Co wywołuje trzęsienie ziemi? Czy można przewidzieć jego występowanie?

Spis treści:

1. Uwolniona energia
2. Pierścień ognia
3. Działalność człowieka
4. Trzęsienia ziemi i tsunami

Nieco ponad dwa lata temu, w lutym 2023 roku, w południowo-wschodniej Turcji oraz w Syrii, na granicy płyt tektonicznych anatolijskiej i arabskiej, doszło do trzęsienia ziemi, które pochłonęło niemal 60 tysięcy ofiar. A choć wydarzenie było gigantyczną katastrofą, którą pogłębiły jeszcze panująca wówczas zima oraz zniszczenia wojenne w Syrii, to niektóre trzęsienia ziemi potrafią pochłonąć nawet 250 tysięcy istnień.

Uwolniona energia

Przełom w rozumieniu zjawiska trzęsień ziemi przyniosła sejsmologia – nauka, która od początku XX wieku bada wszystkie aspekty trzęsień, ich przyczyny, przebieg i skutki. Dzięki sejsmologii wiemy, że trzęsienia ziemi powstają, gdy energia sprężysta zgromadzona w skorupie ziemskiej przez lata nagle uwalnia się podczas przemieszczenia skał wzdłuż uskoku. Uwalniająca się w ten sposób energia w około 20–30% rozchodzi się w postaci fal sejsmicznych. Część z tych fal dociera na powierzchnię Ziemi w postaci niszczących fal powierzchniowych. Pozostała część energii zamienia się w ciepło lub trwałe deformacje skał.

Miejsce, w którym zapoczątkowane zostało uwalnianie energii zgromadzonej na linii uskoku nazywamy ogniskiem trzęsienia ziemi. Jest to punkt czysto teoretyczny, ponieważ faktycznie energia wstrząsu rozładowuje się zawsze na pewnej powierzchni uskoku. Bezpośrednio nad ogniskiem wstrząsu znajduje się tzw. epicentrum. Jest to punkt, gdzie fale sejsmiczne rozchodzące się z ogniska we wszystkich kierunkach najszybciej osiągając powierzchnię.

Zazwyczaj właśnie w epicentrum fale posiadają największą siłę niszczącą i najsilniej wprawia podłoże w wibracje. Intensywność wstrząsów w dużej mierze zależy od uwarunkowań geologicznych i rodzaju podłoża, Jeżeli zamieszkany obszar znajduje się np. na terenie bagnistym, może to znacznie zintensyfikować drgania.

Natomiast falą sejsmiczną nazywamy pojedynczą falę wibracji, w jakiej nagromadzona energia jest uwolniona w trakcie ruchów mas skalnych na linii uskoku. Prędkość rozchodzenia się fal zależy od rodzaju podłoża i fali.

Pierścień ognia

Trzęsienia ziemi mają różny charakter w zależności od rodzaju uskoku. W uskokach przesuwczych skały przesuwają się względem siebie poziomo. W uskokach normalnych fragment skały nad uskokiem przemieszcza się w dół, a w uskokach odwrotnych – w górę. Ruchy te mogą obejmować kilka, kilkadziesiąt, a nawet kilkaset kilometrów uskoku. Przykładem jest słynne trzęsienie ziemi w San Francisco w 1906 roku, kiedy to wzdłuż uskoku San Andreas doszło do przemieszczenia o długości 430 kilometrów i przesunięcia terenu nawet o 6 metrów.

Najaktywniejszym obszarem sejsmicznym świata jest tzw. „Pierścień Ognia”, czyli okolice Oceanu Spokojnego – od Nowej Zelandii i Japonii, przez Alaskę, po zachodnie wybrzeża obu Ameryk. To właśnie tam dochodzi do około 80% wszystkich uwolnień energii sejsmicznej. Drugim ważnym pasem jest pas alpejsko-himalajski, ciągnący się od Morza Śródziemnego przez Azję aż po Indonezję, odpowiedzialny za około 15% światowej aktywności sejsmicznej. Inne aktywne strefy znajdują się wzdłuż grzbietów oceanicznych i rowów ryftowych, m.in. w Oceanie Atlantyckim, Indyjskim i Arktycznym.

Poza trzęsieniami o podłożu tektonicznym, istnieją również trzęsienia wulkaniczne, które powstają w związku z aktywnością magmy pod wulkanami. Choć ich źródłem jest często ruch płynnych mas skalnych lub gazów pod ciśnieniem, ich mechanizm bywa podobny do trzęsień tektonicznych – również polega na nagłym przemieszczeniu skał. W rzeczywistości zarówno trzęsienia wulkaniczne, jak i tektoniczne, mają wspólne tło geologiczne – są skutkiem ruchów płyt tektonicznych.

Działalność człowieka

Trzęsienia ziemi mogą być również wywoływane przez działalność człowieka. Przykładami są głębokie wiercenia i wstrzykiwanie płynów przy szczelinowaniu, podziemne próby jądrowe, wydobycie surowców, a także zalewanie ogromnych zbiorników wodnych. W przypadku zbiorników zaporowych dochodzi czasem do zjawiska tzw. sejsmiczności indukowanej – ciśnienie wywierane przez wodę może być wystarczające, by uruchomić uskoki, które były już bliskie pęknięcia. Znane przypadki to m.in. zapory Hoover w USA, Asuańska w Egipcie, Kariba na granicy Zimbabwe i Zambii czy Koyna w Indiach, gdzie po napełnieniu zbiorników doszło do wzrostu liczby lokalnych trzęsień.

Trzęsienia ziemi mają też zróżnicowane skutki. Mogą powodować zmiany w rzeźbie terenu – przemieszczenia wzdłuż uskoków, zapadnięcia gruntu, osuwiska, wypływy błotne czy zmiany w przepływie wód gruntowych. Często prowadzą też do zniszczeń infrastruktury – budynków, mostów, kolei, rurociągów. Szczególnie narażone są konstrukcje wzniesione na miękkich osadach, które wzmacniają fale sejsmiczne. Trzęsienia ziemi mogą również powodować zjawiska akustyczne i świetlne – niskie dźwięki podobne do przejazdu pociągu oraz błyski w atmosferze, będące efektem elektrycznym.

Trzęsienia ziemi i tsunami

Jednym z najbardziej tragicznych skutków trzęsień ziemi są tsunami – fale morskie o ogromnej długości i energii, powstające na skutek nagłego przemieszczenia dna oceanicznego. Choć potocznie nazywane falami pływowymi, nie mają one związku z działaniem Księżyca czy Słońca. Tsunami mogą rozprzestrzeniać się przez całe oceany i uderzać w wybrzeża z ogromną siłą, niosąc spustoszenie. Najbardziej niszczycielskie tsunami w historii miało miejsce 26 grudnia 2004 roku po trzęsieniu ziemi u wybrzeży Sumatry – zginęło wówczas ponad 200 tysięcy ludzi w Azji i Afryce.

Choć każdego roku na całym świecie notuje się około 50 tysięcy trzęsień ziemi odczuwalnych bez użycia instrumentów, tylko około 100 z nich jest na tyle silnych, by powodować poważne zniszczenia. Wstrząsy o naprawdę katastrofalnej sile zdarzają się średnio raz do roku. W ciągu dziejów ludzkości trzęsienia ziemi doprowadziły do śmierci milionów ludzi i nieobliczalnych strat materialnych, a ich badanie i monitorowanie pozostaje jednym z najważniejszych wyzwań współczesnych nauk o Ziemi.

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.