Ziemia pod naszymi stopami wydaje się nieruchoma i stabilna. Stawiamy na niej domy, wieżowce, mosty i drogi, zakładając, że skalne podłoże pozostanie dokładnie tam, gdzie było. To jednak tylko pozorny spokój. Skały podlegają nieustannym naprężeniom, a kiedy nagromadzona w nich energia zostaje gwałtownie uwolniona, ziemia zaczyna drżeć.
Większość trzęsień ziemi ma związek z ruchem płyt tektonicznych. Płyty nie przesuwają się względem siebie idealnie płynnie. Fragmenty uskoków mogą przez dziesiątki, setki, a czasem tysiące lat pozostawać zablokowane przez tarcie, podczas gdy naprężenia w skałach stopniowo rosną.
W pewnym momencie przekraczają ich wytrzymałość. Skały pękają lub istniejący uskok zaczyna się gwałtownie przesuwać, a nagromadzona energia zostaje uwolniona. Zaczyna się trzęsienie ziemi.
Ognisko, czyli miejsce początku
Proces pękania skał rozpoczyna się we wnętrzu Ziemi w miejscu nazywanym hipocentrum, inaczej ogniskiem trzęsienia ziemi. Hipocentrum to miejsce we wnętrzu Ziemi, w którym rozpoczyna się pękanie skał i gwałtowne przesunięcie wzdłuż uskoku.
Punkt znajdujący się na powierzchni Ziemi dokładnie nad hipocentrum nazywamy epicentrum. Epicentrum jest pojęciem geometrycznym – określa położenie punktu na powierzchni względem hipocentrum.
Obszar największych zniszczeń może jednak znajdować się gdzie indziej. Wpływają na to między innymi kierunek rozchodzenia się pęknięcia na uskoku, głębokość ogniska, budowa geologiczna podłoża, rodzaj osadów znajdujących się pod budynkami oraz konstrukcja samych budowli. Dlatego podczas dużego trzęsienia ziemi miejscowość położona dalej od epicentrum może czasami ucierpieć bardziej niż obszar znajdujący się bliżej niego.
Jak głęboko zaczynają się trzęsienia ziemi?
Ze względu na głębokość hipocentrum trzęsienia ziemi najczęściej dzieli się na:
- płytkie – do około 70 km,
- pośrednie – około 70–300 km,
- głębokie – około 300–700 km.
Najwięcej jest trzęsień płytkich. To również one mogą powodować szczególnie duże zniszczenia, ponieważ ich źródło znajduje się blisko powierzchni.
Trzęsienia o ogniskach pośrednich i głębokich występują przede wszystkim w strefach subdukcji, gdzie jedna płyta tektoniczna zanurza się pod drugą.
Najgłębsze znane trzęsienia mają hipocentra na głębokości bliskiej 700 km. Poniżej tej granicy klasyczne trzęsienia praktycznie nie występują, ponieważ panująca temperatura i ciśnienie sprawiają, że skały zachowują się inaczej i nie są zdolne do kruchego pękania w taki sposób, jak w płytszych częściach Ziemi.
Trzęsienia głębokie mogą osiągać bardzo duże magnitudy. Rekordowym przykładem jest trzęsienie pod Morzem Ochockim z 24 maja 2013 roku. Jego hipocentrum znajdowało się na głębokości około 610 km, a magnituda wyniosła Mw 8,3. Było to jedno z największych zarejestrowanych głębokich trzęsień ziemi.
Głębokie położenie źródła sprawia jednak, że zanim fale dotrą do powierzchni bezpośrednio nad ogniskiem, muszą pokonać dużą odległość. Zwykle oznacza to słabsze drgania powierzchni niż w przypadku równie silnego, ale płytkiego trzęsienia. Jednocześnie fale z głębokiego źródła mogą być rejestrowane i odczuwane na bardzo rozległym obszarze.
Skala zniszczeń zależy nie tylko od samego trzęsienia ziemi – ogromne znaczenie ma to, co znajduje się pod naszymi stopami. Twarde skały i luźne osady reagują na fale sejsmiczne inaczej. Grube warstwy miękkich osadów mogą wzmacniać drgania, podobnie jak galaretka zaczyna silniej kołysać się po potrząśnięciu naczyniem. Dlatego dzielnice położone na luźnych osadach rzecznych, jeziornych lub morskich mogą doświadczać znacznie silniejszych drgań niż obszary zbudowane z litej skały.
Jeszcze bardziej niebezpieczne jest upłynnienie gruntu. Nasycone wodą luźne piaski podczas silnych drgań mogą na krótko utracić swoją wytrzymałość i zacząć zachowywać się niemal jak ciecz. Budynki mogą wtedy przechylać się lub zapadać, drogi pękać, a podziemne instalacje wypływać ku powierzchni.
Trzęsienie trwa sekundy, uskok może czekać stulecia
Naprężenia tektoniczne mogą narastać na uskoku przez setki lub tysiące lat. Samo gwałtowne przesunięcie skał trwa natomiast sekundy lub minuty.
Po głównym wstrząsie układ naprężeń wokół uskoku ponownie się zmienia. Następują wstrząsy wtórne, które mogą występować przez dni, miesiące, a po największych trzęsieniach nawet znacznie dłużej. Z czasem jest ich coraz mniej, ale niektóre mogą być na tyle silne, by powodować kolejne zniszczenia – szczególnie w budynkach osłabionych przez główny wstrząs.
