Trzęsienia ziemi należą do najbardziej niszczycielskich spektakli matki natury. W jednej chwili, potężne wstrząsy mogą obrócić w gruz nawet największe budynki i pochłonąć tysiące ludzkich istnień. Człowiek nie potrafi zapobiec tym zjawiskom, może jednak tworzyć nowe standardy budowlane, które zminimalizują ich skutki. To zadanie dla inżynierów budownictwa, jednak inżynieria sejsmiczna nie byłaby w stanie zaproponować bezpiecznych rozwiązań bez współpracy ekspertów budowlanych z sejsmologami. Nie można jednak ograniczać zakresu działań tej gałęzi nauki wyłącznie do badań trzęsień ziemi.
Co to znaczy sejsmologia?
Nazwa „sejsmologia” powstała przez połączenie dwóch greckich słów: seismós, czyli trzęsienie i logos – nauka. „Nauka o wstrząsach/trzęsieniach ziemi” stanowi dział geofizyki. To dziedzina badająca procesy i zjawiska geofizyczne, zachodzące we wszystkich ziemskich geosferach.
Obszar badawczy sejsmologii jest skupiony na trzęsieniach ziemi i zjawiskach rozchodzenia fal sprężystych we wnętrzu naszej planety. Upraszczając, sejsmologia jest niczym innym, jak nauką o trzęsieniach ziemi i falach sejsmicznych.
Czym zajmują się sejsmolodzy?
Zadania wykonywane przez sejsmologów dotyczą przede wszystkim obserwacji i analizy zaburzeń w obszarze stanu równowagi we wnętrzu naszej planety. W ramach swojej pracy, sejsmolodzy badają mechanizmy i przebieg trzęsień ziemi, ale nie tylko. W zakresie ich kompetencji leży także:
- klasyfikacja wstrząsów sejsmicznych,
- określenie rozmieszczenia stref sejsmicznych (obszarów częstego występowania wstrząsów) na powierzchni Ziemi,
- wskazanie przyczyn występowania zjawisk sejsmicznych,
- działania profilaktyczne, polegające na przewidywaniu trzęsień i zapobieganiu ich skutkom.
Na podstawie prowadzonych obserwacji fal sejsmicznych, powstałych w następstwie wstrząsów, sejsmolodzy (przy współpracy z naukowcami reprezentującymi inne dziedziny) badają wnętrze Ziemi. Dzięki danym o prędkości rozchodzenia się fal i nieciągłościach sejsmicznych, możliwe jest określenie składu chemicznego, temperatury i innych właściwości poszczególnych stref Ziemi.
Warto podkreślić, że w swojej pracy sejsmolodzy nie obserwują wyłącznie naturalnych zjawisk, będących następstwem ruchów tektonicznych w obrębie skorupy lub płaszcza Ziemi, zjawisk wulkanicznych lub zapadowych. Wiele badań nad rozchodzeniem się fal sejsmicznych prowadzi się poprzez celowe wywołanie eksplozji, na powierzchni Ziemi lub w otworach wiertniczych. Mówimy tu o tzw. głębokim sondowaniu sejsmicznym (GSS). To metoda pozwalająca na dość dokładne określenie budowy skorupy i płaszcza Ziemi na danym obszarze. W ramach tych badań stosowane są także metody tomografii sejsmicznej.
Jakich narzędzi używają sejsmolodzy?
Podstawowym narzędziem w pracy sejsmologa jest sejsmograf – urządzenie umożliwiające rejestrację drgań gruntu. Specjalne czujniki przekazują dane do jednostki centralnej i na tej podstawie generowany jest zapis fal sejsmicznych, czyli sejsmogram.
Głównym elementem sejsmografu jest pionowe lub poziome wahadło fizyczne. Ze względu na duży okres drgań własnych wahadła (w odniesieniu do okresu drgań gruntu), jego środek stanowi stały punkt odniesienia, który pozwala określić wielkość i kierunek drgań gruntu. Po wzmocnieniu, te zostają przetworzone na impulsy elektryczne, które są rejestrowane przez galwanometr (na taśmie światłoczułej). Warto zaznaczyć, że sejsmogram może też mieć postać cyfrową i właśnie takie rozwiązania są obecnie stosowane najczęściej.
Jaki jest cel prowadzonych badań?
Badanie genezy i propagacji fal sejsmicznych służy nie tylko określaniu przyczyn trzęsień ziemi i ograniczaniu ich skutków poprzez określenie prędkości i kierunku rozchodzenia się drgań.
Sejsmolodzy wspomagają też pracę innych naukowców, badających skład geologiczny i strukturę poszczególnych warstw Ziemi. Współpracują ze specjalistami z zakresu budownictwa przy tworzeniu nowych rozwiązań architektonicznych. Uczestniczą w testach jądrowych i w poszukiwaniu surowców naturalnych, w tym ropy naftowej.
Gdzie rozchodzą się fale sejsmiczne?
Czym właściwie są fale, o których mowa? To drgania będące następstwem naturalnych procesów lub działalności człowieka, rozchodzące się we wnętrzu Ziemi lub na jej powierzchni. Nauka rozróżnia dwa podstawowe typy fal sejsmicznych:
- fale przestrzenne – rozchodzą się od punktu wzbudzenia (ogniska trzęsienia ziemi) we wszystkich kierunkach. Ze względu na prędkość rozchodzenia się, należy je dzielić na drgania podłużne (P) i poprzeczne (S). Fale podłużne osiągają niemal dwukrotnie wyższą prędkość od poprzecznych;
- fale powierzchniowe – rozchodzą się na granicy dwóch ośrodków, przede wszystkim na powierzchni. Powstają w momencie, gdy fale przestrzenne dotrą do powierzchni ziemi.
