trzęsienie ziemi
 
Encyklopedia
trzęsienie ziemi,
gwałtowne zaburzenie stanu równowagi we wnętrzu Ziemi, prowadzące do wyzwolenia się energii w postaci ciepła, fal sejsmicznych, ruchu skał i ich trwałych deformacji (np. spękania, szczeliny).
Niektóre trzęsienia ziemi powodują wielkie zniszczenia (katastrofa ekologiczna). Najczęściej trzęsienia ziemi są związane z ruchami tektonicznymi (trzęsienia ziemi tektoniczne), inne, na ogół słabsze, są wywołane przez wybuchy wulkanów, obrywy skalne lub zapadanie się jaskiń. Badaniem trzęsień ziemi zajmuje się sejsmologia.
Miejsce we wnętrzu Ziemi, gdzie nastapił proces wydzielenia się energii jest nazywane ogniskiem trzęsienia ziemi, w jego obrębie lokalizuje się hipocentrum — hipotetyczny punkt, z którego rozchodzą się fale sejsmiczne; punkt na powierzchni Ziemi położony bezpośrednio nad hipocentrum jest zwany epicentrum. Ogniska trzęsień ziemi występują na różnych głębokościach poniżej powierzchni Ziemi; rozróżnia się trzęsienia ziemi płytkie (ognisko na głębokości do 70 km), pośrednie (głębokość 70–300 km) i głębokie (głębokość 300–700 km). Trzęsienia ziemi najczęściej występują przy granicach płyt litosfery, choć zdarzają się też trzęsienia daleko od tych granic (trzęsienia ziemi śródpłytowe ). Rejony, gdzie trzęsienia ziemi są stosunkowo częste i silne, są nazywane strefami sejsmicznymi, obszary zaś na ogół wolne od trzęsień ziemi to strefy asejsmiczne.
Wielkość procesu w ognisku trzęsienia ziemi określa się za pomocą tzw. skali magnitud (Richtera skala) na podstawie zapisu fal sejsmicznych (sejsmogramów) dokonanych przez sejsmografy. Natomiast intensywność trzęsienia ziemi w danym miejscu na powierzchni Ziemi ustala się za pomocą skal makrosejsmicznych na podstawie skutków, jakie w danym miejscu spowodowało trzęsienie.
Najsilniejszymi trzęsieniami ziemi są trzęsienia tektoniczne; najczęściej są one wynikiem ruchu płyt litosfery lub mniejszych fragmentów skorupy ziemskiej; przemieszczanie się płyt powoduje powolny wzrost sprężystych deformacji skał; gdy naprężenia przekroczą wartość krytyczną, następuje gwałtowny ruch skał objawiający się jako trzęsienie ziemi. Prawdopodobnie największa część energii sprężystej wyzwolonej podczas trzęsienia ziemi zamienia się na ciepło, na fale sejsmiczne przypada jej ok. 20%. Istotną rolę w ognisku trzęsienia ziemi odgrywają procesy tworzenia się, ruchu i zaniku szczelin oraz obecność wody lub innych płynów, które mogą istotnie zmniejszyć siły tarcia.
Większość zniszczeń spowodowanych przez trzęsienia ziemi następuje blisko epicentrum. Ruch skał w obrębie ogniska trzęsienia ziemi może zniszczyć budowle w przypadku ich położenia na samym uskoku lub na powstałych szczelinach. Na ogół jednak większe zniszczenia powodują drgania gruntu. W czasie silnego trzęsienia ziemi przyspieszenie drgań gruntu jest porównywalne z przyspieszeniem ziemskim; oznacza to, że na budynki działa dodatkowa siła bliska ich ciężarowi. Podczas najsilniejszych trzęsień jest widoczne falowanie gruntu. Czas trwania intensywnych wstrząsów wynosi od kilku s do kilku min, ale zdarzają się też serie wstrząsów, np. w przypadku trzęsienia w Chile 1960 serie silnych wstrząsów trwały ok. 2 dni. Często, oprócz wstrząsu głównego, występują także wstrząsy poprzedzające i następcze (tzw. repliki), które są na ogół wyraźnie słabsze od wstrząsu głównego. Odporność budowli na wstrząsy zależy zarówno od ich konstrukcji, jak też od rodzaju gruntu. Najtrwalsze są budynki posadowione na litej skale, oddzielone od niej warstwą tłumiącą drgania. Budowle posadowione na podłożu nie skonsolidowanym są mniej odporne na wstrząsy, taki grunt bowiem sam może ulec silnym deformacjom. Jeszcze mniej bezpieczny jest grunt przesycony wodą; pod wpływem wstrząsu może nastąpić tzw. upłynnienie gruntu (fluidyzacja) i wówczas przez pewien czas grunt zachowuje się jak ciecz, fundamenty przestają stanowić podparcie budowli i ciężkie budowle mogą pogrążyć się w gruncie, podziemne zbiorniki zaś — wynurzyć na powierzchnię; zniszczeniu ulegają wtedy instalacje podziemne, jak sieć gazowa, kanalizacja itp. Efektem wstrząsów mogą być też groźne zjawiska wtórne — osuwiska i lawiny schodzące ze stromych zboczy. Na obszarach zurbanizowanych ważnym czynnikiem pociągającym zarówno straty materialne, jak i ofiary w ludziach są uboczne skutki zniszczenia budowli i infrastruktury. Podczas trzęsienia ziemi w San Francisco 1906 większość zniszczeń została spowodowana przez pożary wynikłe z uszkodzenia pieców domowych. We współczesnych miastach groźne są awarie sieci gazowej i zakładów przemysłowych, zwłaszcza przemysłu chemicznego, uszkodzenie zbiorników benzyny. Wrażliwy na wstrząsy jest system komunikacyjny: linie kolejowe, mosty, wielopoziomowe skrzyżowania itp. W przypadku trzęsień na dnie morskim lub osunięć mas skalnych do morza dochodzi do powstania niszczącej fali tsunami; fala ta może powodować zniszczenia w rejonach odległych o tysiące km od epicentrum. Podczas trzęsienia ziemi mogą nastąpić znaczne zmiany w topografii, na przykład trzęsienie ziemi na Alasce 1964 spowodowało pionowe przesunięcia mas skalnych (do kilkunastu m) na obszarze o powierzchni ponad 500 000 km2. Zmiany w topografii terenu pociągają za sobą m.in. zmiany biegu rzek, linii brzegowej, poziomu zwierciadła wód gruntowych. Czynnikiem wpływającym na zakres zniszczeń i liczbę ofiar jest gęstość zaludnienia. Liczba ofiar trzęsienia ziemi zależy też od innych, niekiedy dość przypadkowych czynników, jak np. pora dnia, tryb życia ludności. W strefach narażonych na trzęsienia ziemi rozwinięto specjalne techniki budowlane pozwalające na wznoszenie nawet wysokich domów odpornych na silne trzęsienia. Budownictwo to jest bardzo kosztowne, ale w dużym stopniu dzięki temu liczba ofiar trzęsień ziemi w krajach rozwiniętych jest stosunkowo mała.
Wiele trzęsień ziemi jest poprzedzanych przez różne zjawiska, nazywane zjawiskami wyprzedzającymi. Od dawna wiedziano, że w niektórych trzęsieniach ziemi przed wstrząsem głównym występowały słabe, lecz wyczuwalne wstrząsy, które skutecznie alarmowały ludność (np. przed trzęsieniem ziemi w Chile 1960). Obecnie bardzo słabe wstrząsy mogą być wykrywane przez przyrządy. Zaobserwowano także wiele innych zjawisk wyprzedzających w rejonie przyszłego trzęsienia: deformacje powierzchni Ziemi, niewielkie zmiany pola grawitacyjnego i pola geomagnetycznego, zmiany oporu elektrycznego skał podłoża, zmiany prędkości fal sejsmicznych, zwiększenie ilości radonu emitowanego z wnętrza Ziemi, zmiany poziomu wody w studniach, zmiany nasilenia drobnych wstrząsów sejsmicznych, a także nienormalne zachowanie się zwierząt. Ciągła obserwacja tych zjawisk pozwoliła trafnie przewidzieć niektóre trzęsienia, np. trafna prognoza trzęsienia ziemi w Haicheng w Chinach (1975) umożliwiła ostrzeżenie ludności; niestety podobnej prognozy nie udało się dokonać przy silniejszym trzęsieniu ziemi również w Chinach, niedaleko Tangshan (1976). Intensywnie prowadzone badania nie doprowadziły dotąd do opracowania skutecznej metody prognozowania trzęsień ziemi; nawet jeśli proces narastania naprężeń jest powolny i przewidywalny, to ich wyzwolenie w postaci trzęsienia ziemi może być spowodowane dość niewielkimi, przypadkowymi czynnikami, które z natury rzeczy są trudne do przewidzenia.
Działalność ludzka często powoduje występowanie słabych trzęsień ziemi. Eksploatacja kopalin prowadzi często do naruszenia równowagi górotworu, wyzwalania się starych naprężeń i powstawania nowych (tąpanie).
Sterowanie przebiegiem naturalnych trzęsień ziemi jest bardzo trudne. Istnieją np. propozycje pompowania wody do głębokich studni w rejonach sejsmicznych, sądzi się, że woda mogłaby ułatwiać wcześniejsze rozładowanie naprężeń w postaci serii słabszych wstrząsów zamiast jednego dużego. Natomiast techniki kontrolowania wstrząsów są szeroko wykorzystywane w kopalniach, np. w celu rozładowania naprężeń górotworu wywołuje się sztucznie zawały.
Polskę zalicza się do obszarów asejsmicznych, mimo to są jednak znane przypadki zniszczeń spowodowanych przez trzęsienia ziemi; 1443 w Krakowie zawaliło się sklepienie kościoła Świętej Katarzyny, 1680 wiele domów w Warszawie zostało zniszczonych; trzęsienie ziemi obserwowano w Hrubieszowie 1875 i pod Niemczą 1895, wiele wstrząsów zanotowano w lutym 1932 w okolicach Płocka, Kielc, Lublina; 2004 zaobserwowano trzęsienie ziemi w północno-wschodniej Polsce i na Podhalu; dość częste są słabe trzęsienia ziemi w Karkonoszach; najczęściej wstrząsy występują na Górnym Śląsku, z których większość jest spowodowana przez działalność górniczą.
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia