Spomiędzy katastrof żywiołowych, nękających ludzkość od zarania jej istnienia, trzęsienia ziemi należą obecnie do najgroźniejszych. Od skutków powodzi, huraganów czy wybuchów wulkanów bowiem bronimy się coraz skuteczniej. Natomiast trzęsienia ziemi przychodzą bez zapowiedzi i jeżeli są dostatecznie silne i nawiedzą okolice zaludnione - sieją straszliwe spustoszenie. W ciągu kilku chwil, walą się całe miasta, grzebiąc pod swymi gruzami tysiące mieszkańców.
Co to jest trzęsienie ziemi?
Trzęsieniem ziemi nazywamy drgania skorupy ziemskiej. Skorupa ziemska składa się z oddzielnych płyt litej skały. Poruszają się one wolno, a czasem ślizgają się wzdłuż siebie. Najsilniejsze trzęsienie występują na styku płyt. Niekiedy płyty blokują się i przez pewien czas są unieruchomione. Narastają wówczas naprężenia, które ulegają nagłemu rozkładowi kiedy płyty się przesuną. Powoduje to tworzenie się fal sprężystych zwanych sejsmicznymi. Fale sejsmiczne rozchodzą się z hipocentrum i docierają najpierw do obszaru położonego dokładnie nad hipocentrum to miejsce nazywamy epicentrum. Trzęsienie ziemi największe szkody wywołuje w epicentrum, ponieważ zgodnie z przebytą drogą fale tracą swoją prędkość, a co za tym idzie siłę. Im dalej od epicentrum tym mniejszy wstrząs czyli mniejsze zniszczenia. Ogólnie biorąc rzecz pod uwagę istota trzęsień ziemi polega na tym, że zachodzące we wnętrzu naszej planety przesunięcia mas, a może także i inne nie znanej nam natury zjawiska wywołują drgania rozchodzące się we wszystkich kierunkach w postaci tzw. fal sejsmicznych. Miejsce, gdzie powstają owe drgania, nosi nazwę ogniska trzęsienia ziemi, albo z grecka hipocentrum. Jak wykazały długoletnie obserwacje i obliczenia, olbrzymia większość ognisk znajduje się na głębokości około dziesięciu do kilkudziesięciu kilometrów, przy czym zdecydowanie przeważają płytsze. Ale znane są i bardzo głębokie, położone nawet poniżej 700 kilometrów.
Fale sejsmiczne
Rozchodzące się z hipocentrum docierają najprędzej do powierzchni Ziemi w miejscu położonym bezpośrednio nad ogniskiem. Miejsce to zwiemy epicentrum. Im dalej od epicentrum, tym później dobiegają drgania i tym są one słabsze. Dlatego największe zniszczenia występują w najbliższym jego sąsiedztwie, tzw. obszarze epicentralnym, w którym także najsilniej zaznacza się działania fal długich. Rozmiary obszaru epicentralnego zależą od wielkości trzęsienia ziemi i od głębokości ogniska.
Wyróżniamy dwa rodzaje fal:
(1) podłużne, powodują ściskanie lub rozkurczanie skał wzdłuż drogi przebiegu fale te rozchodzą się we wszystkich trzech ośrodkach skupienia nim ciało gęstsze tym prędkość większa na przykład: prędkość w skałach litych wynosi od 3 do 5 km/s.
(2) poprzeczne, powodują deformacje poprzeczne i rozchodzą się tylko w jednym ośrodku skupienia, a mianowicie w ciałach stałych. Trzęsienie ziemi trwa na ogół nie dłużej niż kilka sekund, ale niektóre trwają minutę lub dłużej. Trzęsienie ziemi w San Francisco w 1906 roku trwało 40 sekund, podczas gdy trzęsienie ziemi, które nawiedziło Alaskę w 1964 roku trwało 7 minut, z tego 3 minuty ze szczególnie niszczącą siłą.
Rodzaje trzęsień ziemi
Wyróżniamy trzy rodzaje trzęsień:
(1) tektoniczne, związane z przemieszczaniem się mas skalnych w skorupie ziemskiej, występują przede wszystkim na granicach między płytami litosfery. Trzęsienia tego typu towarzyszą również uskokom. Trzęsienia tektoniczne stanowią 90% trzęsień i są najgroźniejsze.
(2) wulkaniczne, towarzyszom wybuchom wulkanów i przedzieraniu się magmy przez skały. Są mniej groźne od tektonicznych i stanowią 7% liczby wszystkich trzęsień.
(3) zapadliskowe, związane z przemieszczaniem się niedużych mas skalnych, powstają podczas zapadania się stropów jaskiń lub zalewania się wyrobisk górniczych (tąpnięcia). Stanowią 3% ogólnej liczby trzęsień. Niektóre trzęsienia ziemi są związane w sposób zupełnie widoczny z takimi pęknięciami. San Francisco leży na wielkim uskoku San Andreas, dającym się prześledzić na długości kilkuset kilometrów wzdłuż wybrzeży kalifornijskich. Uskok ten "odżywa" od czasu do czasu, gdyż wybrzeża te były parokrotnie doświadczane przez trzęsienia ziemi. Pęknięcia skorupy ziemskiej bywają tak głębokie, że dochodzą do stref płynnej magmy i powodują jej wydobywanie się na powierzchnię w postaci zjawisk wulkanicznych.
Tereny wolne od trzęsień
Obszary pnesejsmiczne są to obszary gdzie trzęsienia ziemi występują sporadycznie lub często ale są bardzo słabe. Są to: Północna Europa, Ural i Wielkie Góry Wododziałowe. Obszary asejsmiczne są to obszary całkowicie pozbawione trzęsień. Są to na przykład stare platformy, dna oceaniczne z wyjątkiem grzbietów i rowów. Geograficzne rozmieszczenie trzęsień ziemi pokrywa się dość dokładnie z obszarami występowania czynnych wulkanów. Podobnie jak i tam, istnieją dwie głównie strefy najczęściej doświadczane przez te katastrofy: pierścień wokół pacyficzny i strefa śródziemnomorska, ciągnąca się od Gibraltaru poprzez rejon Morza Śródziemnego, Azję Mniejszą, Iran, Afganistan, Himalaje do Archipelagu Malajskiego. Są to obszary młodych gór i pęknięć skorupy ziemskiej, gdzie po niedawnych (w znaczeniu geologicznym) ruchach skorupa ziemska nie uspokoiła się, nie doszła do stanu zupełnej równowagi. Od czasu do czasu płyty oceaniczne prawdopodobnie jeszcze przemieszczają się, powodując owe wstrząsy dlatego trzęsienia ziemi mogą występować i daleko poza wymienionymi strefami.
Trzęsienia ziemi i fale tsunami
Występują także podmorskie trzęsienia ziemi a zachodzą one wtedy gdy ognisko trzęsienia ziemi znajduje się pod dnem morza, powstają ogromne fale, zwane tsunami. Tsunami rozchodząc się we wszystkie strony z ogromną prędkością, powoduje zniszczenia na wybrzeżach. Na samym oceanie te fale są słabo zauważalne, chociaż przemieszczają się z prędkością do 800 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 roku dotknęło Lizbonę, na miasto runęły fale o wysokości 17 metrów. Kolejne wstrząsy spowodowały osuwiska i pożary. Trzy czwarte miasta legło w gruzach a 60 tysięcy ludzi straciło życie.
Sejsmometry
Przeważająca większość wstrząsów pozostałaby niezauważona, gdyby nie sejsmolodzy i ich wrażliwe urządzenia nazywane sejsmometrami. Chociaż naprawdę katastrofalne trzęsienia ziemi zdarzają się rzadko, Ziemia drży nieustannie. Specjaliści od trzęsień ziemi, zwani sejsmologami, rejestrują każdego roku 500 tysięcy wstrząsów - w przybliżeniu można by powiedzieć, że trzęsienie ziemi zdarza się co minutę. Obecnie, w celu określenia intensywności trzęsienia ziemi - wielkości wyzwalanej energii - sejsmolodzy stosują skalę Richtera. Została ona tak nazwana od nazwiska amerykańskiego specjalisty Charlesa F. Richtera, który wprowadził ją w 1935 roku. 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. Czasami naukowcy mogą przewidzieć wystąpienie trzęsienia ziemi. W 1974 roku na przykład przewidzieli trzęsienie ziemi w Chinach, ratując życie tysięcy ludzi. Przewidzenie trzęsienia ziemi w większości przypadków nie jest jednak możliwe.
Ograniczenie zniszczeń
Chociaż żadna metoda 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 roku ponad 600 milionów ludzi będzie zamieszkiwało w wielkich miastach, położonych w obrębie strefy sejsmicznej. Architekci amerykańscy i japońscy usilnie prowadzą badania nad sejsmoodpomymi 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.
Najsilniejsze trzęsienia w historii
Najsilniejsze w historii sejsmologii trzęsienie nawiedziło Chile na zachodnim wybrzeżu Ameryki Południowej 22 maja 1960 roku o godzinie 21:11 (czasu polskiego) i miało 9,5 w skali Richtera. Epicentrum tego wstrząsu znajdowało się w okolicach miasta Valdivia, 700 kilometrów na południe od stolicy Santiago de Chile. Wstrząs wywołał fale tsunami, które uderzyły w Chile, inne pokonały cały Pacyfik, uderzając w Hawaje zabiły 61 osób, a później także w wybrzeża Japonii zabijając 138 ludzi oraz w Filipiny, gdzie zginęły 32 osoby. Łącznie na skutek wstrząsu i fal tsunami zginęło 2 tysiące osób. Ponad 2 miliony osób utraciło dach nad głową. Trzęsienie poprzedziła seria wstrząsów o sile do 8 stopni w skali Richtera. 26 grudnia 2004 roku drugie najsilniejsze w historii trzęsienie ziemi o sile 9,3 w skali Richtera nawiedziło zachodnie wybrzeże indonezyjskiej Sumatry. Wstrząs oraz powstała w skutek niego fala tsunami o wysokości 18 metrów zabiła w 12 azjatyckich i afrykańskich krajach Oceanu Indyjskiego ponad 300 tysięcy osób. Naukowcy byli zmuszeni zaktualizować mapy terenu między innymi indonezyjskiej Sumatry, zachodniej Tajlandii, wschodnich Indii, Sri Lanki i Malediwów gdyż linie brzegowe tych regionów uległy drastycznym zmianom. Woda zatopiła jedne tereny a odsłoniła inne. Według badań zmianie uległo położenie Sumatry, która przesunęła się o 30 metrów na południowy zachód, a część wysp Nikobarów i Andamanów przemieściło się o około 20 metrów. Tymczasem 28 marca 1964 roku trzecie najsilniejsze w historii trzęsienie ziemi o sile 9,2 w skali Richtera nawiedziło dno Zatoki Księcia Williama na Alasce. Trzęsienie oraz wywołane przez nie tsunami zabiło 131 osób. Straty materialne oszacowane zostały wówczas na około 300 mln dolarów. Wstrząs trwał około 3 minut. Siła wstrząsu była tak duża, że doszło do znacznych przekształcenia powierzchni ziemi, wysokość niektórych poziomych przesunięć dochodziła do 13-15 metrów. Najwyższą wysokość fali tsunami odnotowano wówczas w niewielkiej zatoce Valdez, do 67 metrów. Trzęsienie ziemi odczuwane było w położonym o 120 kilometrów od epicentrum największym mieście Alaski Anchorage. Inne ważniejsze miejscowości Alaski, m.in. Kodiak, Seward czy Valdez, zostały zniszczone wskutek nałożenia się tragicznych skutków trzęsienia ziemi, tsunami, osuwisk ziemi oraz pożarów. 9 marca 1957 roku wstrząs o sile 9,1 stopnia nawiedził Wyspy Andrejanowa na Alasce. 4 listopada 1952 roku na rosyjskiej Kamczatce trzęsienie miało siłę 9,0 stopnia. 31 stycznia 1906 roku u wybrzeży Ekwadoru wstrząs miał siłę 8,8 stopnia. 28 marca 2005 roku u zachodniego wybrzeża indonezyjskiej Sumatry trzęsienie ziemi o sile 8,7 w skali Richtera spowodowało fale tsunami o wysokości 3 metrów które doszczętnie zniszczyły wyspy Nias i Simeuleu zabijając tysiąc osób, gdzie znajdowało się epicentrum wstrząsów. 4 lutego 1965 roku Wyspy Szczurze na Alasce nastąpiło trzęsienie o sile 8,7 stopnia. 15 sierpnia 1950 roku indyjski stan Assam nawiedzony został przez wstrząs o sile 8,6 stopnia. Identycznie silne trzęsienie wystąpiło 16 grudnia 1920 roku w chińskich prowincjach Ningxia i Gansu.
Najtragiczniejsze trzęsienia w historii
W roku 1556 w wyniku najbardziej tragicznego trzęsienia w historii sejsmologii w Shaanxi w Chinach zginęło według oficjalnych danych 830 tysięcy ludzi. Historycy przewidują jednak, że prawdziwa liczba ofiar trzęsienia o sile 8 stopni w skali Richtera została zatajona i prawdopodobnie przekroczyła milion. 26 grudnia 2004 roku drugie najsilniejsze w historii sejsmologii trzęsienie ziemi na zachodnim wybrzeżu indonezyjskiej Sumatry o sile 9,3 w skali Richtera oraz powstała w skutek niego fala tsunami zabiła w 12 krajach Oceanu Indyjskiego ponad 300 tysięcy osób. 27 czerwca 1976 roku w kolejnym trzęsieniu w Chinach śmierć poniosło 255 tysięcy osób. W 526 roku w syryjskiej Antiochii trzęsienie ziemi spowodowało śmierć 250 tysięcy ludzi. Trzęsienie nawiedziło również Tokio i Jokohamę, w 1923 roku zabiło 250 tysięcy ludzi. 9 sierpnia 1138 roku w mieście Aleppo w Syrii wstrząs pozbawił życia 230 tysięcy ludzi. Jednym z najbardziej rozległych było trzęsienie z 16 grudnia 1920 roku na lessowych obszarach chińskiej prowincji Gansu. W czasie trzęsienia o sile 8,6 stopnia osuwiska pogrzebały tysiące ludzi mieszkających w jamach wydrążonych w lessach i zatamowały rzeki, wywołując katastrofalne powodzie. Zginęło wówczas 200 tysięcy ludzi. 22 maja 1927 roku w mieście Tsinghai w Chinach trzęsienie o sile 7,9 stopnia powoduje śmierć 200 tysięcy osób. 5 października 1948 roku w Turkmenistanie wstrząs o sile 7,3 zabija 110 tysięcy ludzi. W 1908 roku w Messynie i Reggio we Włoszech wstrząs zabił 100 tysięcy ofiar. 1 listopada 1755 roku w Święto Zmarłych portugalską Lizboną targnęło trzęsienie o sile 7 stopni w skali Richtera. W wyniku kataklizmu śmierć poniosło 70 tysięcy ludzi, którzy wówczas masowo zbierali się w kościołach a na wybrzeżach Portugalii powstała 5-10 metrowa fala tsunami. 31 maja 1970 roku w Peru ginie 66 tysięcy osób. 20 czerwca 1990 roku silne trzęsienie o sile 7,7 stopnia w Iranie spowodowało śmierć 50 tysięcy osób. Tymczasem wstrząs również o sile 6,8 w skali Richtera który 26 grudnia 2004 roku nawiedził irańską osadę Bam grzebiąc po zwałami ziemi 31 tysięcy ludzi. 7 grudnia 1988 roku w Armenii zginęło 25 tysięcy ludzi. W tym samym roku, 4 lutego, wstrząs o sile 7,5 stopnia w Gwatemali zabija 23 tysiące ludzi. Do najnowszych trzęsień należy trzęsienie ziemi 26 stycznia 2001 roku w Indiach gdzie zginęło 20,026 osób. 17 sierpnia 1999 roku w trzęsienie w Turcji zabiło 17,118 osób, rannych zostało 50 tysięcy osób. 16 września 1978 w Iranie wstrząs pozbawił życia 15 tysięcy ludzi. 4 stycznia 1975 roku w Chinach ginie 10 tysięcy ludzi. W jednym z najsłynniejszych trzęsień w 1906 roku w San Francisco o sile 8,3 stopnia w skali Richtera zginęło 3 tysiące ludzi a miasto stanęło w gruzach i płomieniach. 21 maja 2003 roku o sile 6,8 w skali Richtera pozbawiło życia w północnej Algierii 2,226 osób. 21 września 1999 roku na Tajwanie trzęsienie ziemi o sile 7,3 stopnia w skali Richtera, pociągnęło za sobą przeszło 2 tysiące ofiar. 28 marca 2005 roku kolejne trzęsienie i fale tsunami niemal w tym samym regionie sumatrzańskich wysp Simeuleu i Nias pozbawiły życia ponad tysiąc ludzi.
Prognozowanie trzęsień ziemi
W Kalifornii został zapoczątkowany przez amerykańską krajową służbę geologiczną nowoczesny system prognozowania wstrząsów sejsmicznych. Na specjalnie przygotowywanej na bieżąco mapie Kalifornii odpowiednimi kolorami oznaczono prawdopodobieństwo wystąpienia w ciągu następnych 24 godzin trzęsienia ziemi na poszczególnych obszarów tego stanu. System do tworzenia prognozy wykorzystuje dane o historycznych trzęsieniach jakie miały miejsce w Kalifornii, ich intensywności i częstotliwości a także dokładne analizy geologiczne. To pierwszy tego rodzaju system na świecie dzięki czemu w lokalnych mediach bardzo żywo zainteresowano się projektem. Oprócz codziennej zwykłej prognozy prezenterzy pogody pokazują kolorową mapę i mówią - "jutro bardzo słonecznie i ciepło a możliwość trzęsienia ziemi w Los Angeles wynosi jak 1 do 10,000". Pod artykułem prezentujemy omawianą mapę dzięki której wiemy, że w ciągu najbliższych 24 godzin największe prawdopodobieństwo trzęsienia jest w północnej części Miasta Aniołów, jak 1 do 1,000. W południowej części miasta możliwość wstrząsu to jak 1 do 10,000 tysięcy. Tymczasem zacząć bać się mogą mieszkańcy położonego na północ Bakersfield a także Parkfield, gdzie szansa na silne trzęsienie wzrosła do poziomu 1 na 100.