Trzęsienie ziemi

Epicentra trzęsień ziemi występują głównie wzdłuż granic płyt tektonicznych, a zwłaszcza na Pacyficznym Pierścieniu Ognia .
Globalny ruch tektoniczny płyt

Trzęsienie ziemi (znane również jako trzęsienie , drżenie lub temblor ) to wstrząsanie powierzchni Ziemi w wyniku nagłego uwolnienia energii w ziemskiej litosferze , która tworzy fale sejsmiczne . Trzęsienia ziemi mogą mieć różną intensywność, od tych tak słabych, że ich nie można odczuć, po te na tyle gwałtowne, że wyrzucają obiekty i ludzi w powietrze, niszczą infrastrukturę krytyczną i sieją zniszczenie w całych miastach. Aktywność sejsmiczna danego obszaru to częstotliwość, rodzaj i wielkość trzęsień ziemi występujących w określonym czasie. Sejsmiczność miejscu na Ziemi to średnia szybkość uwalniania energii sejsmicznej na jednostkę objętości. Słowo drżenie jest również używane w odniesieniu do wstrząsów sejsmicznych niezwiązanych z trzęsieniami ziemi .

Na powierzchni Ziemi trzęsienia ziemi objawiają się wstrząsami i przemieszczaniem lub niszczeniem gruntu. Kiedy epicentrum dużego trzęsienia ziemi znajduje się na morzu, dno morskie może zostać przesunięte na tyle, by wywołać tsunami . Trzęsienia ziemi mogą również powodować osunięcia ziemi .

W najbardziej ogólnym sensie słowo trzęsienie ziemi jest używane do opisania każdego zdarzenia sejsmicznego — naturalnego lub spowodowanego przez człowieka — które generuje fale sejsmiczne. Trzęsienia ziemi są spowodowane głównie pękaniem uskoków geologicznych , ale także innymi zdarzeniami, takimi jak aktywność wulkaniczna, osunięcia ziemi, wybuchy min i próby jądrowe . Punkt początkowego pęknięcia trzęsienia ziemi nazywany jest jego hipocentrum lub ogniskiem. Epicentrum to punkt na poziomie gruntu bezpośrednio nad hipocentrum.

Naturalne trzęsienia ziemi




Trzy rodzaje błędów: A. Uderzenie-poślizg B. Normalny C. Odwrócony

tektoniczne występują w dowolnym miejscu na ziemi, gdzie zmagazynowana energia odkształcenia sprężystego jest wystarczająca do napędzania propagacji pęknięć wzdłuż płaszczyzny uskoku . Boki uskoku przesuwają się obok siebie płynnie i asejsmicznie tylko wtedy, gdy wzdłuż powierzchni uskoku nie ma nieregularności lub nierówności , które zwiększają opór tarcia. Większość powierzchni uskoków ma takie nierówności, co prowadzi do zachowania typu stick-slip . Po zablokowaniu uskoku ciągły ruch względny między płytami prowadzi do wzrostu naprężeń, a tym samym zmagazynowanej energii odkształcenia w objętości wokół powierzchni uskoku. Trwa to, dopóki naprężenie nie wzrośnie wystarczająco, aby przebić się przez nierówności, nagle umożliwiając przesuwanie się po zablokowanej części uskoku, uwalniając zmagazynowaną energię . Energia ta jest uwalniana jako połączenie wypromieniowanych fal sejsmicznych odkształcenia sprężystego , nagrzewania powierzchni uskoku przez tarcie i pękania skały, powodując w ten sposób trzęsienie ziemi. Ten proces stopniowego narastania odkształceń i naprężeń przerywany sporadycznymi nagłymi uszkodzeniami spowodowanymi trzęsieniem ziemi jest określany jako teoria elastycznego odbicia . Szacuje się, że tylko 10 procent lub mniej całkowitej energii trzęsienia ziemi jest wypromieniowywane w postaci energii sejsmicznej. Większość energii trzęsienia ziemi jest wykorzystywana do napędzania pęknięcia trzęsienia ziemi lub jest przekształcana w ciepło wytwarzane przez tarcie. Dlatego trzęsienia ziemi obniżają dostępną sprężystą energię potencjalną Ziemi i podnoszą jej temperaturę, chociaż zmiany te są znikome w porównaniu z przewodzącym i konwekcyjnym przepływem ciepła z głębokiego wnętrza Ziemi.

Rodzaje uszkodzeń spowodowanych trzęsieniami ziemi

Istnieją trzy główne rodzaje uskoków, z których wszystkie mogą powodować trzęsienie ziemi międzypłytowe : normalny, odwrócony (ciąg) i poślizg. Normalne i odwrócone uskoki to przykłady poślizgu, w którym przemieszczenie wzdłuż uskoku jest w kierunku zapadu i gdzie ruch na nich obejmuje składową pionową. Wiele trzęsień ziemi jest spowodowanych ruchem na uskokach, które mają składowe zarówno poślizgu, jak i poślizgu; jest to znane jako ukośne poślizgnięcie. Najwyżej położona, krucha część skorupy ziemskiej i chłodne płyty płyt tektonicznych schodzące do gorącego płaszcza to jedyne części naszej planety, które mogą gromadzić energię sprężystą i uwalniać ją w pęknięciach uskoków. Skały gorętsze niż około 300 ° C (572 ° F) płyną w odpowiedzi na stres; nie pękają podczas trzęsień ziemi. Maksymalne obserwowane długości pęknięć i mapowanych uskoków (które mogą pękać w jednym pęknięciu) wynoszą około 1000 km (620 mil). Przykładami są trzęsienia ziemi na Alasce (1957) , Chile (1960) i Sumatrze (2004) , wszystkie w strefach subdukcji. Najdłuższe trzęsienia ziemi w uskokach typu strike-slip, takich jak uskok San Andreas ( 1857 , 1906 ), północnoanatolijski uskok w Turcji ( 1939 ) i uskok Denali na Alasce ( 2002 ), mają od połowy do jednej trzeciej długości długości wzdłuż brzegów płyt subdukcyjnych i wzdłuż normalnych uskoków są jeszcze krótsze.

Normalne usterki

Normalne uskoki występują głównie w obszarach, w których skorupa się rozciąga, takich jak rozbieżna granica . Trzęsienia ziemi związane z normalnymi uskokami mają na ogół wielkość mniejszą niż 7. Maksymalne wielkości wzdłuż wielu normalnych uskoków są jeszcze bardziej ograniczone, ponieważ wiele z nich znajduje się wzdłuż centrów rozprzestrzeniania się, jak na Islandii, gdzie grubość kruchej warstwy wynosi tylko około sześciu kilometrów (3,7 mi).

Odwróć błędy

Odwrotne uskoki występują w obszarach, w których skorupa jest skracana , na przykład na zbieżnej granicy. Uskoki wsteczne, szczególnie te wzdłuż zbieżnych granic płyt , są związane z najpotężniejszymi trzęsieniami ziemi, trzęsieniami ziemi typu megathrust , w tym prawie wszystkimi o sile 8 lub większej. Trzęsienia ziemi typu Megathrust są odpowiedzialne za około 90% całkowitego momentu sejsmicznego uwolnionego na całym świecie.

Usterki poślizgu

Uskoki typu Strike-slip to strome struktury, w których dwie strony uskoku przesuwają się poziomo względem siebie; granice transformacji są szczególnym rodzajem błędu strike-slip. transformacje kontynentalne , mogą powodować poważne trzęsienia ziemi o sile do około 8 stopni w skali Richtera. Uskoki typu Strike-slip są zwykle zorientowane prawie pionowo, co daje w przybliżeniu szerokość 10 km (6,2 mil) w kruchej skorupie. Tak więc trzęsienia ziemi o sile znacznie większej niż 8 nie są możliwe.

Zdjęcie lotnicze uskoku San Andreas na równinie Carrizo , na północny zachód od Los Angeles

Ponadto istnieje hierarchia poziomów naprężeń w trzech typach uszkodzeń. Usterki ciągu są generowane przy najwyższych poziomach naprężeń, poślizgowe przy pośrednich, a normalne przy najniższych poziomach naprężeń. Można to łatwo zrozumieć, biorąc pod uwagę kierunek największego naprężenia głównego, kierunek siły, która „pcha” górotwór podczas uskoku. W przypadku uskoków normalnych górotwór jest spychany w dół w kierunku pionowym, stąd siła pchająca ( największe naprężenie główne) jest równa ciężarowi samego górotworu. W przypadku naporu górotwór „ucieka” w kierunku najmniejszego naprężenia głównego, czyli do góry, unosząc górotwór, a więc nadkład jest równy najmniejszemu naprężeniu głównemu . Usterka Strike-slip jest pośrednia między pozostałymi dwoma typami opisanymi powyżej. Ta różnica w reżimie naprężeń w trzech środowiskach uskoków może przyczynić się do różnic w spadku naprężeń podczas uskoków, co przyczynia się do różnic w energii wypromieniowanej, niezależnie od wymiarów uskoków.

Energia uwolniona

Na każdy jednostkowy wzrost wielkości następuje około trzydziestokrotny wzrost uwolnionej energii. Na przykład trzęsienie ziemi o sile 6,0 uwalnia około 32 razy więcej energii niż trzęsienie ziemi o sile 5,0, a trzęsienie ziemi o sile 7,0 uwalnia 1000 razy więcej energii niż trzęsienie ziemi o sile 5,0. Trzęsienie ziemi o sile 8,6 w skali Richtera uwalnia taką samą ilość energii, jak 10 000 bomb atomowych o wielkości użytej podczas II wojny światowej .

Dzieje się tak, ponieważ energia uwolniona podczas trzęsienia ziemi, a tym samym jego wielkość, jest proporcjonalna do obszaru uskoku, który pęka i spadku naprężenia. Dlatego im dłuższa długość i szersza szerokość obszaru uskoku, tym większa wynikowa wielkość. Najważniejszym parametrem kontrolującym maksymalną wielkość trzęsienia ziemi w uskoku nie jest jednak maksymalna dostępna długość, ale dostępna szerokość, ponieważ ta ostatnia zmienia się 20-krotnie. Wzdłuż zbieżnych brzegów płyt kąt nachylenia płaszczyzny pęknięcia jest bardzo płytkie, zwykle około 10 stopni. W ten sposób szerokość płaszczyzny w górnej kruchej skorupie ziemskiej może wynosić 50–100 km (31–62 mil) ( Japonia, 2011 ; Alaska, 1964 ), co umożliwia wystąpienie najsilniejszych trzęsień ziemi.

Płytkie i głębokie trzęsienia ziemi

Zawalony budynek hotelu Gran w metropolii San Salvador po płytkim trzęsieniu ziemi w San Salvador w 1986 roku

Większość trzęsień ziemi tektonicznych powstaje w Pierścieniu Ognia na głębokościach nieprzekraczających dziesiątek kilometrów. Trzęsienia ziemi występujące na głębokości mniejszej niż 70 km (43 mil) są klasyfikowane jako trzęsienia ziemi o „płytkim ognisku”, podczas gdy te o głębokości ogniskowej między 70 a 300 km (43 a 186 mil) są powszechnie określane jako „środkowe” lub trzęsienia ziemi o „średniej głębokości”. W subdukcji , gdzie starsza i zimniejsza skorupa oceaniczna schodzi pod inną płytę tektoniczną, głębokie trzęsienia ziemi mogą wystąpić na znacznie większych głębokościach (od 300 do 700 km (190 do 430 mil)). Te aktywne sejsmicznie obszary subdukcji są znane jako strefy Wadati – Benioff . Trzęsienia ziemi o głębokim ognisku występują na głębokości, na której subdukowana litosfera nie powinna już być krucha ze względu na wysoką temperaturę i ciśnienie. Możliwym mechanizmem generowania głębokich trzęsień ziemi są uskoki spowodowane przejściem fazowym oliwinu w strukturę spinelu .

Trzęsienia ziemi i aktywność wulkaniczna

Trzęsienia ziemi często występują w regionach wulkanicznych i są tam spowodowane zarówno uskokami tektonicznymi , jak i ruchem magmy w wulkanach . Takie trzęsienia ziemi mogą służyć jako wczesne ostrzeżenie przed erupcjami wulkanów, jak podczas erupcji Mount St. Helens w 1980 roku . Roje trzęsień ziemi mogą służyć jako znaczniki lokalizacji płynącej magmy w wulkanach. Te roje mogą być rejestrowane przez sejsmometry i pochylniomierze (urządzenie mierzące nachylenie terenu) i wykorzystywane jako czujniki do przewidywania zbliżających się lub zbliżających się erupcji.

Dynamika pęknięć

Trzęsienie tektoniczne rozpoczyna się jako obszar początkowego poślizgu na powierzchni uskoku, który tworzy ognisko. Po zainicjowaniu pęknięcia zaczyna się ono oddalać od ogniska, rozprzestrzeniając się wzdłuż powierzchni uskoku. Propagacja poprzeczna będzie kontynuowana, dopóki pęknięcie nie dotrze do bariery, takiej jak koniec segmentu uskoku, lub do obszaru uskoku, w którym nie ma wystarczających naprężeń, aby umożliwić dalsze pękanie. W przypadku większych trzęsień ziemi głębokość pęknięcia będzie ograniczona w dół przez strefę przejściową krucho-ciągliwą , aw górę przez powierzchnię gruntu. Mechanika tego procesu jest słabo poznana, ponieważ trudno jest odtworzyć tak szybkie ruchy w laboratorium lub zarejestrować fale sejsmiczne w pobliżu strefy zarodkowania z powodu silnego ruchu ziemi.

fali ścinającej (fali S) otaczającej skały , ale jej nie przekracza . Istnieje kilka wyjątków:

Trzęsienia ziemi superścisne

trzęsieniem ziemi podczas superścinania rozprzestrzeniały się z prędkością większą niż prędkość fali S. Do tej pory obserwowano je wszystkie podczas dużych wydarzeń typu strike-slip. Niezwykle szeroka strefa szkód spowodowanych przez trzęsienie ziemi w Kunlun w 2001 roku została przypisana skutkom boomu dźwiękowego , który rozwinął się podczas takich trzęsień ziemi.

Powolne trzęsienia ziemi

Powolne pęknięcia podczas trzęsienia ziemi przemieszczają się z niezwykle niskimi prędkościami. Szczególnie niebezpieczną formą powolnego trzęsienia ziemi jest trzęsienie ziemi tsunami , obserwowane, gdy stosunkowo niska intensywność odczuwalna, spowodowana małą prędkością propagacji niektórych wielkich trzęsień ziemi, nie ostrzega mieszkańców sąsiedniego wybrzeża, jak w przypadku trzęsienia ziemi w Sanriku w 1896 roku .

Nadciśnienie kosejsmiczne i wpływ ciśnienia porowego

Podczas trzęsienia ziemi na płaszczyźnie uskoku mogą rozwinąć się wysokie temperatury, zwiększając ciśnienie porowe, aw konsekwencji odparowując wody gruntowe już zawarte w skale. W fazie kosejsmicznej taki wzrost może znacząco wpłynąć na ewolucję i prędkość poślizgu, w fazie posejsmicznej może kontrolować sekwencję wstrząsu wtórnego, ponieważ po zdarzeniu głównym wzrost ciśnienia porowego powoli rozprzestrzenia się na otaczającą sieć szczelin. Z punktu widzenia teorii wytrzymałości Mohra-Coulomba wzrost ciśnienia płynu zmniejsza naprężenie normalne działające na utrzymującą go płaszczyznę uskoku, a płyny mogą wywierać działanie smarujące. Ponieważ nadciśnienie termiczne może zapewnić dodatnie sprzężenie zwrotne między poślizgiem a spadkiem wytrzymałości na płaszczyźnie uskoku, powszechna jest opinia, że ​​może to zwiększyć niestabilność procesu uskoku. Po wstrząsie głównym gradient ciśnienia między płaszczyzną uskoku a sąsiednią skałą powoduje przepływ płynu, który zwiększa ciśnienie porowe w otaczających sieciach szczelin; taki wzrost może wywołać nowe procesy uskoków poprzez reaktywację sąsiednich uskoków, powodując wstrząsy wtórne. Analogicznie, sztuczny wzrost ciśnienia w porach przez wstrzyknięcie płynu do skorupy ziemskiej może wywołać sejsmiczność .

Siły pływowe

Pływy mogą wywoływać pewną aktywność sejsmiczną .

Gromady trzęsień ziemi

Większość trzęsień ziemi stanowi część sekwencji, powiązanych ze sobą pod względem lokalizacji i czasu. Większość klastrów trzęsień ziemi składa się z małych wstrząsów, które powodują niewielkie szkody lub nie powodują ich wcale, ale istnieje teoria, że ​​trzęsienia ziemi mogą powtarzać się w regularny sposób. Skupiska trzęsień ziemi zaobserwowano na przykład w Parkfield w Kalifornii, gdzie prowadzone są długoterminowe badania wokół klastra trzęsień ziemi w Parkfield .

Wstrząsy wtórne

Siła trzęsień ziemi w środkowych Włoszech w sierpniu i październiku 2016 r. oraz w styczniu 2017 r. oraz wstrząsów wtórnych (które nadal występowały po pokazanym tutaj okresie)

Wstrząs wtórny to trzęsienie ziemi, które następuje po poprzednim trzęsieniu ziemi, głównym. Gwałtowne zmiany naprężeń między skałami i naprężenia z pierwotnego trzęsienia ziemi są głównymi przyczynami tych wstrząsów wtórnych, wraz ze skorupą wokół pękniętej płaszczyzny uskoku , która dostosowuje się do skutków wstrząsu głównego. Wstrząs wtórny występuje w tym samym regionie, co wstrząs główny, ale zawsze o mniejszej sile, jednak nadal może być wystarczająco silny, aby spowodować jeszcze większe uszkodzenia budynków, które zostały już wcześniej uszkodzone w wyniku wstrząsu głównego. Jeśli wstrząs wtórny jest większy niż wstrząs główny, wstrząs wtórny zostaje przemianowany na wstrząs główny, a pierwotny wstrząs główny zostaje przemianowany na wstrząs przedni . Wstrząsy wtórne powstają, gdy skorupa wokół przesuniętej płaszczyzny uskoku dostosowuje się do skutków wstrząsu głównego.

Roje trzęsień ziemi

Roje trzęsień ziemi to sekwencje trzęsień ziemi uderzających w określony obszar w krótkim okresie. Różnią się one od trzęsień ziemi, po których następuje seria wstrząsów wtórnych , tym, że żadne pojedyncze trzęsienie ziemi w sekwencji nie jest głównym wstrząsem, więc żadne z nich nie ma wyraźnie większej wielkości niż inne. Przykładem roju trzęsień ziemi jest aktywność w Parku Narodowym Yellowstone w 2004 roku . W sierpniu 2012 r. rój trzęsień ziemi wstrząsnął doliną Imperial Valley w południowej Kalifornii , wykazując największą aktywność na tym obszarze od lat 70. XX wieku.

Czasami dochodzi do serii trzęsień ziemi w tak zwanej burzy trzęsienia ziemi , w której trzęsienia ziemi uderzają w uskoki w skupiskach, z których każde jest wyzwalane przez wstrząsy lub redystrybucję naprężeń z poprzednich trzęsień ziemi. Podobnie jak wstrząsy wtórne , ale na sąsiednich odcinkach uskoków, burze te występują przez lata, a niektóre z późniejszych trzęsień ziemi są równie niszczące jak te wczesne. Taki wzorzec zaobserwowano w sekwencji około tuzina trzęsień ziemi, które nawiedziły uskok północnej Anatolii w Turcji w XX wieku i wywnioskowano o starsze anomalne skupiska dużych trzęsień ziemi na Bliskim Wschodzie.

Intensywność i wielkość trzęsień ziemi

Trzęsienie ziemi jest powszechnym zjawiskiem, którego doświadcza ludzkość od najdawniejszych czasów. Przed opracowaniem przyspieszeniomierzy o silnym ruchu intensywność zdarzenia sejsmicznego szacowano na podstawie obserwowanych efektów. Wielkość i intensywność nie są bezpośrednio powiązane i obliczane przy użyciu różnych metod. Siła trzęsienia ziemi to pojedyncza wartość opisująca wielkość trzęsienia ziemi u jego źródła. Intensywność jest miarą wstrząsów w różnych miejscach wokół trzęsienia ziemi. Wartości intensywności różnią się w zależności od miejsca, w zależności od odległości od trzęsienia ziemi i leżącego pod nim składu skał lub gleby.

Pierwsza skala do pomiaru wielkości trzęsienia ziemi została opracowana przez Charlesa Francisa Richtera w 1935 r. Kolejne skale (patrz skale wielkości sejsmicznej ) zachowały kluczową cechę, w której każda jednostka reprezentuje dziesięciokrotną różnicę w amplitudzie trzęsienia ziemi i 32- krotność różnicy energii. Kolejne skale są również dostosowywane, aby miały w przybliżeniu taką samą wartość liczbową w granicach skali.

Chociaż środki masowego przekazu powszechnie podają wielkość trzęsienia ziemi jako „wielkość Richtera” lub „skalę Richtera”, standardową praktyką większości autorytetów sejsmologicznych jest wyrażanie siły trzęsienia ziemi w skali momentu, która jest oparta na rzeczywistej energii uwolnionej przez trzęsienie ziemi.

Częstotliwość występowania

Trzęsienie ziemi i tsunami w Mesynie pochłonęło prawie 100 000 istnień ludzkich 28 grudnia 1908 r. na Sycylii i Kalabrii .

Szacuje się, że każdego roku występuje około 500 000 trzęsień ziemi, które można wykryć za pomocą obecnego oprzyrządowania. Można ich wyczuć około 100 000. Niewielkie trzęsienia ziemi występują prawie stale na całym świecie w miejscach takich jak Kalifornia i Alaska w USA, a także w Salwadorze, Meksyku, Gwatemali, Chile, Peru, Indonezji, Filipinach, Iranie, Pakistanie, na Azorach w Portugalii, Turcji , Nowej Zelandia, Grecja, Włochy, Indie, Nepal i Japonia. Większe trzęsienia ziemi występują rzadziej, a zależność jest wykładnicza ; na przykład mniej więcej dziesięć razy więcej trzęsień ziemi o sile większej niż 4 ma miejsce w określonym czasie niż trzęsień ziemi o sile większej niż 5. Na przykład w (niskiej aktywności sejsmicznej) Wielkiej Brytanii obliczono, że średnie nawroty są następujące:

trzęsienie ziemi o sile 3,7–4,6 rocznie, trzęsienie ziemi o sile 4,7–5,5 co 10 lat oraz trzęsienie ziemi o sile 5,6 lub większe co 100 lat. To jest przykład prawa Gutenberga-Richtera .

Liczba stacji sejsmicznych wzrosła z około 350 w 1931 roku do wielu tysięcy obecnie. W rezultacie zgłaszanych jest znacznie więcej trzęsień ziemi niż w przeszłości, ale dzieje się tak z powodu ogromnej poprawy oprzyrządowania, a nie wzrostu liczby trzęsień ziemi. United States Geological Survey (USGS) szacuje, że od 1900 roku miało miejsce średnio 18 dużych trzęsień ziemi (o sile 7,0–7,9) i jedno wielkie trzęsienie ziemi (o sile 8,0 lub większej) rocznie, a średnia ta była stosunkowo stabilna . W ostatnich latach liczba dużych trzęsień ziemi w ciągu roku spadła, choć prawdopodobnie jest to raczej statystyczna fluktuacja niż systematyczny trend. Bardziej szczegółowe statystyki dotyczące wielkości i częstotliwości trzęsień ziemi są dostępne w United States Geological Survey. Odnotowano ostatnio wzrost liczby poważnych trzęsień ziemi, co można wytłumaczyć cyklicznym wzorcem okresów intensywnej aktywności tektonicznej, przeplatanych dłuższymi okresami o niskiej intensywności. Jednak dokładne rejestrowanie trzęsień ziemi rozpoczęto dopiero na początku XX wieku, więc jest zbyt wcześnie, aby kategorycznie stwierdzić, że tak jest.

Większość światowych trzęsień ziemi (90% i 81% największych) ma miejsce w 40 000-kilometrowej (25 000 mil) strefie w kształcie podkowy zwanej pasem sejsmicznym wokół Pacyfiku, znanej jako Pacyficzny Pierścień Ognia , który w większości ogranicza płytę Pacyfiku . Potężne trzęsienia ziemi występują również wzdłuż innych granic płyt, na przykład wzdłuż Himalajów .

Wraz z szybkim rozwojem megamiast, takich jak Meksyk, Tokio i Teheran, na obszarach o wysokim ryzyku sejsmicznym , niektórzy sejsmolodzy ostrzegają, że pojedyncze trzęsienie ziemi może pochłonąć nawet trzy miliony ludzi.

Sejsmiczność indukowana

płyt tektonicznych Ziemi , działalność człowieka może również powodować trzęsienia ziemi. Działania zarówno nad ziemią, jak i pod ziemią mogą zmienić naprężenia i naprężenia skorupy ziemskiej, w tym budowanie zbiorników, wydobywanie zasobów, takich jak węgiel lub ropa naftowa, oraz wtłaczanie płynów pod ziemię w celu unieszkodliwiania odpadów lub szczelinowania . Większość z tych trzęsień ziemi ma małe wielkości. trzęsienie ziemi w Oklahomie o sile 5,7 stopnia w skali Richtera w 2011 r . zostało spowodowane przez odprowadzanie ścieków z produkcji ropy do studni iniekcyjnych , a badania wskazują, że stanowy przemysł naftowy był przyczyną innych trzęsień ziemi w ubiegłym stuleciu. Artykuł Uniwersytetu Columbia sugerował, że trzęsienie ziemi w Syczuanie o sile 8,0 w skali Richtera w 2008 r. zostało wywołane przez ładowanie z tamy Zipingpu , chociaż związek ten nie został ostatecznie udowodniony.

Mierzenie i lokalizowanie trzęsień ziemi

Skale instrumentalne używane do opisywania wielkości trzęsienia ziemi zaczęły się od skali Richtera w latach trzydziestych XX wieku. Jest to stosunkowo prosty pomiar amplitudy zdarzenia, a jego użycie stało się minimalne w XXI wieku. Fale sejsmiczne przemieszczają się przez wnętrze Ziemi i mogą być rejestrowane przez sejsmometry z dużych odległości. Wielkość fali powierzchniowej została opracowana w latach pięćdziesiątych XX wieku jako sposób pomiaru odległych trzęsień ziemi i poprawy dokładności większych zdarzeń. Skala wielkości momentu nie tylko mierzy amplitudę wstrząsu, ale także uwzględnia moment sejsmiczny (całkowity obszar pęknięcia, średni poślizg uskoku i sztywność skały). Skala intensywności sejsmicznej Japońskiej Agencji Meteorologicznej , skala Miedwiediewa – Sponheuera – Karnika i skala intensywności Mercalli opierają się na zaobserwowanych efektach i są powiązane z intensywnością wstrząsów.

Fale sejsmiczne

Każde trzęsienie ziemi wytwarza różne rodzaje fal sejsmicznych, które przechodzą przez skały z różnymi prędkościami:

Prędkość fal sejsmicznych

Prędkość propagacji fal sejsmicznych w litej skale waha się od ok. 3 km/s (1,9 mi/s) do 13 km/s (8,1 mi/s), w zależności od gęstości i elastyczności medium . We wnętrzu Ziemi fale uderzeniowe lub fale P przemieszczają się znacznie szybciej niż fale S (w przybliżeniu stosunek 1,7:1). Różnice w czasie podróży od epicentrum do obserwatorium są miarą odległości i mogą być wykorzystane do obrazowania zarówno źródeł trzęsień ziemi, jak i struktur na Ziemi. Ponadto głębokość hipocentrum można z grubsza obliczyć.

Prędkość fali P

Gleby górnej skorupy i nieskonsolidowane osady: 2–3 km (1,2–1,9 mil) na sekundę

Górna skorupa lita skała: 3–6 km (1,9–3,7 mil) na sekundę

Dolna skorupa: 6–7 km (3,7–4,3 mil) na sekundę

Głęboki płaszcz: 13 km (8,1 mil) na sekundę.

Prędkość fal S

Lekkie osady: 2–3 km (1,2–1,9 mil) na sekundę w

Skorupa ziemska: 4–5 km (2,5–3,1 mil) na sekundę

Głęboki płaszcz: 7 km (4,3 mil) na sekundę

Nadejście fali sejsmicznej

W rezultacie pierwsze fale odległego trzęsienia ziemi docierają do obserwatorium przez płaszcz Ziemi.

Średnio kilometrowa odległość do trzęsienia ziemi to liczba sekund między czasami fali P i S 8 . Niewielkie odchylenia spowodowane są niejednorodnością struktury podłoża. Dzięki takiej analizie sejsmogramów jądro Ziemi zostało zlokalizowane w 1913 roku przez Beno Gutenberga .

Fale S i później docierające fale powierzchniowe wyrządzają większość szkód w porównaniu z falami P. Fale P ściskają i rozszerzają materiał w tym samym kierunku, w którym się poruszają, podczas gdy fale S wstrząsają ziemią w górę iw dół oraz w przód iw tył.

Lokalizacja i raportowanie trzęsienia ziemi

Trzęsienia ziemi są klasyfikowane nie tylko ze względu na ich wielkość, ale także miejsce, w którym występują. Świat jest podzielony na 754 regiony Flinn-Engdahl (regiony FE), które są oparte na granicach politycznych i geograficznych, a także na aktywności sejsmicznej. Bardziej aktywne strefy są podzielone na mniejsze regiony FE, podczas gdy mniej aktywne strefy należą do większych regionów FE.

Standardowe raportowanie trzęsień ziemi obejmuje jego wielkość , datę i godzinę wystąpienia, współrzędne geograficzne jego epicentrum , głębokość epicentrum, region geograficzny, odległości do skupisk ludności, niepewność lokalizacji, kilka parametrów, które są zawarte w raportach USGS o trzęsieniach ziemi (liczba stacji zgłaszających , liczba obserwacji itp.) oraz unikalny identyfikator zdarzenia.

Chociaż stosunkowo powolne fale sejsmiczne były tradycyjnie wykorzystywane do wykrywania trzęsień ziemi, naukowcy zdali sobie sprawę w 2016 r., że pomiary grawitacyjne mogą zapewnić natychmiastowe wykrywanie trzęsień ziemi, i potwierdzili to, analizując zapisy grawitacyjne związane z trzęsieniem ziemi w Tohoku-Oki („Fukushima”) w 2011 r .

Skutki trzęsień ziemi

Miedzioryt z 1755 roku przedstawiający Lizbonę w ruinach i płomieniach po trzęsieniu ziemi w Lizbonie w 1755 roku , w którym zginęło około 60 000 osób. Tsunami zalewa statki w porcie .

Skutki trzęsień ziemi obejmują między innymi:

Wstrząsanie i pękanie podłoża

Uszkodzone budynki w Port-au-Prince , Haiti , styczeń 2010.

Trzęsienia i pękanie gruntu to główne skutki trzęsień ziemi, które powodują mniej lub bardziej poważne uszkodzenia budynków i innych sztywnych konstrukcji. Nasilenie skutków lokalnych zależy od złożonej kombinacji wielkości trzęsienia ziemi , odległości od epicentrum oraz lokalnych warunków geologicznych i geomorfologicznych, które mogą wzmacniać lub zmniejszać propagację fal . Trzęsienie ziemi jest mierzone przez przyspieszenie ziemi .

Specyficzne lokalne cechy geologiczne, geomorfologiczne i geostrukturalne mogą wywoływać silne wstrząsy na powierzchni ziemi, nawet w przypadku trzęsień ziemi o niskiej intensywności. Efekt ten nazywany jest wzmocnieniem miejscowym lub lokalnym. Wynika to głównie z przenoszenia sejsmicznego z twardych gruntów głębokich na miękkie grunty powierzchniowe oraz efektów ogniskowania energii sejsmicznej dzięki typowemu układowi geometrycznemu takich osadów.

Pęknięcie gruntu to widoczne pęknięcie i przemieszczenie powierzchni Ziemi wzdłuż śladu uskoku, które w przypadku dużych trzęsień ziemi może być rzędu kilku metrów. Pęknięcie gruntu stanowi poważne zagrożenie dla dużych konstrukcji inżynierskich, takich jak tamy , mosty i elektrownie jądrowe, i wymaga starannego mapowania istniejących usterek w celu zidentyfikowania tych, które mogą uszkodzić powierzchnię gruntu w okresie eksploatacji konstrukcji.

Upłynnianie gleby

Upłynnianie gleby następuje wtedy, gdy pod wpływem wstrząsów nasycony wodą materiał ziarnisty (taki jak piasek) chwilowo traci swoją wytrzymałość i przechodzi ze stanu stałego w płynny. Upłynnianie gleby może powodować, że sztywne konstrukcje, takie jak budynki i mosty, przechylają się lub zapadają w upłynnione osady. Na przykład podczas trzęsienia ziemi na Alasce w 1964 r . upłynnienie gleby spowodowało zapadnięcie się wielu budynków pod ziemię, ostatecznie zawalając się.

Wpływ człowieka

Fizyczne szkody spowodowane trzęsieniem ziemi będą się różnić w zależności od intensywności wstrząsów na danym obszarze i rodzaju populacji. Niezasłużone i rozwijające się społeczności często doświadczają poważniejszych (i trwalszych) skutków wstrząsów sejsmicznych w porównaniu z dobrze rozwiniętymi społecznościami. Oddziaływania mogą obejmować:

  • Urazy i utrata życia
  • Uszkodzenia infrastruktury krytycznej (krótko i długoterminowe)
    • Drogi, mosty i sieci transportu publicznego
    • Przerwa w dostawie wody, prądu, przysięgi i gazu
    • Systemy komunikacji
  • Utrata krytycznych usług społecznych, w tym szpitali, policji i straży pożarnej
  • Ogólne szkody majątkowe
  • Zawalenie się lub destabilizacja (potencjalnie prowadząca do zawalenia się w przyszłości) budynków

W przypadku tych i innych skutków następstwa mogą przynieść choroby, brak podstawowych artykułów pierwszej potrzeby, konsekwencje psychiczne, takie jak ataki paniki i depresja u osób, które przeżyły, oraz wyższe składki ubezpieczeniowe. Czasy naprawy będą się różnić w zależności od poziomu szkód oraz statusu społeczno-ekonomicznego dotkniętej społeczności.

osuwiska

Trzęsienia ziemi mogą powodować niestabilność zboczy prowadzącą do osuwisk, które stanowią poważne zagrożenie geologiczne. Niebezpieczeństwo osunięcia się ziemi może utrzymywać się, gdy personel ratunkowy podejmuje działania ratownicze.

Pożary

Trzęsienia ziemi mogą powodować pożary, uszkadzając przewody elektryczne lub gazowe. W przypadku pęknięcia sieci wodociągowej i utraty ciśnienia, zatrzymanie rozprzestrzeniania się pożaru może być również trudne. Na przykład więcej ofiar śmiertelnych w trzęsieniu ziemi w San Francisco w 1906 roku było spowodowanych pożarem niż samym trzęsieniem ziemi.

Tsunami

Tsunami to długofalowe, długotrwałe fale morskie powstające w wyniku nagłego lub nagłego ruchu dużych ilości wody — w tym podczas trzęsienia ziemi na morzu . Na otwartym oceanie odległość między grzbietami fal może przekraczać 100 kilometrów (62 mil), a okresy fal mogą wahać się od pięciu minut do jednej godziny. Takie tsunami przemieszczają się z prędkością 600–800 kilometrów na godzinę (373–497 mil na godzinę), w zależności od głębokości wody. Duże fale powstałe w wyniku trzęsienia ziemi lub osuwiska łodzi podwodnej mogą w ciągu kilku minut zalać pobliskie obszary przybrzeżne. Tsunami może również przebyć tysiące kilometrów przez otwarty ocean i siać zniszczenie na odległych brzegach w kilka godzin po trzęsieniu ziemi, które je wywołało.

Zwykle subdukcyjne trzęsienia ziemi o sile poniżej 7,5 stopnia nie powodują tsunami, chociaż odnotowano kilka takich przypadków. Większość niszczycielskich tsunami jest spowodowana trzęsieniami ziemi o sile 7,5 lub większej.

Powodzie

Powodzie mogą być wtórnymi skutkami trzęsień ziemi, jeśli tamy są uszkodzone. Trzęsienia ziemi mogą powodować osuwanie się ziemi, tworząc tamy na rzekach, które zapadają się i powodują powodzie.

Teren poniżej jeziora Sarez w Tadżykistanie jest zagrożony katastrofalną powodzią, jeśli zapora osuwiskowa utworzona w wyniku trzęsienia ziemi, znana jako tama Usoi , ulegnie awarii podczas przyszłego trzęsienia ziemi. Prognozy wpływu sugerują, że powódź może dotknąć około 5 milionów ludzi.

Główne trzęsienia ziemi

Trzęsienia ziemi (M6.0+) od 1900 do 2017 roku
Trzęsienia ziemi o sile 8,0 i większej od 1900 do 2018 r. Pozorne objętości 3D bąbelków są liniowo proporcjonalne do ich ofiar śmiertelnych.

Jednym z najbardziej niszczycielskich trzęsień ziemi w zapisanej historii było trzęsienie ziemi w Shaanxi w 1556 r ., które miało miejsce 23 stycznia 1556 r. w Shaanxi w Chinach. Zginęło ponad 830 000 osób. Większość domów w okolicy to yaodong — domy wykute w lessowych zboczach — i wiele ofiar zginęło, gdy te budowle się zawaliły. Trzęsienie ziemi w Tangshan z 1976 r. , w którym zginęło od 240 000 do 655 000 ludzi, było najbardziej śmiercionośnym w XX wieku.

Trzęsienie ziemi w Chile w 1960 r. Jest największym trzęsieniem ziemi, które zmierzono na sejsmografie, osiągając siłę 9,5 w skali Richtera 22 maja 1960 r. Jego epicentrum znajdowało się w pobliżu Cañete w Chile. Uwolniona energia była około dwa razy większa niż w przypadku następnego najpotężniejszego trzęsienia ziemi, trzęsienia ziemi w Wielki Piątek (27 marca 1964 r.), Które miało miejsce w Prince William Sound na Alasce. Dziesięć największych zarejestrowanych trzęsień ziemi to trzęsienia ziemi o dużej sile ciągu ; jednak z tych dziesięciu tylko trzęsienie ziemi na Oceanie Indyjskim w 2004 r. jest jednocześnie jednym z najbardziej śmiercionośnych trzęsień ziemi w historii.

Trzęsienia ziemi, które spowodowały największą liczbę ofiar śmiertelnych, choć potężne, były śmiertelne ze względu na bliskość gęsto zaludnionych obszarów lub oceanu, gdzie trzęsienia ziemi często tworzą tsunami , które mogą niszczyć społeczności oddalone o tysiące kilometrów. Regiony najbardziej narażone na wielkie straty w ludziach to te, w których trzęsienia ziemi są stosunkowo rzadkie, ale silne, oraz biedne regiony z luźnymi, nieegzekwowanymi lub nieistniejącymi przepisami dotyczącymi budynków sejsmicznych.

Prognoza

Przewidywanie trzęsień ziemi to gałąź nauki sejsmologii zajmująca się określaniem czasu, lokalizacji i wielkości przyszłych trzęsień ziemi w określonych granicach. Opracowano wiele metod przewidywania czasu i miejsca wystąpienia trzęsień ziemi. Pomimo znacznych wysiłków badawczych podejmowanych przez sejsmologów , naukowo powtarzalne prognozy nie mogą jeszcze dotyczyć określonego dnia lub miesiąca.

Prognozowanie

Podczas gdy prognozowanie jest zwykle uważane za rodzaj przewidywania , prognozowanie trzęsień ziemi często różni się od przewidywania trzęsień ziemi . Prognozowanie trzęsień ziemi dotyczy probabilistycznej oceny ogólnych zagrożeń związanych z trzęsieniami ziemi, w tym częstotliwości i skali niszczycielskich trzęsień ziemi na danym obszarze na przestrzeni lat lub dziesięcioleci. W przypadku dobrze zrozumiałych usterek można oszacować prawdopodobieństwo pęknięcia segmentu w ciągu następnych kilku dekad.

Opracowano systemy ostrzegania przed trzęsieniami ziemi, które mogą dostarczać regionalne powiadomienia o trwającym trzęsieniu ziemi, ale zanim powierzchnia gruntu zacznie się poruszać, potencjalnie umożliwiając ludziom znajdującym się w zasięgu systemu szukanie schronienia, zanim skutki trzęsienia ziemi będą odczuwalne .

Gotowość

Celem inżynierii sejsmicznej jest przewidywanie wpływu trzęsień ziemi na budynki i inne konstrukcje oraz projektowanie takich konstrukcji w taki sposób, aby zminimalizować ryzyko uszkodzenia. Istniejące konstrukcje można modyfikować poprzez modernizację sejsmiczną , aby poprawić ich odporność na trzęsienia ziemi. Ubezpieczenie od trzęsienia ziemi może zapewnić właścicielom budynków ochronę finansową przed stratami wynikającymi z trzęsień ziemi. Strategie zarządzania kryzysowego mogą być stosowane przez rząd lub organizację w celu ograniczenia ryzyka i przygotowania się na konsekwencje.

Sztuczna inteligencja może pomóc w ocenie budynków i planowaniu działań zapobiegawczych: system ekspercki Igor jest częścią mobilnego laboratorium, które wspiera procedury prowadzące do oceny sejsmicznej budynków murowanych i planowania działań modernizacyjnych na nich. Został on z powodzeniem zastosowany do oceny budynków w Lizbonie , Rodos , Neapolu .

Osoby fizyczne mogą również podjąć kroki przygotowawcze, takie jak zabezpieczenie podgrzewaczy wody i ciężkich przedmiotów, które mogą kogoś zranić, lokalizowanie odcięć mediów i zdobycie wiedzy na temat tego, co robić, gdy zacznie się trzęsienie. W przypadku obszarów w pobliżu dużych zbiorników wodnych przygotowanie na wypadek trzęsienia ziemi obejmuje możliwość wystąpienia tsunami spowodowanego dużym trzęsieniem ziemi.

Poglądy historyczne

Obraz z książki z 1557 roku przedstawiający trzęsienie ziemi we Włoszech w IV wieku pne

Od życia greckiego filozofa Anaksagorasa w V wieku pne do XIV wieku n.e. trzęsienia ziemi przypisywano zwykle „powietrzu (parom) we wnękach Ziemi”. Tales z Miletu (625–547 pne) był jedyną udokumentowaną osobą, która wierzyła, że ​​trzęsienia ziemi są spowodowane napięciem między ziemią a wodą. Istniały inne teorie, w tym przekonania greckiego filozofa Anaxaminesa (585–526 pne), że krótkie epizody suchości i wilgoci nachylenia powodowały aktywność sejsmiczną. Grecki filozof Demokryt (460–371 pne) ogólnie obwiniał wodę za trzęsienia ziemi. Pliniusz Starszy nazwał trzęsienia ziemi „podziemnymi burzami”.

w kulturze

Mitologia i religia

W mitologii nordyckiej trzęsienia ziemi tłumaczono jako brutalną walkę boga Lokiego . Kiedy Loki, bóg psot i niezgody, zamordował Baldra , boga piękna i światła, został ukarany więzieniem w jaskini z jadowitym wężem umieszczonym nad jego głową, ociekającym jadem. Żona Lokiego, Sigyn, stała obok niego z miską, aby złapać truciznę, ale ilekroć musiała opróżnić miskę, trucizna kapała na twarz Lokiego, zmuszając go do oderwania głowy i bicia się o więzy, co powodowało drżenie ziemi.

W mitologii greckiej Posejdon był przyczyną i bogiem trzęsień ziemi. Kiedy był w złym humorze, uderzał trójzębem w ziemię , powodując trzęsienia ziemi i inne nieszczęścia. Użył także trzęsień ziemi, aby ukarać ludzi i zasiać strach w ramach zemsty.

W mitologii japońskiej Namazu ( 鯰) to gigantyczny sum , który powoduje trzęsienia ziemi. Namazu żyje w błocie pod ziemią i jest strzeżony przez boga Kashimę , który powstrzymuje ryby kamieniem. Kiedy Kashima traci czujność, Namazu rzuca się, powodując gwałtowne trzęsienia ziemi.

W kulturze popularnej

We współczesnej kulturze popularnej obraz trzęsień ziemi jest kształtowany przez pamięć o zniszczonych wielkich miastach, takich jak Kobe w 1995 roku czy San Francisco w 1906 roku . Fikcyjne trzęsienia ziemi zwykle uderzają nagle i bez ostrzeżenia. Z tego powodu opowieści o trzęsieniach ziemi na ogół zaczynają się od katastrofy i koncentrują się na jej bezpośrednich następstwach, jak w Short Walk to Daylight (1972), The Ragged Edge (1968) czy Aftershock: Earthquake in New York (1999). Godnym uwagi przykładem jest klasyczna nowela Heinricha von Kleista Trzęsienie ziemi w Chile , która opisuje zniszczenie Santiago w 1647 r. Zbiór krótkich fikcji Harukiego Murakamiego After the Quake przedstawia konsekwencje trzęsienia ziemi w Kobe w 1995 r.

Najpopularniejszym pojedynczym trzęsieniem ziemi w fikcji jest hipotetyczne „Wielkie”, którego można się spodziewać pewnego dnia po uskoku San Andreas w Kalifornii , jak przedstawiono w powieściach Richter 10 (1996), Goodbye California (1977), 2012 (2009) i San Andreas (2015) wśród inne prace. Szeroko antologizowane opowiadanie Jacoba M. Appela, A Comparative Seismology , przedstawia oszusta, który przekonuje starszą kobietę, że zbliża się apokaliptyczne trzęsienie ziemi.

Współczesne przedstawienia trzęsień ziemi w filmach są zróżnicowane pod względem sposobu, w jaki odzwierciedlają ludzkie reakcje psychologiczne na rzeczywistą traumę, która może zostać wyrządzona rodzinom bezpośrednio dotkniętym trzęsieniami ziemi i ich bliskim. Badania nad reagowaniem na katastrofy w zakresie zdrowia psychicznego podkreślają potrzebę bycia świadomym różnych ról utraty rodziny i kluczowych członków społeczności, utraty domu i znajomego otoczenia oraz utraty niezbędnych dostaw i usług niezbędnych do przetrwania. Szczególnie w przypadku dzieci wyraźna dostępność opiekuńczych dorosłych, którzy mogą je chronić, odżywiać i ubierać w następstwie trzęsienia ziemi oraz pomóc im zrozumieć, co ich spotkało, okazała się jeszcze ważniejsza dla ich zdrowia emocjonalnego i fizycznego niż proste dawanie przepisów. Jak zaobserwowano po innych katastrofach obejmujących zniszczenia i ofiary śmiertelne oraz ich przedstawieniach w mediach, niedawno zaobserwowanych podczas trzęsienia ziemi na Haiti w 2010 r ., ważne jest również, aby nie patologizować reakcji na utratę i przemieszczenie lub zakłócenia w administracji rządowej i służbach, ale raczej zweryfikować tych reakcji, aby wspierać konstruktywne rozwiązywanie problemów i refleksję nad tym, jak można poprawić sytuację osób dotkniętych chorobą.

Zobacz też

Źródła

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne