Jak powstają trzęsienia ziemi, jak się je mierzy i co wyjaśnia tektonika płyt

Trzęsienia ziemi są zwyczajną częścią zachowania się zewnętrznej powłoki Ziemi, a nie losową ani nieprzewidywalną anomalią. Według Stanów Zjednoczonych Geologicznej Służby (USGS), skorupa ziemska jest podzielona na duże fragmenty zwane płytami tektonicznymi, które powoli się poruszają, przesuwają obok siebie i zderzają się. Większość trzęsień ziemi występuje wzdłuż pęknięć — linii pęknięć w skale — znajdujących się na granicach między tymi płytami lub w ich pobliżu.

Co naprawdę dzieje się pod ziemią

USGS opisuje ten proces jako trzystopniowy mechanizm znany jako odbój sprężysty. Po pierwsze, gdy płyty tektoniczne się poruszają, szorstkie, postrzępione krawędzie pęknięcia przylegają do siebie, nawet jeśli reszta płyty nadal się porusza, dlatego naprężenie i energia gromadzą się w otaczającej skale. Po drugie, gdy nagromadzona siła wreszcie przewyższy tarcie utrzymujące krawędzie pęknięcia razem, skała nagle się przesunięcie. Po trzecie, zgromadzona energia jest uwalniana w postaci fal sejsmicznych, które wstrząsają ziemią — trzęsienie, które czują ludzie.

Aktywność sejsmiczna często przychodzi w sekwencjach. USGS zauważa, że mniejsze drgania zwane wstrząsami przedwstępnymi mogą poprzedzać większy wstrząs główny, chociaż są one określane jako wstrząsy przedwstępne dopiero z perspektywy czasu, i że wstrząsy wtórne — mniejsze trzęsienia następujące po wstrząsie głównym — mogą trwać tygodniami, miesiącami, a nawet latami. Pomimo tego zrozumienia mechanizmu, USGS jednoznacznie stwierdza, że naukowcy nie mogą przewidzieć, kiedy dojdzie do trzęsienia ziemi, nawet na obszarach, gdzie wiedzą, że trzęsienia są prawdopodobne.

Trzy rodzaje granic płyt, trzy rodzaje trzęsień

Płyty tektoniczne oddziałują na trzy odrębne sposoby, a każdy producenci inny wzór trzęsień, zgodnie z NOAA Ocean Exploration i USGS. Na granicach rozbieżnych płyty się rozdzielają, a magma podnosi się, tworząc nową skorupę oceaniczną; trzęsienia są tam powszechne, z Grzbietem Środkowoatlantyckim jako przykład. Na granicach zbieżnych płyty się zderzają — jedna często przesuwa się pod drugą — produkując potężne trzęsienia ziemi wraz z łańcuchami górskimi, głębokimi rowami morskimi i łańcuchami wulkanów, wzór widoczny wokół Pacyficznego Pierścienia Ognia. Na granicach transformacyjnych płyty przesuwają się obok siebie na boki bez tworzenia lub niszczenia skorupy, generując trzęsienia przez tarcie; Uszkodzenie San Andreas w Kalifornii Południowej jest standardowym przykładem.

Jak sejsmolodzy rejestrują i mierzą trzęsienie ziemi

Trzęsienia ziemi są wykrywane poprzez globalną sieć sejsmografów, w której każda stacja mierzy ruch ziemi na swoim miejscu, wyjaśnia USGS. Głównym instrumentem jest sejsmometr — zwykle wahadło lub masa zamontowana na sprężynie — umieszczona wewnątrz sejsmografu, który rejestruje wibracje, gdy skała przesuwają się i energia promieniuje na zewnątrz w falach od epicentrum.

Sejsmolodzy rozróżniają między dwoma oddzielnymi pomiarami. Magnituda opisuje rozmiar trzęsienia ziemi w jego źródle i jest tą samą liczbą bez względu na to, skąd jest mierzona. Natężenie, mierzone na Zmodyfikowanej Skali Intensywności Mercallego, opisuje trzęsienie i szkody odczuwane w konkretnym miejscu, które zmieniają się w zależności od odległości od źródła i lokalnych warunków gruntu.

Skala Richtera a magnituda momentu

Skala magnitude, o której słyszała większość ludzi — skala Richtera — została opracowana przez Charles Richter w latach trzydziestych XX wieku do pomiaru trzęsień ziemi w Kalifornii Południowej przy użyciu pobliskich stacji sejsmografów; technicznie była znana jako ML, dla 'magnitude lokalnej', zgodnie z USGS. Mierzy ona największy wychył lub amplitudę zarejestrowaną na konkretnym instrumencie zwanym sejsmografem Wood-Anderson.

W miarę rozszerzania się sieci sejsmografów na całym świecie, badacze odkryli, że metoda Richtera była ważna tylko dla określonych zakresów częstotliwości i odległości, i nie mogła prawidłowo rejestrować fal o najniższej częstotliwości wytwarzanych przez największe trzęsienia ziemi — ograniczenie znane jako nasycenie. Sejsmolodzy później wprowadzili skalę magnitude momentu (Mw), która, jak mówi USGS, opiera się na fizycznej wielkości 'momentu' — wielkość przesunięcia na pęknięciu pomnożona przez obszar powierzchni pęknięcia, która się przesunęła — co czyni ją ważną dla pełnego zakresu rozmiarów trzęsień ziemi. USGS teraz raportuje magnitude trzęsień ziemi, używając magnitude momentu.

Jak często zdarzają się trzęsienia ziemi?

Trzęsienia ziemi są znacznie częstsze, niż myśli większość ludzi. Narodowe Centrum Informacji Sejsmicznej USGS lokalizuje około 12 000–14 000 trzęsień ziemi rocznie. IRIS (Incorporated Research Institutions for Seismology) zauważa, że liczba wykrytych trzęsień ziemi wzrosła w czasie głównie dlatego, że sieci sejsmometrów stały się bardziej czułe, a nie dlatego, że same trzęsienia ziemi stały się częstsze.

Ponieważ skala magnitude momentu jest logarytmiczna, IRIS stwierdza, że dla każdego całego kroku w górę w magnitude, roczna liczba trzęsień ziemi zarejestrowanych na całym świecie zmniejsza się o około dziesięć razy, podczas gdy uwolniana energia wzrasta o około trzydzieści razy.

Dlaczego to ma znaczenie

Zrozumienie, że trzęsienia ziemi są przewidywalnym produktem ubocznym ciągłego ruchu płyt — a nie izolowanymi, niewytłumaczalnymi zdarzeniami — jest podstawą dla map zagrożenia, kodeksów budowlanych i systemów wczesnego ostrzegania używanych na całym świecie. Rama graniczna płyt od USGS i NOAA również wyjaśnia, dlaczego określone regiony, takie jak Pacyficzny Pierścień Ognia lub strefa Uszkodzenia San Andreas, doświadczają trzęsień ziemi wielokrotnie w czasie geologicznym, chociaż żadne pojedyncze zdarzenie nie może być przewidziane z góry.