Ten język jest tłumaczony maszynowo i nie został zweryfikowany przez człowieka.

Nauka · Artykuł

Jak powstają trzęsienia ziemi: tektonika płyt, naprężenie i wyjaśnienie fal sejsmicznych

Opublikowano:

Quake epicenters.
Obraz: NASA, DTAM project team · Public domain · Wikimedia Commons

W skrócie

Trzęsienia ziemi następują, gdy naprężenie, które nagromadziło się przez lata, dziesięciolecia lub wieki wzdłuż zablokowanego uskoku, ostatecznie pokonuje tarcie, a skała nagle się przesunięta. To przesunięcie uwalnia zgromadzoną energię w postaci fal sejsmicznych, które rozchodzą się na zewnątrz i wstrząsają ziemią. United States Geological Survey (USGS) i Caltech opisują to jako ciągły cykl napędzany wolnym ruchem tektonicznych płyt Ziemi.

Ta wersja jest tłumaczeniem maszynowym oryginału (English). Przeczytaj oryginał

Skorupa ziemska to ruchoma układanka

Według United States Geological Survey (USGS), zewnętrzna powłoka Ziemi jest podzielona na duże kawałki zwane płytami tektonicznymi, które pasują do siebie jak puzzle. Te płyty stale, powoli się poruszają — przesuwają się obok siebie, ponad sobą lub pod sobą. Większość trzęsień ziemi na planecie występuje na granicach, gdzie te płyty się spotykają, ponieważ tam właśnie znajdują się uszkodzenia — pęknięcia w skorupie ziemskiej — skoncentrowane.

Same płyty rzadko poruszają się gładko. USGS wyjaśnia, że tarcie na krawędziach uskoku powoduje przylepienie się skały, nawet gdy reszta płyty wciąż się porusza. Ta niezgodność jest punktem wyjścia każdego trzęsienia ziemi tektonicznego.

Jak naprężenie gromadzi się wzdłuż uskoku

Gdy uskok jest zablokowany tarciem, otaczająca skorupa uginała się i odkształca się elastycznie, jak sprężyna pod napięciem. Według USGS, naprężenie to jest przechowywane w skale, gdy uskok pozostaje zablokowany. Im dłużej uskok pozostaje zablokowany, tym więcej odkształcenia się gromadzi — może to trwać lata w niektórych strefach lub wieki w innych.

Trzęsienie ziemi jest spowodowane nagłym przesunięciem się wzdłuż uskoku.

— United States Geological Survey (USGS)

USGS podaje uskok San Andreas w Kalifornii jako praktyczny przykład tego procesu. Płyta Pacyficzna porusza się na północny zachód względem Płyty Północnoamerykańskiej z prędkością około dwóch cali (około 5 cm) rocznie, mówi USGS, a sam uskok rozciąga się na ponad 650 mil (około 1050 km) i sięga głębokości ponad 10 mil (16 km). Na niektórych odcinkach płyty powoli się czołgają i wytwarzają częste małe wstrząsy; na innych pozostają zablokowane przez długie okresy, gromadząc naprężenie, które ostatecznie zostaje uwolnione w dużym trzęsieniu ziemi.

Moment ruptury: hipocentrum i epicentrum

Gdy nagromiodone naprężenie ostatecznie przewyża tarcie trzymające uskok razem, skała pęka i uwalnia gromadzoną energię na zewnątrz w postaci fal sejsmicznych, według USGS. Punkt pod ziemią, gdzie zaczyna się pęknięcie, to hipocentrum; punkt na powierzchni bezpośrednio nad nim to epicentrum — lokalizacja zwykle podawana w wiadomościach.

USGS zauważa, że mniejsze wstrząsy zwane przedwstrząsami mogą poprzedzać główne pęknięcie, podczas gdy wtórne wstrząsy — mniejsze trzęsienia ziemi wzdłuż tego samego uskoku — mogą trwać dni do lat, gdy otaczająca skorupa dostosowuje się do nowego rozkładu naprężenia.

Jak uwolniona energia się rozprzestrzenia: fale sejsmiczne

Energia uwolniona w hipocentrum rozprzestrzenia się na zewnątrz w kilku różnych typach fal, każdy z inną prędkością i zachowaniem. USGS porównuje schemat rozprzestrzeniania do zmarszczek na wodzie, a Science Exchange Caltech dzieli fale na dwie szerokie klasy: fale objętościowe, które przechodzą przez wnętrze Ziemi, i fale powierzchniowe, które rozprzestrzeniają się po ziemi.

Główne typy fal sejsmicznych
Typ faliRównież przechodzi przezRuch ziemiKolejność przybycia
Fala P (pierwotna)Ciała stałe, ciecze i gazyKompresuje i rozszerza skałę w kierunku rozchodzenia sięPrzybywa pierwsza
Fala S (wtórna)Tylko ciała stałeŚcinanie skały z boku na bok, prostopadłe do kierunku rozchodzenia sięPrzybywa po falach P
Fale powierzchniowe (fale Love'a i Rayleigha)Tylko wzdłuż powierzchni ziemiRuch falujący lub z boku na bok, podobny do fal oceanicznychPrzybywają ostatnie, ale wyrządzają największe szkody

USGS porównuje przerwę między falą P i S do opóźnienia między ujrzeniem błysku a usłyszeniem grzmotu: im większa luka czasowa między dwoma przybyciami na stacji sejsmicznej, tym dalej doszło do trzęsienia ziemi. Caltech zauważa, że fale powierzchniowe — fale Love'a i fale Rayleigha — przybywają ostatnie, ale zwykle są najbardziej destrukcyjne, ponieważ niosą więcej energii blisko powierzchni, gdzie znajdują się budynki i infrastruktura.

Gdzie i jak głębokie trzęsienia ziemi się pojawiają

USGS stwierdza, że trzęsienia ziemi występują w skorupie ziemskiej lub górnym płaszczu, w zakresie głębokości od powierzchni do około 800 kilometrów (około 500 mil). Według Science Exchange Caltech, około 80% największych trzęsień ziemi na świecie występuje wzdłuż okólnego pasa sejsmicznego Pacyfiku, często zwanego "Pierścieniem Ognia", który śledzi granice płyt wokół Oceanu Spokojnego.

Nie wszystkie trzęsienia ziemi mają pochodzenie tektoniczne. Science Exchange Caltech wymienia także trzęsienia ziemi wulkaniczne, trzęsienia upadków i trzęsienia spowodowane wybuchami jako inne uznane kategorie i zwraca uwagę, że działania takie jak szczelinowanie lub usuwanie ścieków zostały czasami powiązane z mniejszymi indukowanymi zdarzeniami sejsmicznymi w niektórych regionach.

Jak naukowcy mierzą, co się stało

Ponieważ uszkodzenia są zwykle zbyt głębokie, aby je obserwować bezpośrednio, USGS wyjaśnia, że sejsmolodzy polegają na zapisach sejsmografów. Krótka, falista linia na sejsmogramie wskazuje na małe trzęsienie ziemi, podczas gdy długa, falista linia wskazuje na większe — długość falistości odnosi się do wielkości uskoku, który pękł, a jej amplituda odnosi się do tego, jak daleko skała się przesunęła.

Pytania

Co właściwie wyzwala trzęsienie ziemi?
Według USGS trzęsienie ziemi jest wyzwalane, gdy nagromiodone naprężenie na zablokowanym uskuku ostatecznie przewyża tarcie trzymające obie strony razem, powodując nagłe przesunięcie, które uwalnia zgromadzoną energię sprężystą w postaci fal sejsmicznych.
Jaka jest różnica między falami P i S?
USGS wyjaśnia, że fale P (fale pierwotne) przybywają pierwsze i kompresują oraz rozszerzają skałę w kierunku rozchodzenia się, przechodząc przez ciała stałe, ciecze i gazy. Fale S (fale wtórne) przybywają po falach P, przechodzą tylko przez stałą skałę i wstrząsają ziemią z boku na bok, prostopadle do kierunku rozchodzenia się.
Dlaczego fale powierzchniowe wyrządzają największe szkody?
Science Exchange Caltech zauważa, że fale powierzchniowe — fale Love'a i fale Rayleigha — rozchodzą się po ziemi, a nie przez wnętrze Ziemi, i przybywają ostatnie, ale zwykle wytwarzają najsilniejsze wstrząsy na powierzchni, gdzie znajdują się budynki i infrastruktura.
Jaka jest różnica między hipocentrum a epicentrum?
USGS definiuje hipocentrum jako punkt pod ziemią, gdzie uskok pęka, a epicentrum jako punkt na powierzchni Ziemi bezpośrednio nad hipocentrum — lokalizacja zwykle podawana dla trzęsienia ziemi.
Jak głębokie pod ziemią są trzęsienia ziemi?
USGS stwierdza, że trzęsienia ziemi występują w skorupie ziemskiej lub górnym płaszczu, w zakresie głębokości rozciągającym się od powierzchni do około 800 kilometrów (około 500 mil).

Źródła

  1. USGS — What is an earthquake and what causes them to happen?
  2. USGS — The Science of Earthquakes
  3. Caltech Science Exchange — What Causes an Earthquake, and What Happens During a Quake?

Ten tekst przygotowała sztuczna inteligencja, a przed publikacją przeszedł automatyczną kontrolę źródeł. Jeśli widzisz błąd, poproś o sprostowanie. Poproś o sprostowanie lub odpowiedź · Jak to robimy

Powiązane