Trzęsienia Ziemi, ruchy epejrogeniczne i ruchy izostatyczne

Cele:
Uczeń:

- zna przyczyny występowania trzęsień Ziemi i w zależności od tego dokonuje ich podziału;
- potrafi wskazać na mapie obszary sejsmiczne, pensejsmiczne i asejsmiczne;
- odróżnia hipocentrum od epicentrum;
- prezentuje cechy skal przyjętych do pomiaru natężenia trzęsienia Ziemi;
- wskazuje na mapie miejsca nawiedzone przez najsilniejsze trzęsienia Ziemi;
- jest przekonany o potrzebie opracowania technologii zmniejszających ryzyko kataklizmu, spowodowanego trzęsieniami Ziemi;
- wyjaśnia przyczyny występowania ruchów epejrogenicznych i talasogenicznych;
- rozumie przyczynę występowania ruchów izostatycznych;
- wskazuje na mapie miejsca występowania ruchów epejrogenicznych, talasogenicznych i izostatycznych.

Treści przedstawiane na lekcji:
Trzęsienie Ziemi to zjawisko drgania skorupy ziemskiej, wywołane naprężeniami, a w następstwie pęknięciami i przesunięciami w skorupie ziemskiej. Początkowo są to fale podłużne i poprzeczne, a gdy dotrą do powierzchni Ziemi, to również powierzchniowe.
Jest to najczęściej skutek podziemnego przemieszczania się magmy, które prowadzi do kolizji sztywnych bloków mas skalnych. Trzęsienia Ziemi mają jeszcze inne podłoże i dlatego wyróżnia się kilka ich rodzajów:
- tektoniczne - związane z przemieszczaniem się mas skalnych w skorupie ziemskiej, występują przede wszystkim na granicach między płytami litosfery. Trzęsienia tego typu towarzyszą również uskokom. Są to jedyne z najgroźniejszych, najbardziej katastrofalnych trzęsień Ziemi;
- wulkaniczne - towarzyszą wybuchom wulkanów i przedzieraniu się magmy przez skały. Związane są najczęściej z początkowymi objawami wybuchów wulkanów. Niemal zawsze poprzedzają one wybuch wulkanu, a ich siła wzrasta stopniowo, w przeciwieństwie do trzęsień ziemi tektonicznych, które rozpoczynają się najsilniejszymi wstrząsami, po których później następują słabsze;
- zapadliskowe - związane z przemieszczaniem się niewielkich mas skalnych, powstają podczas zapadania się stropów jaskiń, wyrobisk górniczych (tąpnięć); szczególnym przypadkiem zapadliskowych trzęsień Ziemi mogą być tąpnięcia wywołane przez człowieka, dlatego nazywa się je antropogenicznymi. Do ich powstania może przyczynić się także naruszenie równowagi naprężeń w górotworze, bądź też napełnienie zbiornika zaporowego.
Rozmieszczenie obszarów, na których zwykle pojawiają się trzęsienia Ziemi, jest związane z przebiegiem granic między płytami litosfery lub z działalnością wulkaniczną (gwałtowne przemieszczanie się magmy w kierunku powierzchni Ziemi).
Platformy prekambryjskie są obszarami asejsmicznymi.
Trzęsienia Ziemi mają naturę ruchu falowego rozchodzącego się od hipocentrum (ogniska trzęsień) w postaci fal podłużnych i poprzecznych). Na powierzchni pionowo nad hipocentrum jest tzw. epicentrum. Epicentrum jest więc najbardziej narażone na wstrząsy.
Trzęsienie ziemi trwa na ogół nie dłużej niż kilka sekund, ale niektóre trwają minutę lub dłużej.
Trzęsienie Ziemi w San Francisco w 1906 roku trwało np. 40 sekund, podczas gdy trzęsienie ziemi, które nawiedziło Alaskę 24 stycznia 1964 roku wstrząsało Ziemią ponad 7 minut, z tego przez 3 minuty ze szczególnie niszczącą siłą.
Często głównemu wstrząsowi towarzyszą tzw. wstrząsy potomne, z których każdy kolejny jest słabszy od poprzedniego. Wstrząsy potomne powstają wskutek przemieszczania się mas skalnych, dopasowujących się do stanu nowej równowagi.
We wrześniu 2004 roku zarejestrowano trzęsienie Ziemi na Podhalu, które osiągnęło magnitudę 4. Nie spowodowało ono widocznych zniszczeń, ale wiele osób zamieszkujących zwłaszcza piętrowe budynki, doświadczyło przesunięcia mebli, czy przedmiotów na półkach, a także drgania szyb. Trzęsienie Ziemi było związane z wciąż kształtującym się górotworem alpejskim.
Znacznie silniejsze trzęsienie Ziemi zarejestrowano w Azji południowo-wschodniej, które dotknęło przede wszystkim Indie, Indonezję, Sri Lankę i Tajlandię. Zginęło wtedy prawie 300 000 tysięcy ludzi w wyniku wtargnięcia ogromnej fali morskiej – tsunami. Powstała ona w związku z drganiami skorupy ziemskiej na dnie oceanu.
W mediach przyjęło się określać stopień trzęsienia Ziemi w skali Richtera. Jest to skala logarytmiczna, która określa wielkość trzęsienia Ziemi na podstawie drgań wstrząsów sejsmicznych. Podstawę w tej skali stanowi logarytm amplitudy największego wychylenia zapisanego przez sejsmograf w odległości 100 km od epicentrum wstrząsów. Skala ta jest otwarta i ciągła.
Naukowcy wolą jednak używać określenia magnituda, ponieważ jest to wielkość, która ma pewną wartość w skali opracowanej dla konkretnych urządzeń pomiarowych.
- magnituda 1
Trzęsienie nie wyczuwalne na powierzchni, ale rejestrowane przez sejsmografy w pobliżu epicentrum.
- magnituda 2
Wstrząsy mogą być lekko odczuwalne w pobliżu epicentrum.
- magnituda 3
Drobne trzęsienie, często odczuwalne blisko epicentrum, nie powodujące zniszczeń lub jedynie drobne uszkodzenia.
- magnituda 4
Lekkie trzęsienie ziemi, odczuwalne, ale nie powodujące zniszczeń lub jedynie drobne uszkodzenia.
- magnituda 5
Umiarkowane trzęsienie ziemi, powszechnie odczuwalne, może spowodować drobne zniszczenia w pobliżu epicentrum.
- magnituda 6
Silne trzęsienie wyraźnie wyczuwalne na dużym obszarze. Zniszczenia budynków o słabej konstrukcji w promieniu 10 km od epicentrum.
- magnituda 7
Poważne trzęsienie. Może pociągnąć za sobą ofiary w ludziach i duże zniszczenia w promieniu do 100 km od epicentrum.
- magnituda 8
Wielkie trzęsienie – może spowodować zniszczenia oraz ofiary w ludziach w promieniu kilkuset kilometrów od epicentrum.
- magnituda 9
Kataklizm. Ogromne zniszczenia i ofiary w ludziach na wielkich obszarach oddalonych od epicentrum nawet o 1000 km.
Do pomiaru trzęsienia Ziemi stosuje się jeszcze 12-stopniową skalę zamkniętą Mercallego, której stopień określa się m.in. na podstawie opisu skutków trzęsienia Ziemi. Według tej skali trzęsienie Ziemi jest tym silniejsze, im mniejszy jest okres drgań w stosunku do ich amplitudy.
Najpoważniejsze, katastrofalne trzęsienia Ziemi, osiągnęły magnitudę 9. Poniżej przedstawione zostały miejsca nawiedzone przez najsilniejsze trzęsienia Ziemi na świecie:

Obszary na Ziemi dzieli się na:
- sejsmiczne: gdzie wciąż zachodzą poziome i pionowe ruchy płyt litosfery (wzdłuż wybrzeży Pacyfiku i grzbiety oceaniczne – zachodnia część Ameryk i wschodnia część Azji)
- pensejsmiczne: gdzie zjawisko trzęsień Ziemi występuje sporadycznie i o małej sile (np. Północna Europa, wschodnia część Australii, Syberia)
- asejsmiczne: wnętrza płyt litosfery, pokryte grubą warstwą luźnych skał osadowych (stare platformy kontynentalne – wschodnia część Ameryk, zachodnia Afryka, Skandynawia)

Naukowcy starają się zapobiec skutkom trzęsień Ziemi prowadząc badania nad sejsmoodpornymi budynkami. Okazało się bowiem, ze odpadanie elementów dekoracyjnych jest głównym sprawcą śmierci ludzi podczas trzęsień ziemi. Aby temu zapobiec, budynki muszą być projektowane bez jakichkolwiek ozdób, a także pozbawione kominów. Domy mieszkalne i biurowce należy wznosić na specjalnych fundamentach, które uniemożliwią lub w znacznym stopniu ograniczą kołysanie budowli.
Niestety do tej pory nie udało się opracować skutecznej metody na umiejętność przewidywania trzęsień Ziemi. Wciąż więc pozostają wielką tajemnicą.
Przemieszczanie się magmy w podłożu litosfery lub naprężenia pojawiające się na skraju płyt, może również wywołać ruchy epejrogeniczne (wznoszące, lądotwórcze) lub talasogeniczne (opadające). Ruchy wznoszące wiążą się z regresją morza, jak to ma miejsce np. na obszarze obecnego Morza Kaspijskiego, a ruchy obniżające z jego transgresją. Występują np. na obszarze dzisiejszej Holandii.
Szczególnym przypadkiem są też ruchy izostatyczne, wywołane dążeniem do osiągnięcia równowagi grawitacyjnej. Obecnie Półwysep Skandynawski się wynurza z astenosfery, a Antarktyda z pewnością jest wciśnięta w astenosferę z uwagi na ogromną masę lądolodu.

Zadania i polecenia:
Minimum:
1. Wymień rodzaje trzęsień Ziemi.
2. Wyjaśnij różnice między obszarami sejsmicznymi, pensejsmicznymi i asejsmicznymi.
3. Nazwij skale przyjęte do pomiaru trzęsień Ziemi.
4. Jaka jest różnica między ruchami talasogenicznymi, a epejrogenicznymi?
5. Dlaczego na Ziemi występują ruchy izostatyczne?
Na lepszą ocenę:
1. Wskaż na mapie świata obszary sejsmiczne, pensejsmiczne i asejsmiczne.
2. Gdzie na świecie zarejestrowano najsilniejsze trzęsienia Ziemi?
3. Dlaczego naukowcy wolą używać słowa magnituda zamiast skala Richtera?
4. Wyjaśnij, w jaki sposób człowiek może się przyczynić do ograniczenia negatywnych skutków trzęsień Ziemi?
5. Wskaż na mapie obszary występowania ruchów epejrogenicznych, talasogenicznych i izostatycznych.

Zapis lekcji:
1. Przyczyny występowania trzęsień Ziemi.
2. Obszary sejsmiczne, pensejsmiczne i asejsmiczne.
3. Sposoby rozchodzenia się fal sejsmicznych.
4. Skale przyjęte do pomiaru natężenia trzęsienia Ziemi.
5. Obszary najsilniejszych trzęsień Ziemi.
6. Działania człowieka zmierzające do zmniejszenia ryzyka kataklizmu, spowodowanego trzęsieniami Ziemi.
7. Ruchy epejrogeniczne i talasogeniczne.
8. Przyczyny występowania ruchów izostatycznych.