lub płaszcza górnego, połączone z ruchem warstw skalnych.

Fale docierające na Ziemię odczuwamy jako nagłe wstrząsy o różnej częstotliwości i sile. Wiele trzęsień ziemi powoduje ogromne zniszczenia; najczęściej wiążą się z ruchami tektonicznymi (trzęsienia ziemi tektoniczne), mogą też powstawać w wyniku zapadania się jaskiń, wybuchów wulkanów czy też obrywów skalnych.

Trzęsienia ziemi spowodowane falami sejsmicznymi, możemy podzielić na ruchy pionowe, poziome i ukośne. Szczególnie groźne są ruchy pionowe, w czasie których, jeśli zachodzi duża intensywność drgań gruntu, budynki mogą zostać wyrzucone w powietrze.

Zobacz film: "Cyfrowe drogowskazy ze Stacją Galaxy i Samsung: część 2"

Uderzenia ukośne również są niebezpieczne, szczególnie jeśli ich przebieg jest niezgodny z dłuższą osią budynku.

2. Podstawowe pojęcia związane z trzęsieniem ziemi

Wielkość trzęsienia ziemi wyrażana jest w stopniach magnitudy. Pomiary wstrząsów sejsmicznych dokonujemy przy pomocy sejsmografów. Nauka, która bada trzęsienia ziemi, to sejsmologia.

Podstawowe pojęcia związane z trzęsieniem ziemi to:

• epicentrum trzęsienia ziemi - terminem tym określa się miejsca na powierzchni ziemi, które położone są bezpośrednio nad ogniskiem wstrząsu; oznacza miejsce, w którym fale sejsmiczne rozchodzące się z ogniska w każdym kierunku osiągają najszybciej powierzchnię; zwykle w epicentrum fale te charakteryzują się największą siłą niszczącą, wprawiając podłoże w najwyższe wibracje (obszar epicentralny), nie jest to jednak reguła, ponieważ intensywność wstrząsów zależy też w dużej mierze od rodzaju podłoża i uwarunkowań geologicznych;
• ognisko trzęsienia ziemi - punkt, w którym rozpoczęło się uwalnianie energii nagromadzonej na linii uskoku, jest to punkt teoretyczny, gdyż tak naprawdę energia wstrząsu rozładowuje się na pewnej powierzchni uskoku;
• fala sejsmiczna - pojedyncza fala wibracji, w której nagromadzona energia uwolniona jest w czasie ruchów mas skalnych na linii uskoku; prędkość jej rozchodzenia się zależy od rodzaju fali i podłoża;
• homosejsta to linia łącząca obszary drgające w tym samym czasie.

2.1. Rodzaje fal sejsmicznych

Fale sejsmiczne dzielimy na:

• fale poprzeczne S - powodują falisty ruch warstw skalnych - skały zachowują się podobnie jak fale na wzburzonym morzu, rodzaj ten przemieszcza się jedynie w ciałach stałych, co oznacza, że odbijają się od np. zewnętrznego jądra ziemi;
• fale podłużne P - w ich wyniku skały na przemian rozciągają się i sprężają; przenoszą się zarówno w ciałach stałych, jak i w cieczach, przez co w przypadku bardzo mocnych wstrząsów pokonują całe wnętrze ziemi;
• fale powierzchniowe - najpóźniej docierają, poruszają się wolniej i są odpowiedzialne za większość zniszczeń na Ziemi. Fale te z kolei dzielimy na:
  • fale Love'a - wywołują przemieszczenia w płaszczyźnie równoległej do ziemi;
  • fale Rayleigha - wywołują przemieszczenia w płaszczyźnie prostopadłej do ziemi.

3. Rodzaje trzęsień ziemi

Trzęsienia ziemi możemy podzielić ze względu na przyczynę, na głębokość ogniska lub ze względu na powiązanie ze wstrząsem zasadniczym.

3.1. Podział ze względu na przyczynę

• wulkaniczne - wiążą się z gwałtownymi erupcjami wulkanów, zapadaniem się stropów opróżnianych komór magmowych lub zapadaniem kalder, trzęsienia ziemi tego rodzaju stanowią około 7% wszystkich takich zdarzeń na Ziemi;
• tektoniczne (dyskolacyjne) - są wynikiem przesunięć skał wzdłuż uskoku, ruch ten wiąże się z globalnymi ruchami płyt tektonicznych, uskok zaś może być granicą stykania się dwóch płyt, mogą jednak również występować w dużej odległości od granic płyt litosfery, stanowią 90% wszystkich zjawisk sejsmicznych na Ziemi;
• zapadowe (zapadliskowe) - wiążą się z obszarami kresowymi, w miejscach, gdzie dochodzi do zawalania się stropów jaskiń lub innych próżni w podłożu, zjawisko lokalne, słabo odczuwalne, stanowi około 2% wszystkich zdarzeń sejsmicznych;
• antropogeniczne - wiążą się z działalnością człowieka w litosferze (takimi jak m.in. tąpnięcia w górnictwie, zruszenie równowagi sił w skałach po napełnieniu tamy); w miejscach gęsto zaludnionych mogą wyrządzić wiele szkód, jednak zwykle są niegroźne.

3.2. Podział ze względu na głębokość ogniska

Przyjmując kryterium głębokości ogniska, trzęsienia ziemi dzielimy na:

• głębokie (3%: 350 - 700 km);
• średnie (12%: 70 - 350 km);
• płytkie (85%: do 70 km).

3.3. Podział ze względu na powiązanie ze wstrząsem zasadniczym

Jeśli przyjmiemy kryterium powiązania ze wstrząsem zasadniczym, trzęsienia ziemi dzielimy na:

• wstępne (ang. foreshock) - słaba magnituda;
• zasadnicze (ang. main shock) - największa magnituda;
• następcze (ang. aftershock) - magnituda wraz z upływem czasu się zmniejsza.

4. Rodzaje obszarów aktywności sejsmicznej

Biorąc pod uwagę częstotliwość występowania trzęsień ziemi, wyróżniamy obszary:

• sejsmiczne, na których odczuwalne wstrząsy są zjawiskiem niemal codziennym;
• pansejsmiczne, na których silne trzęsienia ziemi występują dość rzadko;
• asejsmiczne, na których bardzo rzadko występują umiarkowane wstrząsy sejsmiczne.

5. Skutki trzęsień ziemi

Skutki zjawisk sejsmicznych to między innymi:

• uskoki gruntu;
• rysy i spękania na powierzchni ziemi;
• podniesienie wybrzeża i utworzenie klifu;
• zapadliska;
• odseparowanie części wybrzeża od stałego lądu i utworzenie płycizny;
• zjawisko upłynnienia gruntu;
• wybuchy wulkanów;
• tsunami;
• nieckowate jeziorka;
• zjawisko sejszy na jeziorach i innych zamkniętych zbiornikach wodnych;
• wysychanie lub "przelewanie się" części jeziora (na skutek uskoków gruntu).

Trzęsienie ziemi to niestety bardzo często ofiary śmiertelne i straty materialne. Wśród pośrednich skutków trzęsienia ziemi zaliczamy także czasem niszczycielskie pożary.