Maciej Zalewski 21.11.2005 Fizyka trzęsień ziemi

Plan Sejsmologia jako dziedzina (geo)fizyki. Znajomość budowy Ziemi jako efekt badań sejsmologicznych. Tektonika. Mechanizm trzęsień ziemi.

Geofizyka Nauka o Ziemi jako o ciele fizycznym. Fizyka skorupy ziemskiej sejsmologia geotermika magnetyzm ziemski Hydrologia Fizyka atmosfery

Historia geofizyki W XIX w. geofizyka rozwijana głównie jako nauka teoretyczna (Maclaurin, Euler, Laplace, Gauss, Jacobi, Airy, Stokes) Na przełomie XIX i XXw. wzrost znaczenia obserwacji i doświadczeń. Wśród działów fizyki wnętrza ziemi na czoło wysuwa się sejsmologia. Odkryto strefy wnętrza ziemi (1930-40) 1957-1958 Międzynarodowy Rok Geofizyki

Sejsmologia Rozchodzenie się fal sejsmicznych i badanie przyczyn i mechanizmów trzęsień ziemi. stacja sejsmiczne – duża liczba danych pochodzących z naturalnych trzęsień, modele i metody obliczeniowe, sztuczne wywoływanie fal (kontrolowane eksplozje)

Narzędzia Sejsmograf – zasada działania i rzeczywisty wygląd:

Rodzaje fal sejsmicznych 1 Fale powierzchniowe Love’a Rayleigha

Rodzaje fal sejsmicznych 2 Fale objętościowe P - podłużne S - poprzeczne

Prędkości fal sejsmicznych

Prędkości fal sejsmicznych

Tory fal sejsmicznych

Budowa Ziemi Ze względu na właściwości fizyczne (prędkość fal sejsmicznych, ciśnienie, temperaturę) wyróżniamy: litosferę – najbardziej sztywna sfera kuli ziemskiej, astenosferę zawiera fazę ciekłą, występują w niej prądy konwekcyjne; mezosferę, stan stały (wzrost ciśnienia) jądro zewnętrzne (stan ciekły) i środkowe. Między skorupą a płaszczem – nieciągłość Mohorovičićia (1909). Między płaszczem a jądrem – nieciągłość Gutenberga (1914).

Budowa Ziemi

Teoria tektoniki płyt Tektonika - dział geologii, nauka o budowie skorupy ziemskiej oraz o przyczynach, przebiegu i skutkach procesów prowadzących do jej deformacji. Teoria tektoniki płyt – głównym czynnikiem ewolucji tektonicznej jest poziomy ruch płyt litosfery, ich kolizje i rozpad. Teoria sformułowana w latach 60 XX w. Współcześnie jest powszechnie przyjmowana.

Strefa ryftu Przyczyna: - prądy konwekcyjne (wstę-pujące) w astenosferze. Skutki: - tworzenie nowej litosfery, oddalanie się płyt, wulkanizm i sejsmiczność, rowy tektoniczne (r. konty-nentalny) grzbiety oceaniczne (r. ocea-niczny)

Strefa subdukcji Przyczyna: zderzanie się płyt litosfery. Najczęściej płyta oceaniczna wchodzi pod kontynentalną. Skutki: powstawanie rowów oceanicznych, wypiętrzanie gór, wulkanizm i sejsmiczność bardzo silne trzęsienia ziemi (np. tsunami z 2004 r.)

Uskoki transformacyjne Przyczyna: relaksacja naprężeń powstałych wskutek nierównomier-nego ryftu. Skutki: aktywność sejsmiczna, trzęsienia ziemi (uskok San Andreas)

Płyty litosfery, strefy subdukcji, strefy ryftu...

Epicentra trzęsień ziemi

Trzęsienia ziemi Zdecydowana większość trzęsień – charakter tektoniczny. Gwałtowne uwolnienie energii sprężystej związane z osiągnięciem krytycznych wartości naprężeń, zniszczeniem materiału skalnego, naruszeniem ciągłości ośrodka wzdłuż pewnych powierzchni i powstawaniem uskoków. Teoria sprężystego odprężenia – sformułowana w 1906r. przez H. F. Reida na podstawie 50 letnich obserwacji wokół Kalifornii

Trzęsienia ziemi Rodzaje uskoków

Trzęsienia ziemi Wielkość trzęsienia ziemi: Skala Richtera - wprowadzona przez Ch. F. Richtera w 1935r. skala logarytmiczna, Najsilniejsze trzęsienia ziemi: M=9,0 (Sumatra, 26 grudnia 2004), zginęło ponad 300 tys. osób M=9,2 (Alaska, 26 marca 1964), zginęło 125-131 osób M=9,5 (Chile, 22 maja 1960), zginęło ok. 3000 osób.

Trzęsienia ziemi Straty ludzkie i materialne nie zależą bezpośrednio od magnitudy. Przykład: dwa trzęsienia o M=7. 18 października 1989 koło San Francisco: z 92 wysokościowców uszkodzone dwa; 7 grudnia 1988 Spitak w Armenii: 58 miast i wsi całkowicie zniszczonych. W celu porównywania skutków trzęsień wprowadzono np. 12-stopniową skalę Mercalego-Cancaniego-Sieberga

Przewidywanie trzęsień ziemi Szczegółowa predykcja nie jest dziś możliwa. Prognozy długoter-minowe powstają na podstawie analizy cykli sejsmicznych. Nie ma systemu monitorowania i wczesnego ostrzegania. Metody: -podejście statystyczne: czasowo-przestrzenne korelacje między trzęsieniami, zdalna obserwacja regionów sejsmicznych, obserwacje satelitarne (np. jonosfery), obserwacje zachowań zwierząt, pomiary składu wody (Islandia) – nowa metoda

Podsumowanie Trzęsienia ziemi są źródłem katastrofalnych zniszczeń. Dzięki ich badaniom – wymuszonym przez potrzebę bezpie-czeństwa, możemy dowiedzieć się wielu ciekawych na temat budowy naszej planety.