Wszystko przez te płyty! A dokładniej – przez naprężenia gromadzące się w skałach podczas ich ruchu. Kiedy skały nie są już w stanie ich wytrzymać, pękają lub gwałtownie przesuwają się wzdłuż uskoku. Uwolniona energia rozchodzi się w postaci fal sejsmicznych. To właśnie wtedy czujemy trzęsienie ziemi.
Każdego roku na Ziemi rejestruje się setki tysięcy trzęsień ziemi. Większość jest tak słaba, że zauważają je jedynie sejsmometry. Najsilniejsze potrafią jednak w ciągu kilkudziesięciu sekund zniszczyć całe miasta, wywołać osuwiska, a jeśli dochodzi do nich pod dnem oceanu – również tsunami.
Ziemia jest podzielona na płyty
Wnętrze naszej planety składa się z kilku warstw różniących się składem i właściwościami fizycznymi. Z punktu widzenia trzęsień ziemi szczególnie ważna jest litosfera – sztywna zewnętrzna powłoka obejmująca skorupę ziemską oraz najwyższą część płaszcza.
Ich grubość jest zróżnicowana i może wynosić od kilkudziesięciu do ponad 200 km. Płyty poruszają się względem siebie z prędkością najczęściej kilku centymetrów rocznie – mniej więcej tak szybko, jak rosną ludzkie paznokcie. Pod nimi znajduje się bardziej plastyczna część górnego płaszcza – astenosfera.
Nie jest ona jednak, jak czasami się ją przedstawia, wielkim oceanem płynnej magmy, po którym unoszą się płyty. Astenosfera jest w przeważającej części stała, ale w skali milionów lat może bardzo powoli się odkształcać i płynąć.
Ruch płyt jest częścią wielkiego systemu przepływu materii i ciepła we wnętrzu Ziemi. Ważną rolę odgrywają m.in. ruchy konwekcyjne płaszcza, zapadanie się chłodnych płyt w strefach subdukcji oraz grawitacyjne rozsuwanie płyt od wyniesionych grzbietów oceanicznych. Większość trzęsień ziemi – w tym niemal wszystkie największe – występuje w pobliżu granic płyt tektonicznych.
Dlaczego właściwie dochodzi do trzęsienia?
Płyty tektoniczne są w ciągłym ruchu, ale skały po obu stronach uskoku nie zawsze przesuwają się względem siebie płynnie. Tarcie może je na pewien czas „zablokować”. Płyty nadal jednak się poruszają, więc skały stopniowo się odkształcają i gromadzą energię – trochę jak napinana sprężyna.
W pewnym momencie naprężenie staje się większe niż wytrzymałość skał i opór utrzymujący uskok w miejscu. Następuje gwałtowne przesunięcie skał wzdłuż uskoku, a zgromadzona energia zostaje uwolniona. Z miejsca pęknięcia rozchodzą się fale sejsmiczne. Gdy docierają do powierzchni, wprawiają grunt w drgania.
Miejsce we wnętrzu Ziemi, w którym rozpoczyna się pękanie, nazywamy hipocentrum, czyli ogniskiem trzęsienia ziemi. Punkt znajdujący się na powierzchni bezpośrednio nad nim to epicentrum.
Trzy sposoby spotkania płyt
Płyty tektoniczne mogą zachowywać się względem siebie na trzy podstawowe sposoby: rozsuwać się, przesuwać obok siebie albo zbliżać się do siebie. Każdy z tych przypadków może powodować trzęsienia ziemi.
Granice rozbieżne występują tam, gdzie dwie płyty odsuwają się od siebie. Największy system takich granic znajduje się na dnie oceanów. Tworzą go grzbiety śródoceaniczne, rozciągające się łącznie na dziesiątki tysięcy kilometrów.
W szczelinach powstających podczas rozsuwania płyt ku powierzchni przemieszcza się magma. Zastyga i tworzy nową skorupę oceaniczną. Tak dzieje się m.in. na Grzbiecie Śródatlantyckim, gdzie rozchodzą się płyty północnoamerykańska i eurazjatycka, a dalej na południu – południowoamerykańska i afrykańska. Granica ta przebiega również przez Islandię, dzięki czemu można tam obserwować na powierzchni procesy, które na większości Ziemi zachodzą głęboko pod wodą.
Trzęsienia ziemi związane z granicami rozbieżnymi są płytkie i zazwyczaj słabsze od największych trzęsień występujących w strefach subdukcji.
Drugi przypadek to granice transformujące. Płyty przesuwają się poziomo w przeciwnych kierunkach. Najbardziej znanym przykładem jest uskok San Andreas w Kalifornii, wyznaczający fragment granicy między płytą pacyficzną a północnoamerykańską.
Również tutaj tarcie powoduje okresowe blokowanie fragmentów uskoku. Naprężenia rosną przez lata, dziesięciolecia, a czasami stulecia, aż dochodzi do gwałtownego przesunięcia skał. Trzęsienia na granicach transformujących są na ogół płytkie, ale mogą być bardzo silne i niszczycielskie.
Najpotężniejsze trzęsienia ziemi powstają na granicach zbieżnych, a szczególnie w strefach subdukcji. Dochodzi do nich tam, gdzie jedna płyta – najczęściej oceaniczna – zanurza się w płaszczu pod drugą płytą.
Strefy subdukcji ciągną się m.in. wzdłuż zachodnich wybrzeży Ameryki Południowej, Alaski, Wysp Aleuckich, Japonii i Indonezji. Tworzą znaczną część słynnego pacyficznego Pierścienia Ognia. To właśnie w takich miejscach występują największe trzęsienia ziemi znane człowiekowi. Rekord należy do trzęsienia w Chile z 1960 roku, którego magnituda wyniosła 9,5.
Czy ziemia może zatrząść się daleko od granicy płyt?
Choć zdecydowana większość aktywności sejsmicznej koncentruje się w pobliżu granic płyt, trzęsienia wewnątrzpłytowe zdarzają się również setki, a nawet tysiące kilometrów od nich. Często są związane z dawnymi uskokami i innymi strefami osłabienia skorupy, które pod wpływem współczesnych naprężeń mogą zostać ponownie uruchomione.
Jednym z najbardziej znanych przykładów jest seria bardzo silnych trzęsień New Madrid w latach 1811–1812 w środkowej części Stanów Zjednoczonych. Innym jest trzęsienie z 1886 roku w pobliżu Charleston w Karolinie Południowej. Spowodowało ogromne zniszczenia, mimo położenia daleko od aktywnej granicy płyt. Dlatego brak granicy płyt w pobliżu nie oznacza całkowitego braku zagrożenia sejsmicznego.
Pod względem genezy trzęsienia ziemi można podzielić na:
- tektoniczne – najczęstsze i najsilniejsze, związane z ruchami płyt tektonicznych, wywołane nagłymi przesunięciami mas skalnych w skorupie ziemskiej, stanowią około 90% wszystkich zjawisk sejsmicznych występujących na Ziemi,
- wulkaniczne – o stosunkowo niewielkim zasięgu, poprzedzające wybuch wulkanu lub mu towarzyszące, spowodowane zapadaniem się stropów opróżnianych komór magmowych,
- zapadowe – o zasięgu lokalnym, powstające wskutek zapadania się jaskiń na obszarach krasowych, wymywania utworów gipsowych lub solnych.
Istnieją także wstrząsy wywołane działalnością człowieka. Mogą być związane z górnictwem, napełnianiem dużych zbiorników zaporowych, eksploatacją lub zatłaczaniem płynów w głębokich otworach czy działalnością geotermalną.
