Trzęsienia ziemi

Do tej pory na blogu analizowaliśmy zewnętrzne procesy rzeźbotwórcze, które określamy mianem rzeźbiarzy powierzchni Ziemi. Należy jednak pamiętać, że często decydujący wpływ na formy terenu mają procesy wewnętrzne, które zachodzą pod naszymi stopami. Zaliczamy do nich trzęsienia ziemi, wybuchy wulkanów oraz ruchy górotwórcze. Dziś przyglądniemy się bliżej pierwszemu procesowi z punktu widzenia jego zdolności do przekształcania rzeźby terenu.

Trzęsienia ziemi – wprowadzenie

Przez trzęsienie ziemi rozumie się drganie skorupy ziemskiej spowodowane gwałtownym rozładowaniem naprężeń, które najczęściej powstają na skutek ruchu płyt litosfery. Takie trzęsienia ziemi określamy mianem tektonicznych i stanowią około 90% wszystkich ich przypadków. Mogą one jednak zostać wytworzone także przez silne wybuchy wulkanów (trzęsienia wulkaniczne – 7% tych zjawisk), a nawet zapadanie się stropów jaskiń i kopalń (wówczas są one określane jako zapadliskowe – to około 3% tego typu zdarzeń).

Trzęsienia ziemi powstają pod powierzchnią terenu, często na sporych głębokościach. Miejsce to geolodzy nazywają hipocentrum (inaczej ognisko trzęsienia ziemi). Od niego w każdym kierunku, w tym do powierzchni terenu, rozchodzą się fale sejsmiczne. Najszybciej dochodzą one do punktu, który jest położony dokładnie nad hipocentrum. Określa się go mianem epicentrum (ośrodka trzęsienia ziemi). W miejscu tym trzęsienie jest najsilniejsze. Schemat wzajemnego położenia hipocentrum i epicentrum przedstawiłem Wam na poniższym prostym schemacie (ryc. 1.).

Ryc. 1. Schematyczne położenie hipocentrum i epicentrum względem siebie

Siłę trzęsienia ziemi można opisywać na podstawie charakterystyki zniszczeń – na tej podstawie opracowano zamkniętą i dwunastostopniową skalę Mercallego. W polskich serwisach informacyjnych natomiast większą popularnością ciągle cieszy się skala Richtera – jest ona skalą otwartą, która określa siłę wstrząsów na podstawie amplitudy ich drgań.

Zdecydowanie największą ilość trzęsień ziemi notuje się, co oczywiste, w pobliżu granic płyt litosfery. W przypadku stref zbieżnych (subdukcji i kolizji płyt litosfery) trzęsienia są zwykle silniejsze i częstsze niż na granicach rozbieżnych (strefach spreadingu). Rejony licznych trzęsień ziemi to obszary sejsmiczne. Obejmują one między innymi zachodnie wybrzeża Ameryki Północnej i Ameryki Południowej, Europę Południową, wschodnie wybrzeża Azji (Półwysep Kamczatka, Japonia, Filipiny). Z kolei tereny położone daleko od granic płyt litosfery, np. Wyżyna Brazylijska, zachodnia Australia lub Nizina Zachodniosyberyjska, nazywa się obszarami asejsmicznymi, czyli takimi, gdzie trzęsienia ziemi są praktycznie nienotowane. Pomiędzy nimi występują tereny pensejsmiczne – wstrząsy zdarzają się tam rzadko, są słabe. Zaliczamy do nich np. Kotlinę Konga, Wielkie Równiny w Ameryce Północnej czy chociażby większy obszar naszego kraju. Rozmieszczenie wymienionych typów obszarów na świecie zaprezentowano na poniższej mapie (ryc. 2.):

Ryc. 2. Rozmieszczenie obszarów sejsmicznych, pensejsmicznych oraz asejsmicznych na świecie

Wpływ trzęsień ziemi na rzeźbę terenu

Można wyróżnić wiele skutków trzęsień ziemi. Mają one charakter społeczny, ekonomiczny, a także przyrodniczy. W naszym cyklu artykułów o rzeźbiarzach powierzchni Ziemi skupimy się jednak głównie na skutkach geomorfologicznych – związanych ze zmianami rzeźby terenu. Do jej przekształcenia prowadzi wyzwolenie się znacznej energii podczas trzęsienia ziemi. Nowe formy terenu, które wówczas powstają, określa się jako sejsmotektonicze. Ich przykładami są:

• Skarpy uskokowe – mają różną długość (nawet do 10 kilometrów) i przybierają postać stromo nachylonych powierzchni o wysokościach zwykle od 0,5 do 10 metrów. Ich przykładem jest skarpa w miejscowości Kaikoura na Nowej Zelandii, która powstała po trzęsieniu ziemi w 2016 roku (ryc. 3.). Gdy skarpa uskokowa przecina w poprzek koryto rzeki lub potoku, może to prowadzić do powstania wodospadu.
• Szczeliny tektoniczne – tworzą się w miejscach, gdzie powierzchnia terenu w wyniku trzęsienia ziemi została rozciągnięta. W efekcie powstają pęknięcia w gruncie o różnej głębokości (czasami do kilku metrów). Są one stosunkowo wąskie, za to niejednokrotnie długie (nawet do kilkuset metrów). Przykładowo w 2014 roku, po jednym z trzęsień ziemi w Meksyku, powstała szczelina tektoniczna w rejonie miasta Hermosillo o długości około kilometra, głębokości sięgającej 8 metrów i szerokości od kilkudziesięciu centymetrów do kilku metrów (ryc. 4.). Warto dodać, że takie formy terenu są raczej nietrwałe i stosunkowo szybko wypełniają się osadami.

Ryc. 3. Skarpa uskokowa powstała na skutek trzęsienia ziemi na Nowej Zelandii w okolicach miejscowości Kaikoura

Ryc. 4. Szczelina tektoniczna powstała na skutek trzęsienia ziemi w okolicach miasta Hermosillo w Meksyku

Trzęsienia ziemi powodują także osiadanie gruntu, czyli obniżanie się poziomu podłoża. Gdy jest ono zbudowane z osadów nieprzepuszczalnych, w miejscu takim może powstać jezioro lub też obszar podmokły. Warto zaznaczyć, że w następstwie trzęsień ziemi dochodzi do uaktywnienia się wielu typów ruchów masowych, np. osuwisk, obrywów skalnych czy spływów gruzowo-błotnych. Szczególnie niszczycielskie są fale tsunami, które powstają po trzęsieniach ziemi na otwartych morzach i oceanach. Gdy docierają one do wybrzeża, ich wysokość wzrasta nawet do kilkudziesięciu metrów. Poważnie mogą więc niszczyć wybrzeża i nanosić znaczną ilość osadów morskich w głąb lądu.

Najsilniejsze trzęsienia ziemi prowadzą nie tylko do powstawania skarp uskokowych, czy szczelin tektonicznych, ale także do wielkoskalowych zmian powierzchni terenu. Przykładowo:

1. W 1891 roku w Japonii – jako następstwo trzęsienia ziemi – powstała szczelina o długości aż 112 kilometrów. Miejscami teren zapadł się o 7 metrów i przesunął poziomo o 4 metry.
2. W stolicy Japonii, czyli Tokio, w 1923 roku trzęsienie ziemi spowodowało zmianę ukształtowania dna w Zatoce Tokijskiej – miejscami zanotowano wzrost jej głębokości nawet o 400 metrów, podczas gdy inne uległy wypłyceniu o 250 metrów.
3. Adagir – miasto w południowym Maroku – w 1960 roku zostało nawiedzone przez potężne trzęsienie ziemi, które praktycznie całkowicie zrównało je z ziemią. Spektakularne zmiany nastąpiły w ukształtowaniu dna Oceanu Atlantyckiego w pobliżu tego miasta – szacuje się, że w niespełna minutę zapadło się tam ono aż o 3 kilometry!   

Podsumowanie

W przypadku wszystkich czynników rzeźbotwórczych staram się przedstawić zarówno pozytywne, jak i negatywne konsekwencje ich oddziaływania. W przypadku trzęsień ziemi jest to wyjątkowo trudne, gdyż zjawiska te prowadzą do szeregu praktycznie tylko negatywnych z punktu widzenia człowieka konsekwencji, np.:

1. zniszczeń budynków;
2. uszkodzeń infrastruktury drogowej, kolejowej, wodociągowej, oraz energetycznej (a w konsekwencji nawet do pożarów);
3. śmierci lub obrażeń ludzi;
4. ruchów masowych i fal tsunami, które mogą dodatkowo zwiększyć straty materialne czy liczbę ofiar.

Trzęsienia ziemi niejednokrotnie zmieniają rzeźbę terenu. Najczęściej w ich wyniku powstają niewielkie pęknięcia gruntu, czasami większe skarpy uskokowe i szczeliny tektoniczne, a raz na kilka lub kilkadziesiąt lat wielkoskalowe przekształcenia np. den mórz i oceanów oraz powierzchni lądowej, w efekcie których niejednokrotnie na nowo trzeba tworzyć mapy topograficzne danego obszaru.

Trzeba jednak stwierdzić, że trzęsienia ziemi bardzo skutecznie motywują ludzi do badań naukowych – mających za zadanie maksymalne ograniczenie skutków trzęsień ziemi. Gdyby nie one, człowiek raczej nie opracowałby technologii stawiania wieżowców odpornych na wstrząsy, znanych z Japonii, czy też nie rozwijał badań nad sposobami przewidywania tych zjawisk. Tak jak jednak stwierdziłem, trudno uznać te zjawiska za korzystne. W ciągu wieków bowiem w ich następstwie zginęły setki tysięcy osób a straty materialne z całą pewnością liczone są w miliardach dolarów.

Materiały źródłowe