Trzęsienie ziemi - przyczyny, skala i skutki

Trzęsienie ziemi to gwałtowne drganie skorupy ziemskiej, które powstaje po nagłym uwolnieniu energii nagromadzonej w skałach. Energia ta rozchodzi się od ogniska trzęsienia w postaci fal sejsmicznych, dlatego skutki mogą być odczuwalne nie tylko w miejscu pęknięcia skał, ale także wiele kilometrów dalej. Najczęściej trzęsienia ziemi wiążą się z ruchem płyt tektonicznych, choć mogą mieć również pochodzenie wulkaniczne, zapadowe lub lokalnie antropogeniczne.

Trzęsienie ziemi - co to jest

Trzęsienie ziemi jest krótkotrwałym, naturalnym wstrząsem ośrodka skalnego. W geografii opisuje się je jako efekt nagłego przemieszczenia skał w skorupie ziemskiej lub w górnej części płaszcza Ziemi. Gdy naprężenia rosną przez długi czas, skały mogą się odkształcać, blokować na uskokach, a następnie gwałtownie pękać albo przesuwać. Wtedy uwalnia się energia, która wprawia podłoże w drgania.

Nie każde trzęsienie ziemi jest katastrofą. Większość wstrząsów ma niewielką magnitudę i jest rejestrowana tylko przez aparaturę pomiarową. Silne trzęsienia, zwłaszcza płytkie i występujące w pobliżu gęsto zaludnionych obszarów, mogą jednak niszczyć budynki, drogi, mosty, sieci energetyczne i wodociągowe. O skali zagrożenia decyduje więc nie tylko ilość uwolnionej energii, ale także głębokość ogniska, odległość od epicentrum, rodzaj gruntu i jakość zabudowy.

Trzęsienia ziemi należą do zjawisk geologicznych, a nie pogodowych. Różnią się więc od zjawisk atmosferycznych, takich jak tornado czy układy ciśnienia opisywane przy temacie wyż baryczny. Ich źródłem nie jest ruch powietrza, lecz procesy zachodzące w litosferze.

Przyczyny trzęsień ziemi

Najważniejszą przyczyną trzęsień ziemi są ruchy płyt tektonicznych. Litosfera nie jest jednolitą skorupą, lecz składa się z dużych i mniejszych płyt, które powoli przesuwają się względem siebie. Na ich granicach dochodzi do zderzania, rozsuwania lub przesuwania bocznego. Przez tarcie płyty mogą się blokować, a naprężenia w skałach narastają. Kiedy opór zostaje pokonany, następuje nagły ruch wzdłuż uskoku i powstaje trzęsienie ziemi.

Trzęsienia tektoniczne są najczęstsze i odpowiadają za większość najsilniejszych zjawisk sejsmicznych na świecie. Występują przy granicach płyt, ale mogą pojawiać się także wewnątrz płyt, w starych strefach osłabienia skorupy ziemskiej. Szczególnie aktywne są strefy subdukcji, gdzie jedna płyta zanurza się pod drugą, oraz uskoki transformacyjne, gdzie płyty przesuwają się poziomo obok siebie.

Drugą grupą są trzęsienia wulkaniczne. Powstają w rejonach aktywnych wulkanów, gdy magma przemieszcza się pod powierzchnią lub gdy dochodzi do gwałtownej erupcji. Takie wstrząsy są zwykle bardziej lokalne niż wielkie trzęsienia tektoniczne, ale mogą poprzedzać aktywność wulkaniczną i dlatego są ważnym sygnałem monitorowanym przez sejsmologów.

Trzeci typ to trzęsienia zapadowe, nazywane też zapadliskowymi. Dochodzi do nich wtedy, gdy zawala się strop jaskini, pustki krasowej, komory magmowej lub podziemnego wyrobiska. Zwykle mają niewielki zasięg i słabsze skutki, ale lokalnie mogą być odczuwalne. Osobno wyróżnia się również wstrząsy antropogeniczne, związane na przykład z górnictwem, napełnianiem dużych zbiorników wodnych albo eksploatacją skał.

Hipocentrum i epicentrum

Hipocentrum, czyli ognisko trzęsienia ziemi, to miejsce we wnętrzu Ziemi, w którym rozpoczyna się proces uwalniania energii. Stamtąd rozchodzą się fale sejsmiczne. Hipocentrum może znajdować się płytko pod powierzchnią, ale także na głębokości kilkuset kilometrów, zwłaszcza w strefach subdukcji.

Epicentrum to punkt na powierzchni Ziemi położony bezpośrednio nad hipocentrum. W wielu opisach katastrof podaje się właśnie lokalizację epicentrum, ponieważ ułatwia ona wskazanie obszaru, gdzie wstrząs był najbliżej powierzchni. Nie oznacza to jednak automatycznie, że największe zniszczenia zawsze wystąpią dokładnie w epicentrum. Na skutki wpływają także głębokość ogniska, budowa geologiczna, rodzaj podłoża oraz odporność budynków.

Różnica między hipocentrum i epicentrum jest podstawowa dla zrozumienia map sejsmicznych. Hipocentrum opisuje źródło zjawiska w głębi Ziemi, a epicentrum pomaga pokazać jego położenie na mapie. W szkolnych zadaniach można więc zapamiętać prostą zasadę: ognisko znajduje się pod powierzchnią, epicentrum leży na powierzchni nad ogniskiem.

Skale trzęsień ziemi: Richtera i Mercallego

Trzęsienia ziemi opisuje się na dwa różne sposoby: przez magnitudę oraz przez intensywność. Magnituda informuje o wielkości trzęsienia jako źródła energii. Intensywność opisuje skutki odczuwalne w konkretnym miejscu, na przykład drżenie budynków, pękanie ścian, uszkodzenia dróg albo zmiany w terenie.

Skala Richtera jest skalą magnitudy. Została opracowana w 1935 roku przez Charlesa F. Richtera i opierała się na amplitudzie fal zapisanych przez sejsmograf. Ma charakter logarytmiczny, co oznacza, że wzrost magnitudy o 1 odpowiada dziesięciokrotnie większej amplitudzie drgań zapisanych na sejsmogramie. W praktyce szkolnej mówi się często o "stopniach Richtera", ale dokładniej należy mówić o magnitudzie. Współczesna sejsmologia dla dużych trzęsień coraz częściej używa magnitudy momentu, ponieważ lepiej opisuje największe wstrząsy.

Skala Mercallego opisuje intensywność, czyli skutki trzęsienia w danym miejscu. Ma 12 stopni, zwykle zapisywanych cyframi rzymskimi od I do XII. Niższe stopnie dotyczą wstrząsów ledwo odczuwalnych, a najwyższe oznaczają bardzo silne zniszczenia budynków, deformacje terenu i poważne szkody infrastrukturalne. Jedno trzęsienie ma jedną magnitudę, ale może mieć różną intensywność w różnych miejscowościach.

Jak mierzy się trzęsienia

Trzęsienia ziemi mierzy się za pomocą sejsmometrów i sejsmografów. Sejsmometr rejestruje ruch podłoża, a sejsmograf zapisuje ten ruch w postaci sejsmogramu. Dawniej rozróżnienie tych pojęć było bardziej techniczne, dziś w języku szkolnym oba terminy często pojawiają się razem. Najważniejsze jest to, że aparatura mierzy drgania gruntu wywołane falami sejsmicznymi.

Fale sejsmiczne to drgania rozchodzące się przez wnętrze Ziemi i po jej powierzchni. Wyróżnia się fale przestrzenne oraz powierzchniowe. Fale przestrzenne przechodzą przez wnętrze Ziemi, a powierzchniowe biegną przy powierzchni i często powodują silne kołysanie gruntu. To właśnie one mogą być szczególnie groźne dla budynków, zwłaszcza gdy grunt jest miękki, luźny lub nasycony wodą.

Dane z wielu stacji sejsmicznych pozwalają określić czas, położenie i magnitudę trzęsienia. Jeśli do stacji docierają kolejne typy fal w różnych momentach, można obliczyć odległość od ogniska. Po zestawieniu pomiarów z kilku stacji wyznacza się położenie epicentrum. Dzięki temu nawet wstrząsy z odległych części świata mogą zostać szybko zarejestrowane i opisane.

Skutki trzęsień ziemi

Skutki trzęsień ziemi zależą od magnitudy, głębokości ogniska, odległości od epicentrum, rodzaju podłoża i przygotowania ludzi. Najbardziej bezpośrednim skutkiem jest drżenie gruntu. Może ono prowadzić do pękania ścian, zawalania budynków, uszkodzenia dróg, mostów, linii kolejowych, gazociągów i sieci energetycznych.

Silne wstrząsy mogą wywoływać zjawiska wtórne. Na stromych stokach powstają osuwiska i obrywy skalne. Na obszarach z luźnymi, nawodnionymi osadami może dojść do upłynnienia gruntu, czyli utraty nośności podłoża. Budynki mogą wtedy przechylać się lub zapadać, nawet jeśli samo drżenie nie trwało długo.

Podmorskie trzęsienia ziemi mogą wywołać tsunami, jeśli nastąpi gwałtowne pionowe przemieszczenie dna morskiego. Woda zostaje wtedy wypchnięta i zaczyna przemieszczać się jako długie fale. Na otwartym oceanie tsunami może być mało widoczne, ale przy brzegu fala zwalnia, rośnie i może zalać nisko położone wybrzeża. Dlatego szczególnie groźne są silne trzęsienia w strefach subdukcji położonych pod oceanami.

Do skutków społecznych należą ofiary, ranni, utrata domów, przerwy w dostawach wody i prądu, pożary oraz problemy z transportem. Wstrząsy następcze, czyli aftershocki, mogą dodatkowo utrudniać akcję ratunkową i uszkadzać budynki naruszone przez główny wstrząs.

Gdzie występują najczęściej

Trzęsienia ziemi najczęściej występują na granicach płyt tektonicznych. Szczególnie aktywny jest Ognisty Pierścień Pacyfiku, czyli pas otaczający Ocean Spokojny. Obejmuje między innymi Japonię, Filipiny, Indonezję, Nową Zelandię, zachodnie wybrzeża obu Ameryk, Alaskę i rejon Kalifornii. W tym obszarze łączą się liczne strefy subdukcji, uskoki i aktywne wulkany.

Drugą ważną strefą jest pas śródziemnomorsko-azjatycki, biegnący od rejonu Morza Śródziemnego przez Turcję, Iran, Himalaje i dalej ku Azji Południowo-Wschodniej. Silne trzęsienia pojawiają się także wzdłuż grzbietów śródoceanicznych, gdzie płyty się rozsuwają, choć wiele z nich występuje pod dnem oceanicznym i jest słabiej odczuwalne przez ludzi.

W Polsce trzęsienia ziemi są rzadkie i zwykle słabe w porównaniu z regionami leżącymi na aktywnych granicach płyt. Kraj znajduje się wewnątrz płyty euroazjatyckiej, z dala od najaktywniejszych stref sejsmicznych świata. Rejestrowane są jednak lokalne wstrząsy naturalne, na przykład na Podhalu, oraz wstrząsy związane z działalnością górniczą, zwłaszcza w rejonach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego i Bełchatowa.

Najważniejsza zasada geograficzna jest prosta: im bliżej aktywnej granicy płyt, tym większe prawdopodobieństwo silnych trzęsień ziemi. Nie oznacza to, że wnętrza płyt są całkowicie bezpieczne, ale największe i najczęstsze trzęsienia wiążą się z miejscami, gdzie litosfera stale pracuje na granicach płyt.

Najczęstsze pytania (FAQ)