A földrengések Miértjei

A földkéreg rétegei

A talaj, amelyen járunk a földkéreg legfelső része. Ez a kéreg a tengerek alatt tíz kilométer vastag, a kontinensek alatt pedig eléri a negyven kilométeres vastagságot. A földkéreg alatt változó sűrűségű, keménységű, illetve halmazállapotú anyagot, az ún. köpenyt, majd 2900 km mélységben pedig a Föld külső, majd legbelső magját találjuk.

A földrengések okai

Földrengések keletkezés módja szerinti felosztása

• 85% - Szerkezeti (Pangea) rengések.
• A rugalmas feszültségeknek a kőzetanyag törését követő, részben rugalmas energiák formájában történő feloldódásával keletkeznek, csak szilárd halmazállapotú kéreganyagban pattanhatnak ki, ezek a legpusztítóbbak.
• 7% - Vulkanizmussal kapcsolatos rengések (a vulkánkitörés energiájának egy része rugalmas hullámokká alakul).
• 3% - Beszakadásos - beomlásos rengések (magmakamrák beomlása - implózió, barlangok beszakadása). Mesterséges rengések (nukleáris, bánya- és egyéb robbantások).
• 5% - Talajnyugtalanság:
• Géprezgések, járművek által keltett rezgések;
• Légköri jelenségek által okozott rengések.

A földrengések kipattanását a belső feszültségállapot jellemzőin kívül befolyásolják még a terhelésváltozást okozó külső tényezők: az erózió, klímaváltozás - pl. a jégtömegek megolvadása -, mesterségesen megnövelt terhelés, pl. tározó kialakítása, légnyomásváltozás, égitestek vonzása stb.

A földkéreg mozgástípusai

Belső erők hatására a földkéreg különböző részei közelednek, távolodnak, összenyomódnak, megtörnek, meggyűrődnek. Ezek a mozgások nagyon lassan mennek végbe, változásokat okozva a Föld felszínén. Valószínűleg 200 millió évvel ezelőtt a szárazföld egyetlen szilárd massza volt, amelyet egybefolyó óceán vett körül. A szilárd masszából (Pangea) váltak ki a mai kontinensek.

A fontosabb litoszféra-táblák

A táblák vastagsága 70—150 km közötti, szerkezetileg a szilárd kérget és a köpeny felső részét foglalják magukban. (A köpeny mélyebben lévő része kb. 700—750 km-es mélységig az asztenoszféra). E két szerkezeti rész mechanikailag egységes, együtt mozdul el. A nagyobbak "hordozzák" az óceánokat és kontinenseket - eszerint lehetnek óceáni, szárazföldi (kontintentális) és "komplex" táblák. Egymáshoz és a Föld forgástengelyéhez képest folyamatosan és/vagy epizodikusan mozognak.

Mozgásuk megnyilvánul a kontinensek "elúszásában" (kontinensvándorlás), az óceánaljzat szétterülésében (repedésvölgy-rendszer), vagyis az óceáni kéreg keletkezésében és az óceáni árkok régióiban történő megsemmisülésében. A gömbgeometria törvényei alapján a táblák elmozdulása a Föld felszínén rotáció, amely egyértelműen jellemezhető a rotáció szögével és a rotáció pólusával. Nyilvánvaló, hogy napjaink grandiózus földtani jelenségei (földrengések, vulkanizmus, szintváltozások stb.) is döntően a lemezszegélyekhez kapcsolódnak.

Az óceáni aljzat szétterülése

A szilárd kéreg repedésein át felnyomuló köpenyanyag (magma) oldalirányban hozzáforr az egymástól távolodó litoszféra lemezek szegélyéhez, kitöltve a dilatáció révén keletkező űrt. Ezek a lemezperemek a gyarapodó (divergens) szegélyek. A folyamat epizodikus, amelyet időszakos vulkáni és földrengésjelenségek kísérnek. Mivel a szilárd kéreg vékony, a földrengések döntően a 0—30 km-es mélységben pattannak ki. Az óceánközépi hátságok és a repedésvölgy-rendszer (a gyarapodó lemezszegéllyel közös határvonala) az óceáni kéreg és az óceánok keletkezésének színterei. Afrikának a kelet-afrikai törésrendszer mentén napjainkban is zajló szétnyílása egy új óceán keletkezésének mozzanata, melynek során a levált tömb (Kelet-Afrika) az Indiai-óceán medencéjében évmilliók múlva új kontinensként jelenik meg.

Alátolódás (szubdukció)

A lemezek ütközése során a már idős, kihűlt, merev óceáni lemez a vastagabb kontinentális lemez alá tolódik, létrehozva a Föld legmélyebben fekvő régióit, az óceáni árkokat. Az alátolódó, kb. 700—750 km-es mélységig még mechanikailag merev óceáni táblában pattannak ki a közepes- és mélyfészkű földrengések. A rengések fészkei által kirajzolható, különféle dőlésű síkok az ún. Benioff-féle övek. Mélyebben a kéreg anyaga megsemmisül, beolvadva a köpeny anyagába. A folyamat során keltett súrlódási hő, tágulási repedések stb. aktív vulkáni tevékenységre vezetnek. Ezek a szigetívszerkezetek, amelyeket a mélytengeri árok, az aktív vulkáni láncok és a földrengéstevékenység hármasa jellemez, a kéreg részleges megsemmisülésének és a kontinentális kéreg keletkezésének színterei (pl. a Csendes-óceán szigetívei - a Cirkum-Pacifikus övezet).

Kontinentális lemezek ütközése

Tartós alátolódás nem alakul ki, mivel a kontinentális kéreg és a köpeny közötti sűrűségkülönbség nagyobb. Az ütközési zónában képződnek a kőzettömegek felgyűrődésével a lánchegységek. Így alakult ki az Indiát hordozó tábla és az Eurázsiai lemez ütközése során a Himalája roppant méretű hegytömege.

Törésrendszerek

A lemezekben a mozgás során mechanikai feszültségek halmozódnak fel. Ezek energiája részben földrengések révén szabadul fel, és a kéreganyag törésében nyilvánul meg. E törési zónák hossza többezer km lehet, a törésekkel elválasztott részek egy-egy földrengés során többször is elmozdulhatnak egymáshoz képest (szeizmoaktív törésvonalak).
Legnevezetesebb a kaliforniai Szent András-törésrendszer. Az 1906-os, San Francisco-t romba döntő földrengés során a törésvonal mentén 6 m-es eltolódást regisztráltak.

A lemeztektonika

A földkérget alakító nagyszerkezeti jelenségek - hegységképződés, az óceáni árkok, vulkanikus és földrengéses zónák kialakulása, a világrészek mozgása stb. - egységes értelmezését kísérli meg az ún. globális- vagy lemeztektonika. Bár a szóbanforgó hipotézis alapgondolatainak némelyike (pl. Afrika és Dél-Amerika néhai összefüggésének feltételezése a partok lefutásának hasonlósága alapján) a múlt századba nyúlik vissza, az elmélet kialakulása a hatvanas évekre tehető. A lemeztektonika feltevéseinek és következtetéseinek helyességét azóta bizonyítékok ezrei igazolták, elsősorban a következmények vonatkozásában. Tisztázatlan kérdések a hatalmas arányú mozgást kiváltó és fenntartó energiákat illetően vannak.

A lemeztektonika feltevése szerint a Föld felszíne ez idő szerint hat nagy (elsőrendű táblák) és mintegy húsz kisebb, ún. másodrendű litoszféra-táblára (lemezre) osztható.

A földrengések anatómiája

A legtöbb földrengés a két kőzetlemez határán lévő vetődés mentén következik be. A kőzetlemezek elmozdulása miatt a kőzetek deformálódnak, majd a felhalmozódott feszültség hirtelen felszabadulásakor eltörnek. Ahol - mélyen a földfelszín alatt - a kőzetek eltörnek, ott van a rengés hipocentruma. Ebből a pontból a felszabaduló energia hatására lökéshullámok, úgynevezett földrengéshullámok indulnak ki, amelynek a Föld belsejében és a felszíne mentén tovaterjednek. Ezek a hullámok rengetik meg a földfelszínt. A rengés az epicentrumban a legerősebb, vagyis a földfelszínnek éppen a hipocentrum fölött fekvő pontjában.

A földrengések helyei

A földrengések eloszlása a Föld felszínén nem egyenletes, döntő többségük jól körülhatárolható keskeny zónákban keletkezik. Általában három, főbb földrengéses zónát különböztetünk meg. A legfontosabb a Csendes-óceán körüli úgynevezett Cirkum-Pacifikus övezet, ahol a földrengéseknek mintegy 70 százaléka pattan ki. A második az úgynevezett Alp-Himalája öv, amely a Földközi-tenger térségétől Törökországon, Közép-Ázsián, Kínán keresztül húzódva Indonéziánál csatlakozik a Cirkum-Pacifikus övbe. E zónában keletkezik a világ földrengéseinek mintegy 15 százaléka. A harmadik övezetet az óceánközépi hátságok alkotják, amelyek a rengéseknek körülbelül 7 százalékáért felelősek. A fennmaradó mintegy 8 százalék gyakorlatilag bárhol kipattanhat, de a nagy, pusztító rengések mindegyike a fenti három zóna valamelyikéhez köthető.

A földrengések ilyen földrajzi eloszlását a lemeztektonika elmélete magyarázza, mely szerint a Földet burkoló hatalmas kőzetlemezek egymáshoz képest évi néhány centiméteres sebességgel elmozdulnak, és így határaik mentén a mozgás következtében felhalmozott feszültség hirtelen kioldódása okozza a földrengéseket. Az említett fő földrengészónák mindegyike kőzetlemezhatárokkal esik egybe. Kisebb feszültségfelhalmozódás az egyes kőzetlemezeken belül is lehet, ezért a lemezek határaitól távolabb is keletkezhetnek közepes vagy kisebb rengések.

Szeizmikus zónák

Megfigyelhetjük, hogy amikor a sajtóban vagy a rádióban nagyobb földrengésekről számolnak be, rendszeresen visszatérnek ugyanazok a területek. Gyakran vannak pusztító rengések pl. Kínában, Chilében, Peruban, Guatemalában, Japánban, Olaszországban, Jugoszláviában, Romániában és az Indonéz szigetek mentén.

Érdekes képet kapunk a rengések földrajzi eloszlásáról, ha hosszabb időn keresztül meghatározzuk valamennyi jelentősebb földrengés epicentrumát és ezeket térképen ábrázoljuk. Megfigyelhető, hogy a földrengések nagy része keskeny zónák mentén fordul elő, mely zónák világméretű összefüggő hálózatot alkotnak, elhatárolva egymástól a hatalmas kiterjedésű szeizmikusan nyugodt területeket. A szeizmikusan aktív zónák hálózata olyan jellegzetes felszíni formákhoz kapcsolódik, mint pl. a mélytengeri árkok, az óceánközépi hátságok, a nagy, fiatal lánchegységek, vagy pl. az aktív vulkáni működések területei. A megfigyelések szerint négyfajta szeizmikus zóna különböztethető meg, részben a kipattanó rengések mechanizmusa, részben pedig a hozzájuk kapcsolódó felszíni formák alapján.

A földrengések első típusa igen keskeny zónák mentén jelentkezik és legtöbbször aktív bazalt-vulkánossággal párosul. Ezek kizárólag kis fészekmélységű rengések, amelyek legfeljebb néhány 10 km-es mélységből származnak. Ilyen típusú földrengések elsősorban az óceánok alatt húzódó hatalmas kiemelkedések - az ún. óceáni hátságok - gerincvonala mentén, a Kelet-Afrikai-árokrendszer vonalában, vagy pl. Izlandon pattannak ki.

A földrengések második fő típusa ugyancsak keskeny zónák mentén jelentkezik, ezek is kizárólag kis fészekmélységű rengések, ezeken a területeken azonban egyáltalán nem tapasztalható vulkáni működés és az előző típussal ellentétben itt kizárólag a nyírófeszültségek túlhalmozódása idézi elő a rengéseket.
Igen jó példák erre a típusra Kaliforniában a Szent András-törésvonal és Észak-Törökországban az Anatóliai-vetődés. Mindkettőnél a törésvonallal párhuzamosan nagymértékű felszíni mozgás is mérhető. Ugyancsak ilyen típusú rengések pattannak ki az óceáni hátságok gerincvonalait szétszabdaló ún. transzform törések mentén.

A szeizmikus zónák harmadik fajtája szorosan kapcsolódik a mélytengeri árkok területéhez; amelyekhez többnyire aktív vulkáni tevékenységű szigetívek rendszere csatlakozik (elsősorban a Csendes-óceán keleti partvidékén). Ezeken a területeken mindenféle fészekmélységű rengések egyaránt előfordulnak és gyakoriak az igen nagy méretű földrengések. Ha a közepes és a nagy fészekmélységű rengéseket ábrázoljuk, akkor megfigyelhetjük, hogy 100 km-nél nagyobb mélységben csupán a mélytengeri árkok területén és az ún. Alp-Himalájai-öv egyes részein pattannak ki földrengések. Érdekes megjegyezni, hogy a mélytengeri árkoknál a rengések hipocentrumai a kontinensek alá hajló vékony szabályos lemezszerű zónákban, az ún. Benioff-övek mentén helyezkednek el.

A szeizmikus zónák negyedik csoportját az Észak-Afrika nyugati részétől a Földközi-tengeren át Kínáig terjedő földrengések alkotják. Itt az epicentrumok széles zónákban, szétszórtan jelentkeznek, a rengések nagy része kis mélységben pattan ki, azonban ritkán közepes és nagy fészekmélységű földrengések is előfordulnak. Ezeken a területeken gyakran keletkeznek igen nagy méretű, hatalmas pusztításokat okozó földrengések, mint pl. az utóbbi időkben Algériában, Olaszországban, Jugoszláviában, Romániában, Iránban és Kínában.

Vetődések

Kalifronia vetődései

Kalifornia két hatalmas kőzetlemez határán helyezkedik el, a Csendes-óceánin és az észak-amerikain. A két lemez elmozdulása törések hálózatát hozta létre az állam területén (piros vonalak) a földkéregben. Legnevezetesebb az 1100 km hosszú Szent András-törésvonal. San Francisco közvetlenül e törés mentén létesült.

Kobe-i vetődések

Japánban gyakori a földrengés, mert az ország négy nagy tektonikus tábla találkozásán fekszik. A kőzetlemezek közül a Csendes-óceáni-tábla mozog a leggyorsabban, évente 10 cm-es sebességgel nyomul be az Eurázsiai-tábla alá. A kobei földrengés akkor pattant ki, amikor az Eurázsiai-kőzetlemez már nem tudott tovább ellenállni a Csendes-óceáni-tábla alányomulása következtében felhalmozódó óriási feszültségnek. A földrengés hipocentruma Kobétől 20—30 km-rel délkeletre, a Nojuma-törésvonal mentén volt.

Los Angeles "időzített bombája"

1999-ig senki nem tudott a Puente Hills törésről - amely egy szeizmikus törésvonal 3—15 km mélyen Los Angeles alatt - addig, amíg egy amerikai földrengéskutató Dél Kaliforniából megvizsgálta, és rádöbbent, milyen veszélyeket rejt magában.
Általában a geológusok egy árkot ásnak a törésvonallal keresztben, hogy megvizsgálják, mennyire mozdult el a földrengés során. De a Puente Hills egy vak törés. Az ilyen formációk soha nem kerülnek felszínre, így igen nehéz nyomon követni a történetüket. A geológusok azonban ezt kikerülendő a Puente Hills esetében az üledékrétegeket vizsgálták meg sokatmondó gyűrődéseket keresve előző földrengések hatására. Az eredmények lehetővé tették, hogy számosítsák a Los Angeles alatti törésvonal szeizmikus történetét. Az elemzés kimutatta, hogy a törésvonal az elmúlt 11 000 évben 4 katasztrofális földrengést okozott, melyek mindegyikének erőssége a Richter skála 7-es fokozatánál erősebb volt. A legutóbbi ideje 200—3000 évvel ezelőttre tehető. A jó hír, hogy a pusztító földrengés csak minden pár ezer évben fordul elő. A rossz hír az, hogy azok viszont pokolian nagy földrengések.

Földrengés fészekmechanizmusok

A földrengések döntő része tektonikus eredetű, vagyis a rengés keletkezésének kiváltó oka a földkéregben felhalmozódó mechanikai feszültség. A feszültség következményeként fellépő erők hatására a kőzettömb eltörik, vagy a már létező törésvonal mentén a szomszédos két tömb egymáshoz képest elmozdul. A földrengés fészekmechanizmusa megmutatja, hogy a rengéskor a hipocentrumban milyen folyamatok zajlottak le, hogyan helyezkedik el a törési sík, milyen irányú volt az elmozdulás, illetve a rengéshez vezető feszültségtér főbb jellemzőire is következtetni lehet.

A bal-felső ábrán az úgynevezett fészekgömb (a hipocentrum köré képzelt gömb) metszetét láthatod. A jobb-alsó ábrán pedig a hullámnak a Föld belsejében megtett útját láthatod a fészektől a megfigyelőig.

A földrengés fészekmechanizmus megoldásra több módszer is született. A legismertebb, legelterjedtebb eljárás a P-hullámok első kitérési irányait használja fel a megoldáshoz. A földrengésmegfigyelő állomásokon a P-hullámok által okozott talajmozgás kezdeti iránya ugyanis függ az állomásnak a törési síkhoz képest elfoglalt helyzetétől. Ha elég sok állomáson sikerül megmérni a P-hullám első kitérési irányokat, akkor kedvező esetben következtetni lehet a hipocentrumban uralkodó feszültségirányokra, a törési sík helyzetére, valamint a sík mentén bekövetkezett elmozdulás irányára is.

Lásd példával bemutatva a "Magyarországi földrengések fészekmechanizmusai" című részben.

Fészekmélység szintjei

A fészekmélység alapján a földrengéseket:

• sekély - (0—30 km) /óceánközépi hátságok mentén/,
• közepes - (30—300 km) /magas hegységek környezetében, mélytengeri árkoknál és a felettük húzódó szigetívek alatt/ és
• mélyfészkű (300—750 km)

Földrengések időpontjai

A földrengések előfordulása a Földön

A megfigyelések szerint a földrengések előfordulása nem teljesen véletlenszerű, hanem bizonyos szabályszerűséget mutat. A földrengések döntő része a Föld ugyanazon vékony sávszerű területeire koncentrálódik. Ezek a szeizmikusan aktív zónák hatalmas nyugodt (ún. aszeizmikus) területeket vesznek körül. A tapasztalat szerint ugyan kisebb (M<6 Richter-méretű) rengések a Földön bárhol és bármikor előfordulhatnak, azonban ezek gyakorisága a rengésmentes (aszeizmikus) területeken igen kicsi.

A földrengések gyakorisága

A földrengések időbeli előfordulásának vizsgálata szerint a különböző méretű rengések nem egyforma gyakorisággal fordulnak elő. A táblázatban összefoglaltuk, hogy a különböző energiájú rengésekből évente kb. mennyi pattan ki a Földünkön. Látható, hogy bár a kis méretű rengések naponta százával keletkeznek, az összenergiának mégis csak jelentéktelen részét adják. A rengések során évente felszabaduló kb: 1018J összenergia döntő része egy-két nagyobb földrengés során szabadul fel.

"Lassú földrengések" (Észak-Nyugat-Amerika)

Amikor két kéreglemez egymáson elcsúszik, vagy valamelyik egy másik alá becsúszik, feszültségek gyűlnek fel a találkozási vonal mentén. Ha ezek a feszültségek a kőzet törésével hirtelen oldódnak, földrengés jön létre. A GPS helymeghatározó rendszer segítségével nemrég fedeztek fel a kutatók egy másik fajta feszültségoldódást is. Előfordul, hogy a felgyülemlett feszültségek "puhán" oldódnak fel, vagyis nem hirtelen töréssel, hanem mintegy képlékeny deformációval. Ilyenkor nincs "zökkenés", vagyis nem tör ki földrengés, még a szeizmográfok sem érzékelik, hogy mi történt, csak a nagyon pontos helymeghatározást lehetővé tevő GPS rendszer segítségével lehet észlelni, hogy az egymáshoz képest egy ideig lassan mozgó kéreglemezek egyszer csak gyorsabban kezdenek mozogni. A szeizmológusok elnevezték ezt a jelenséget lassú földrengésnek.
Az amerikai Cascade-hegységet létrehozó szubdukciós (alábukási) zónában a mérési adatok utólagos elemzése szerint az utóbbi tíz évben, amióta GPS mérések folynak, periodikusan keletkeztek ilyen lassú földrengések, és 2002. február 7-én is indult egy. A szeizmológusok most azt vizsgálják, hogy ezek a lassú földrengések milyen kapcsolatban állnak a pusztítást hozó földrengésekkel.