Fizyka trzęsień ziemi

1. 21.11.2005 Fizyka trzęsień ziemi Maciej Zalewski

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

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

4. 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

5. 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)

6. Narzędzia Sejsmograf – zasada działania i rzeczywisty wygląd:

7. Rodzaje fal sejsmicznych 1 • Fale powierzchniowe • Love’a • Rayleigha

8. Rodzaje fal sejsmicznych 2 • Fale objętościowe • P - podłużne • S - poprzeczne

9. Prędkości fal sejsmicznych

10. Prędkości fal sejsmicznych

11. Tory fal sejsmicznych

12. 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).

13. Budowa Ziemi

14. 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.

15. 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)

17. 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.)

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

20. Płyty litosfery, strefy subdukcji, strefy ryftu...

21. Epicentra trzęsień ziemi

22. 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

23. Trzęsienia ziemi Rodzaje uskoków

24. 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.

25. 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

26. 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

27. 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.