Trzesienia ziemi

Nagłe i potężne ruchy zmieniające oblicze powierzchni
planety są dziełem trzęsień ziemi – jednego z najgroźniejszych zjawisk naturalnych.
Gdy nawiedzają wielkie miasta, ich skutki są szczególnie dramatyczne.
Dnia 17 stycznia 1995 r. o godzinie 546, trzęsienie ziemi nawiedziło japońskie miasto Kobe. Domy legły w gruzach, drogi i mosty rozpadły się jakby zrobione były z dykty, szyny kolejowe powyginały się. Przewracające się budowle zniszczyły linie elektryczne, uszkodzeniu uległy przewody gazowe - wszystko to utrudniało ekipom ratowniczym dotarcie do ofiar katastrofy.
Zginęło ponad 5300 osób, wiele zostało przysypanych przez gruzy, inni ponieśli śmierć w pożarach wywołanych przez trzęsienie. Niezależnie od ofiar
w ludziach, rachunek, jaki przyszło zapłacić za naprawę zniszczeń i odbudowę miasta wyniósł ponad 100 miliardów dolarów. Specjaliści przewidywali wystąpienie silnego trzęsienia ziemi w Japonii, ale pomylili się, co do jego lokalizacji.
Potęga sił przyrody.

Trzęsienie ziemi należy do najbardziej niszczących zjawisk naturalnych na Ziemi. Jego siła może 10000 razy przewyższyć siłę bomby atomowej, zrzuconej na Hiroszimę w 1945 r.
Wstrząsy sprawiają, że grunt zachowuje się jak pokład statku na morzu.
W zależności od siły trzęsienia ziemi, podłoże może łagodnie falować lub gwałtownie unosić się w górę i w dół. Niekiedy fale sejsmiczne mogą powodować poziome przesuwanie się gruntu.
Podczas trzęsienia ziemi w San Francisco w 1906 r. obserwowano falowanie gruntu do wysokości 1 m. Gdy ruchy uspokoiły się, okazało się,
że skrzydła uskoku San Andreas, wzdłuż którego nastąpiło trzęsienie, przemieściły się względem siebie ponad 6 metrów.
Często głównemu wstrząsowi towarzyszą tzw. wstrząsy potomne,
z których każdy kolejny jest słabszy od poprzedniego. Wstrząsy potomne powstają wskutek przemieszczania się mas skalnych, dopasowujących się do stanu nowej równowagi. Mogą one powodować katastrofalne zniszczenia, nieobliczalne w skutkach.
W 1985 r. zostało zniszczone centrum stolicy Meksyku w następstwie trzęsienia ziemi ocenianego w skali Mercalliego na 11 stopni. Następnie wystąpił wstrząs potomny. Oceniono go na 10 stopni, a obrócił on w ruinę jeszcze większą część miasta. Te dwa wstrząsy spowodowały śmierć około 10000 ludzi i zniszczenie miasta.

Jak powstaje trzęsienie ziemi.

Trzęsienie ziemi rodzi się zwykle głęboko pod skorupą ziemską. Zewnętrzną powłokę Ziemi tworzą ruchome płyty. Najgroźniejsze trzęsienia powstają wewnątrz Ziemi wzdłuż krawędzi tych płyt.
Ruch płyt nie przebiega spokojnie i stopniowo. Przeciwnie, wzdłuż krawędzi, aż do momentu pęknięcia i przemieszczenia się płyt, gromadzą się silne naprężenia, których rozładowanie następuje w postaci wstrząsów
o różnej intensywności.
Skutki trzęsienia ziemi zależą od siły wstrząsów, głębokości, na której powstają, oraz od rodzaju skał na powierzchni ziemi. Grunt może pękać, unosić się i zapadać. W obszarach górzystych mogą powstać lawiny i osuwiska, nawet na łagodnych stokach, gliniaste gleby mogą zacząć pełznąć na podobieństwo płynnej lawy. Słabo związane osady mogą wskutek gwałtownych wstrząsów przekształcić się w kurzawkę. Tak było podczas trzęsienia ziemi w Alasce
w 1964 r.

Podmorskie trzęsienia ziemi.

Gdy ognisko trzęsienia ziemi znajduje się pod dnem morza, powstają ogromne fale, zwane tsunami. Na samym oceanie te fale są słabo zauważalne, chociaż przemieszczają się z prędkością do 790 km/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.
Atakując małe zatoki, tsunami spiętrza się do wysokości 20 m, zmiatając wszystko na swojej drodze. Podczas trzęsienia ziemi, które w 1755 r. dotknęło Lizbonę, na miasto runęły fale o wysokości 17 metrów. Kolejne wstrząsy spowodowały osuwiska i pożary. Trzy czwarte miasta legło w gruzach
a 60 000 ludzi straciło życie.
Chociaż naprawdę katastrofalne trzęsienia ziemi zdarzają się rzadko, Ziemia drży nieustannie. Specjaliści od trzęsień ziemi, zwani sejsmologami, rejestrują każdego roku 500 000 wstrząsów - w przybliżeniu można by powiedzieć, że trzęsienie ziemi zdarza się, co minutę. Przeważająca większość tych wstrząsów pozostałaby nie zauważona, gdyby nie sejsmolodzy i ich niezwykle wrażliwe czujniki - sejsmometry.
W przeszłości, w celu określenia intensywności trzęsienia ziemi - wielkości wyzwalanej energii - sejsmolodzy stosowali skalę Richtera. Została ona tak nazwana od nazwiska amerykańskiego specjalisty Charlesa F. Richtera, który wprowadził ją w 1935 r. Ostatnio sejsmolodzy wolą posługiwać się skalą Mercalliego, która została zaproponowana przez włoskiego sejsmologa, Giuseppe Mercalliego w 1902 r. i pozwala szacować skutki trzęsienia ziemi. Wyróżnia ona 12 różnych poziomów zaburzeń.


Na przykład:
Stopień 2: Nieznaczne drgania. Lekkie kołysanie się zawieszonych przedmiotów.
Stopień 5: Drgania dość mocne. Skutki są wyraźnie odczuwane, 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 legło w gruzach, grunt popękał. Możliwość wystąpienia osuwisk i tsunami.
Stopień 12: Katastrofa. Wielkie zniszczenia i odkształcenia terenu.
Ziemia jest bardzo pofalowana na znacznym obszarze. Przedmioty „fruwają”.

Gdy następuje wstrząs, fale sejsmiczne rozchodzą się od epicentrum - punktu na powierzchni ziemi, położonego prostopadle nad ogniskiem trzęsienia. Szybciej biegną fale podłużne P (primae). Rozchodzą się one w ten sam sposób, jak fale dźwiękowe, powodując drgania wzdłuż drogi fali. Nieco później docierają fale poprzeczne S (secundae). Wywołują one drgania skał prostopadłe do drogi fali. Trzeci typ fal nazwany został falami powierzchniowymi. Wywołują one falowanie gruntu i wzmagają zniszczenia powodowane zawsze przez fale S.

Strefa trzęsienia ziemi.


Chcąc zrozumieć przyczyny trzęsień ziemi naukowcy zawsze zaczynali od sporządzenia mapy obszaru, gdzie one zachodziły.
Przemieszczenia skał wzdłuż uskoków występują w dowolnym miejscu, ale największe trzęsienia ziemi występują w określonych strefach.
Trzęsienia ziemi towarzyszą zwłaszcza strefom wulkanicznym, takim jak „ogniowy pierścień" wokół Pacyfiku.
Gdy metody wykrywania i precyzyjnego lokalizowania trzęsień ziemi zostały udoskonalone, również mapy sejsmiczne stały się dokładniejsze.
Uzyskano dzięki temu szczegółowy obraz aktywności sejsmicznej.
Sejsmologia tak naprawdę zaistniała w latach sześćdziesiątych, gdy pojawiła się możliwość wprowadzenia układu o zakazie prób jądrowych.
Naukowcy zainstalowali sieć stacji sejsmometrycznych i zaczęli „nasłuchiwać" wszelkich drgań, odbieranych przez aparaturę. Uzyskane mapy aktywności sejsmicznej ukazały, że trzęsienia ziemi występują najczęściej wzdłuż grzbietów śródoceanicznych i rowów, wzdłuż uskoków i w otoczeniu młodych gór oraz wulkanów.
Te dane umocniły teorię, zgodnie z którą 100-kilometrowa skorupa ziemska i górna część płaszcza podzielona jest na osiem głównych płyt - kier tektonicznych - które „pływają" po półpłynnej wewnętrznej warstwie Ziemi zwanej astenosferą. Stała aktywność tej strefy planety umożliwia ruch płyt.
W zależności od wzajemnego ruchu, te płyty mogą rozsuwać się, zderzać lub też podsuwać jedna pod drugą.

Ruchy płyt.

Chociaż proces przebiega stopniowo, ruch płyt rzadko jest stały.
Przez długie okresy w ogóle się go nie obserwuje. Siła tarcia utrzymuje płyty w bezruchu. Kiedy naprężenia stają się większe niż wytrzymałość skał, następuje gwałtowne pęknięcie - trzęsienie ziemi - uruchamiające płyty.
Nikt nie potrafi przewidzieć dokładnie, kiedy może nastąpić trzęsienie ziemi. Skrupulatne opracowywanie map i monitoring aktywności sejsmicznej umożliwiają naukowcom określenie stref zagrożenia i częstości występowania wstrząsów sejsmicznych. Kilka wielkich trzęsień ziemi grzecznie zapowiedziało swoje nadejście w postaci serii drobnych wstrząsów, a rosyjscy badacze wykazali, że zmiany prędkości fal P przy niewielkich wstrząsach zwykle poprzedzają główny wstrząs. Subtelne zmiany ukształtowania terenu i lokalne zmiany w rozkładzie ziemskiego pola magnetycznego - również są traktowane jako możliwe zwiastuny trzęsień ziemi.
Poszukiwanie sygnałów.

Jednym ze wskaźników nadchodzącego trzęsienia ziemi jest obserwacja zachowania zwierząt. Przed trzęsieniem ziemi psy zaczynają wyć, konie rozbiegają się, ptaki niespokojnie krążą wokół. W 1975 r. mieszkańcy jednego z miast chińskich zuważyli kilka sygnałów zbliżającego się trzęsienia, w tym dziwne zachowania zwierząt. Opuścili swoje domy parę godzin przed wstrząsami.
W strefie zagrożonej trzęsieniami naukowcy obserwują też poziom wody w studniach. Bezpośrednio bowiem przed wystąpieniem ruchu podziemnych mas skalnych, dochodzi do uszkodzeń ich struktury krystalicznej, wskutek czego uwalniany jest do wody gaz - radon. Wzrost zawartości radonu w wodach studziennych alarmuje naukowców o możliwym zagrożeniu.
Niekiedy przed wystąpieniem trzęsienia ziemi obserwuje się w powietrzu charakterystyczną poświatę; powodują ją najprawdopodobniej cząsteczki zjonizowanych gazów. Naukowcy odkryli również, że przed trzęsieniem następuje nagły wzrost zawartości wodoru w strefie uskoku, ponad 10-krotny
w stosunku do poziomu normalnego. Niestety, tego typu zjawiska nie towarzyszą wszystkim trzęsieniom ziemi. Dlatego też naukowcy opracowali cały zestaw metod, umożliwiających zdecydowanie bardziej precyzyjne przewidywanie wstrząsów.
Jedną z takich metod jest pomiar naprężeń w skalach wzdłuż linii uskoku. Te ogromne pęknięcia skorupy ziemskiej mogą ciągnąć się kilometrami na powierzchni lub w głębi skorupy ziemskiej. Przyrząd do pomiaru nachyleń, przypominający stolarską poziomnicę, określa pionowe ruchy powierzchni ziemi. Inny, w postaci drutów rozpiętych w poprzek uskoku, umożliwia pomiar przemieszczeń poziomych.

Czujnik wstrząsów.

Sejsmometry dostarczają najbardziej precyzyjnych danych
o przewidywanym trzęsieniu ziemi. Te bardzo czułe instrumenty mogą wykryć nawet najmniejsze drgania skorupy ziemskiej. Sejsmometr przetwarza te drgania na sygnał elektryczny, który z kolei może być zapisany na papierze.
Dzięki temu sejsmolodzy mogą śledzić natychmiast każde gwałtowne rozładowanie napięć w skałach skorupy ziemskiej.
Inna z technik monitoringu ruchów powierzchni ziemi polega na wysyłaniu sygnałów poprzez satelitę do innych stacji odbiorczych. Sieć satelitów i stacji naziemnych umożliwia naukowcom ocenę, czy zachodzi zmiana wzajemnego położenia stacji.

Ograniczanie zniszczeń.

Chociaż żadna z wcześniej opisanych metod nie gwarantuje skutecznej prognozy, ułatwiają one bardzo zrozumienie natury trzęsień ziemi.
Naukowcy bowiem poszukują także sposobów zmniejszenia skutków trzęsień. Niektórzy są przekonani, że możliwe jest rozładowanie naprężeń w skałach grożących silnym trzęsieniem ziemi za pomocą serii małych wstrząsów wywołanych sztucznymi wybuchami. Na pewnych terenach małe wstrząsy można sprowokować przez wprowadzanie cieczy w strefę uskoków. Wpompowanie płynnych zanieczyszczeń do głębokich otworów koło Denver, Colorado, wywołało drobne wstrząsy na spokojnym dotychczas obszarze. Wynika z tego, że narastające naprężenia wzdłuż uskoków, takich jak na przykład San Andreas w Kalifornii, mogą być rozładowane na drodze serii kontrolowanych, sztucznie wywołanych małych trzęsień ziemi.
Idealnym, najskuteczniejszym sposobem zapobieżenia ofiarom w następstwie trzęsienia ziemi byłaby ewakuacja wszystkich mieszkańców stref sejsmicznych. Nie jest to możliwe, zwłaszcza wobec tak gwałtownie postępującego wzrostu zaludnienia. Wręcz przeciwnie, ocenia się, że w 2035 r. ponad 600 milionów ludzi będzie zamieszkiwało w wielkich miastach, położonych w obrębie strefy sejsmicznej.
Architekci amerykańscy i japońscy usilnie prowadzą badania nad sejsmoodpornymi budynkami. Okazało się bowiem, że odpadanie elementów dekoracyjnych jest głównym sprawcą śmierci ludzi podczas występujących trzęsień ziemi. Aby temu zapobiec, budynki muszą być projektowane bez jakichkolwiek ozdób, a także pozbawione kominów. Domy mieszkalne
i biurowce należy wznosić na specjalnych fundamentach, które uniemożliwią lub w znacznym stopniu ograniczą kołysanie budowli.

Trzęsienia ziemi - niebezpieczne drgania.

Zjawisko trzęsienia ziemi od wieków fascynowało, budziło zainteresowanie badaczy, ale także grozę, której na imię zniszczenie i śmierć.
Już w starożytności zastanawiano się, dlaczego ziemia drży. Nim udowodniono, że Ziemia jest okrągła, wierzono, iż spoczywa ona na grzbiecie gigantycznego stworzenia, którego niepokój wywołuje drgania. Z innym wytłumaczeniem zetknął się Karol Darwin (1809--1882), który był świadkiem trzęsienia ziemi na południowym wybrzeżu Chile w 1835 roku. Według tamtejszych wierzeń zjawisko to wywołała staruszka, która
w tajemniczy sposób zamurowała krater leżącego w pobliżu wulkanu. Rozwścieczony wulkan, nie znajdując innego sposobu wyładowania swojego gniewu, całą nagromadzoną energię przeniósł do wnętrza Ziemi.
Poglądy te wynikały być może z obserwacji, aktywność wulkaniczna bywa bowiem związana z trzęsieniem ziemi. Dziś wiemy, że trzęsienie ziemi
powodują ruchy małych i dużych płyt tektonicznych tworzących
skorupę ziemską - litosferę.
Ich kolizja bądź rozdzielanie rodzi fale wstrząsów, które przekształcają się
w niebezpieczne drgania. W miejscach oddalania się od siebie płyt, gdzie rozpuszczona skała z płaszcza Ziemi podnosi się i twardnieje, tworząc nową skorupę (najczęściej w formie grzbietu oceanicznego), trzęsienia ziemi są zjawiskiem zwyczajnym, często wręcz niedostrzegalnym. Natomiast szczególnie groźne wstrząsy powstają wzdłuż krawędzi płyt. Powolny ruch
(zwykle 2-3 cm rocznie) zostaje zahamowany przez siły tarcia, co unieruchamia te wielkie płyty litosfery względem siebie. Powstające wówczas napięcia gromadzą się tak długo, aż ich energia staje się wystarczająca, by pokonać tarcie. Rozładowanie następuje w postaci serii niewielkich, średniej wielkości wstrząsów bądź też jako jedno niszczycielskie trzęsienie. ,
Nie można trzęsieniom ziemi zapobiec, a wyludnienie stref sejsmicznych jest po prostu niemożliwe. Człowiek musi więc stale udoskonalać monitoring
i wprowadzać nowe rozwiązania architektoniczne, dążyć do harmonii
ze światem przyrody.

W jaki sposób przygotować się na trzęsienie ziemi.

· W miastach narażonych na trzęsienie ziemi, takich jak San Francisco i Tokio, regularne ćwiczenia mieszkańców gwarantują, że każdy wie jak się zachować podczas katastrofy.

· Dzieci są zachęcane do tego, aby miały przy swoich łóżkach latarkę i parę mocnych butów, tak więc jeśli trzęsienie ziemi zaskoczy je w nocy, będą mogły
odnaleźć drogę ratunku.
· Z powodu zagrożenia przez odpadające elementy architektoniczne, doradza się mieszkańcom pozostanie w domach, gdzie mogą ukryć się pod solidnymi meblami lub w drzwiach, aby uniknąć spadających fragmentów ścian. Ściany
z otworami drzwiowymi należą do najmocniejszych fragmentów mieszkań
i zazwyczaj nie ulegają zniszczeniu .
· Natychmiast muszą być wyłączone wszelkie źródła ognia, aby w razie uszkodzenia przewodów gazowych uniknąć groźby wybuchu.


CIEKAWOSTKI
· Hipocentrum - punkt w głębi Ziemi, stanowiący teoretycznie źródło fal sejsmicznych emitowanych podczas trzęsienia ziemi.
· Epicentrum - miejsce na powierzchni Ziemi leżące bezpośrednio nad hipocentrum.





Literatura:
1. „Zaopiekujmy się Ziemią” – Miles Litvinoff, wyd. bis , 1998 .
2. „Niezwykłe zjawiska” – Renata Ponaratt, wyd. Publicat, 2005 .
3. czasopismo : „Świat wiedzy – planeta Ziemia” .