Trzęsienie ziemi. Charakterystyka i obszary występowania

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.

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

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.

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.

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

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.

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).

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.

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.

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.