Földrengés-megfigyelés

A földrengéskor keletkezett hullámok

A rengéshullámoknak két fő típusa van:

  • P-hullámok, amelyek longitudinális (hosszanti) hullámok. Ekkor az impulzusvektor iránya egyező a hullámterjedés irányával. Ezért szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú közegben egyaránt terjednek.
  • S-hullámok, amelyek transzverzális (haránt) hullámok, és ezért csak a szilárd halmazállapotú közegben terjednek, folyadékban nem.
  • Felületi hullámok, amelyek a Föld szabad felszínén terjednek, energiájuk a mélységgel exponenciálisan csökken.

A szeizmogramon - a földrengés műszerrel rögzített elmozdulás-idő függvényén - először a P-hullámok (Primer), másodszor az S-hullámok (Secunder) jelennek meg.

Elsődleges hullámok

Primer hullámok

A rengés fészkéből kiinduló leggyorsabb hullámok az úgynevezett elsődleges hullámok. Ahogy tovaterjednek, periodikusan megnyújtják és összenyomják a Föld kérgét.


Másodlagos hullámok

Secunder hullámok

Hatásukra a Föld felszíne oldalirányban periodikusan elmozdul.



Függőleges felszíni hullámok

Felszíni hullámok

A Föld felszíne mentén terjedő hullámok a legpusztítóbbak. Hatásukra a Föld felszíne függőleges irányban periodikusan elmozdul, ahogy a viharban a tenger hullámzik.



A földrengések előrejelzése

Bár szerte a világon sok kutató dolgozik a megbízható előrejelzés megvalósításán, eddig nem történt áttörés ezen a területen, és egyre valószínűbbnek látszik, hogy ez a közeljövőben sem fog teljesen megoldódni. Ennek egyik oka, hogy a kőzetblokkok mozgásának számításához nagyon pontosan ismernünk kellene a mélyben uralkodó kőzetfeszültségeket. Ugyanakkor jelenleg csak a felszínen tudjuk mérni megfelelő pontossággal ezeket és sok más, az előrejelzéshez szükséges paramétert. A tudomány mai állása szerint legfeljebb azt tudjuk megbecsülni, hogy egy bizonyos időszakban milyen valószínűséggel fog egy adott méretű rengés kipattanni a vizsgált területen.

Tapasztalataink szerint, ha a Föld valamely pontján egyszer már kipattant pl. egy 6-os méretű földrengés, akkor bizonyos idő elteltével ugyanezen a környéken biztosan várhatunk hasonló méretű rengéseket. Mivel ez a törvényszerűség még nem tekinthető előrejelzésnek, ezért napjainkban még nincs megnyugtató módszer a rengések előrejelzésére. Nem kevesebbet kell ugyanis előre megmondani, mint a várható földrengés pontos helyét, a rengés kipattanásának időpontját (legalább egy-két napos pontossággal), és végül, hogy mekkora lesz a földrengés erőssége. Amennyiben ezek bármelyike is hiányzik, a módszer nem tekinthető előrejelzésnek.

Fizikai változások földrengések előtt

Az eddigi megfigyelések szerint általában a földrengéseket különböző fizikai jelenségek előzik meg, amelyek több fizikai paraméter kisebb-nagyobb megváltozásával járnak együtt. Az ezzel kapcsolatos kutatások igen széleskörűek és a legkülönbözőbb területeken folynak. Ezek közül a néhány legfontosabb:

  • a földfelszín vízszintes és magassági értelmű elmozdulásainak vizsgálata,
  • a földfelszín dőlésváltozásának megfigyelése,
  • a föld mágneses és a nehézségi erőtér változásának vizsgálata,
  • a szeizmikus hullámok terjedési sebessége, a kőzetek elektromos vezetőképessége, valamint a kőzetek pórusaiban levő folyadékok és gázok mennyiségi változásának vizsgálata,
  • a szeizmikus események (pl. a kisebb előrengések számának) megváltozása,
  • az egyes állatok viselkedésének megfigyelése

Valamennyi jelenség azzal kapcsolatos, hogy a földrengéseket az esetek döntő részében a kőzetek különböző deformációi előzik meg. Ezek a deformációk többnyire a felszínen közvetlenül is mérhetők.
Ha a veszélyeztetett területen felsőrendű vízszintes és magassági alapponthálózatot létesítünk és a geodéziai méréseket rendszeresen megismételjük, akkor ebből a hálózati pontok uralkodó irányú elmozdulásai alapján a kőzetekben felhalmozódó feszültségek mértékére következtethetünk. Bizonyos területeken a deformációk néhány évtized alatt 30—40 km-es távolságon méteres nagyságrendet is elérhetnek. Például az 1906-os San Francisco-i földrengés kipattanásának pillanatában a Szent-András törésvonal két oldalán álló kőzetek egymáshoz képest helyenként 3—5 méterrel is elmozdultak, ami azt jelenti, hogy a rengést megelőző deformációk hosszú évek alatt kb. ugyanekkora, de ellentétes irányú lassú elmozdulás során alakultak ki.
Tokiótól délre fekvő területen létesített felsőrendű hálózat pontjai között észlelt magasságváltozások az 1923. évi kantói földrengés idején elérték a 80 cm körüli értéket, míg a Boso-félsziget déli része csaknem 1,5 m-rel megemelkedett.

Hasonló változásokat észleltek Magyarországon az 1956-os dunaharaszti földrengésekor.

Sajnos a geodéziai méréseknek a földrengések előrejelzése szempontjából egyelőre az alapvető hiányossága, hogy a méréseket nem lehet akármilyen rövid időközönként megismételni, márpedig a kéregdeformációk pontos mértékére csak folytonos észlelések adhatnak megbízható felvilágosítást.
A kéregdeformációk folyamatos megfigyelésére egyelőre a legmegfelelőbb eszközök a talajdőlés-mérők és a talajnyúlás-mérő műszerek. (A talajdőlés-mérők vagy a horizontális ingák, vagy a közlekedőedények elve alapján működnek; a talajnyúlásmérőknek pedig a már általunk is ismert változata a szeizmográfként is használt strainméter.)
Látható tehát, hogy a földfelszín magasságának, dőlésének, megnyúlásának vagy rövidülésének mérésével a kőzetekben felhalmozódó rugalmas feszültségek növekedése figyelemmel kísérhető, ami viszont az előrejelzés szempontjából döntő jelentőségű.

További fizikai jelenségek

Emellett azonban további fizikai jelenségek is segíthetik az előrejelzés megbízhatóságát:
A kőzetek pórusaiban folyadék és gáz, pontosabban ezek keveréke található. A feszültségek növekedésekor a kőzetek deformálódnak: összenyomódnak vagy tágulnak, emiatt a kőzetek pórusaiból folyadék és gáz préselődik ki, vagy a pórusokba benyomul. A feszültségek további növekedésekor - ha ez még nem is éri el azt a nagyságot, hogy az adott kőzet nagy felület mentén eltörjön - mikrorepedések keletkeznek, amelyekbe a pórusokból folyadék vagy gáz áramolhat. Ezzel megváltozik az adott kőzet elektromos vezetőképessége, a benne terjedő rugalmas hullámok sebessége.

Az utóbbi időkben a komplex vizsgálatok területén is születtek eredmények: szovjet és amerikai kutatók elméleti megfontolások alapján kidolgoztak egy-egy előrejelzési modellt. Az amerikai kutatók által kidolgozott ún. dilatációs-diffuziós modell és a szovjetek által kidolgozott ún. dilatációs-instabilitási modell. A két modell egymástól többé-kevésbé eltérő módon megadja a fontosabb fizikai paraméterek megváltozását a földrengések kifejlődése során:

  • felszíni elmozdulások
  • rugalmas hullámok terjedési sebessége
  • szeizmikus események száma
  • a radon gáz emissziója
  • kőzetek elektromos ellenállása

Mindkét modell a rengések lefolyását öt fázisra bontja:
Az első a bevezető fázis, amely során a kőzetekben rugalmas feszültségek fejlődnek ki és halmozódnak fel.
A második fázisban megindul a kőzetek rugalmatlan deformációja és lavinaszerűen egyre több mikrorepedés keletkezik.
A harmadik fázisban a törési zónák mentén bizonytalan deformációk lépnek fel, és bizonyos területeken megindul a feszültségek részleges relaxációja (felengedése).
A második és a harmadik fázis során történnek olyan változások, amelyek alkalmasak lehetnek a földrengések előrejelzésére, ezért ez a kettő együttesen az előrejelző események fázisának tekinthető.
A negyedik fázis a földrengés kipattanása.
Az ötödik fázis a "lecsengés" fázisa, melyben a kisebb utórengések folyamán gyorsan feloldódnak a maradék nagyobb feszültségek.

Az itt felsorolt jelenségek kutatásán kívül számos egyéb jelenség és körülmény vizsgálata is folyamatban van. (Magyarországon és a Magyarországéhoz hasonló szeizmicitású területeken pl. intenzíven foglalkoznak az aktív törésvonalak felkutatásával és tanulmányozásával.)
Sajnos a földrengések előrejelzésének kérdése csak az utóbbi egy-két évtizedben kerülhetett komolyan napirendre, miután csak nemrég teremtődtek meg azok a tudományos és anyagi feltételek (ezek is csak a technikailag fejlett és földrengésekkel sújtott országokban), amelyek lehetővé tették az ilyen irányú kutatások megindítását.

Szeizmicitás - szeizmotektonika

A földrengésviszonyokról - szeizmicitásról - a térképi ábrázolás ad áttekinthető képet. Szokás ábrázolni a rengések epicentrumát, térbeli eloszlását, gyakoriságát, az izoszeiztákat. Nyilvánvaló, hogy az ilyen módon készült térkép önmagában még csak a múlt rengésviszonyairól tájékoztat, az "extrapolálás" bizonytalan. Megbízhatóbb adatokhoz jutunk, ha a geológiai viszonyokat (törésvonalak helye, kéregmozgások, deformációk helye, sebessége stb.) is figyelembe vesszük. A földrengéses zónák és a földtani szerkezetek kapcsolata ismeretében nyert ún. szeizmotektonikus térkép már gyakorlati célokra - pl. egy-egy létesítmény helyének a földrengésveszély vonatkozásában történő kiválasztására - is alkalmas.

Az Amerikai Egyesül Államok 3D-s földrengéskockázati térképe
A földrengés kockázata az Egyesült Államokban

Az amerikaiak jó része azt gondolja, hogy csak az Egyesült Államok nyugati részén - elsősorban Kaliforniában - élőknek kell a földrengések kockázatával számolniuk. A számítógépes térkép szerint azonban a súlyos földrengés kipattanásának valószínűsége a keleti országrészben sem elhanyagolható. A térkép színek és a domborzat segítségével mutatja be, hogy az Egyesül Államok különböző részein milyen valószínűséggel fordul elő földrengés. Viszonylag csekély a kockázat a sötétzöld területeken, ezzel szemben a piros csúcsok azokat a területeket jelzik, ahol a veszély igen komoly.



A földrengések mérése

Chang Heng földrengésmegfigyelő eszköze

Árulkodó varangyok

Chang Heng kínai tudós Kr. u. 132-ben találta fel az első, a földrengések észlelésére alkalmas szerkezetet. A középen álló edény oldalát 12 sárkányfej díszítette, az edény körül pedig 12 varangyosbéka ült. A sárkányok bronzgolyókat tartottak a szájukban. Földrengéskor valamelyik sárkány az alatta ülő béka szájába ejtette a golyót, melynek koppanása figyelmeztetett a földrengésre. Az eszköz a rengés irányát is érzékeltette, ugyanis mindig az epicentrummal ellentétes irányban ülő béka kapta el a leeső golyót



A szeizmográf

Földrengésjelző műszer, amely regisztrálja a talajelmozdulás nagyságát az idő függvényében. A jeleket régebben papírszalagra írták, újabban ezt szinte teljesen kiszorította a digitális rögzítés és számítógépes feldolgozás. Segítségével megkülönböztethetők az S- és a P-típusú hullámok is. A korszerű földrengésjelző műszerek 6-10 mm nagyságrendű elmozdulásokat is jeleznek. Elterjedésükkel lehetővé vált a fészekben felszabadult kinetikus energia számítása. A műszeres adatokból meghatározható dimenzió nélküli szám (méret vagy magnitúdó). Ha a földrengés mérete Richter-féle magnitúdóban (M) ismert, a felszabadult energia az alábbi képlettel számítható:

log E = 1,5 M + 4,8 [Nm]

A rezgéseket érzékelő és feljegyző műszernek, a szeizmográfnak két alaptípusa létezik, az egyik a vízszintes, a másik a függőleges irányú rezgésekre érzékeny. Mindkettőben egy keretre huzallal vagy rugóval nagyobb súlyt erősítenek. Amikor a föld megremeg, a súly - tehetetlenségénél fogva - egy helyben marad, környezete a tartókerettel együtt azonban rezegni kezd. A súly végére erősített toll a forgó hengerre erősített papírszalagra cikcakkos jeleket rajzol. Ebből az úgynevezett szeizmogramból a tudósok ki tudják számítani, mikor és hol pattant ki a rengés.

Horizontális szeizmográfVertikális szeizmográf

A két képen a Szeizmográf két típusa látható (Balra: Horizontális, Fent: Vertikális)

Tapasztalatok

A földrengések nagyon sok segítséget adnak a tudósok kezébe ahhoz, hogy a Föld belső szerkezetéről információt szerezzenek. Ennek oka az, hogy a kéreg valamelyik pontjából kiinduló rengéshullámok a Föld egy másik felületi pontjára a belső rétegeken keresztül jutnak el.
A megfigyelésekből a geológusok arra következtetnek, hogy a Föld központi része folyékony halmazállapotú mag, mivel nem terjednek benne az S-hullámok. Ilyen módszerrel derítették ki azt, hogy Földünk úgynevezett öves szerkezetű bolygó.

Több földrengés

A statisztikák azt mutatják, hogy a földrengések száma nem növekedett. Annak az érzésnek a kialakulásában, hogy több a földrengés, valószínűleg közrejátszik napjaink információs forradalma, azaz jóval több tudósítás jut el hozzánk távoli országok romboló rengéseiről, mint néhány évtizeddel ezelőtt.

Védekezés a földrengések ellen

A szeizmikus rengések ellen kétféle védekezés lehetséges, amelyeket a szakma aktív, illetve passzív kontrollnak nevez. A földrengés által különösen veszélyeztetett országokban általában a passzív védelmet alkalmazzák: kb. 70 cm átmérőjű gumirugók tartják az épületeket, amelyeket acéllemezekkel vulkanizálnak. Ezek hatalmas terhelésre méretezettek; 45 fokos elmozdulás esetén sem szakadnak el, és 35 centiméteres kilengést bírnak ki.

A legkorszerűbb védekezés a műholdas rengés-előrejelzéssel kombinált speciális alapozás. Ezt Amerikában, Japánban, Kanadában használják. A földfelszín alatt mintegy 8-10 kilométerrel, a kéreg törésvonala mentén beépített szenzorok érzékelik az energiafelhalmozódást. Ha energiafelszabadulást észlelnek, ezek automatikusan riadóztatják a ház számítógépes rendszerét. Az épület néhány szintjén beépített, elforgatható korongon mozgó dugattyúk vannak, amelyek a földrengés irányába állva képesek a hullámokkal ellenkező irányba mozgatni épületet. Ilyen alapozása van például a New York-i Citycorp Center-nek.

San Francisco-i Transzamerika Piramis (Kattintásra nagyít)




A modern San Francisco épületei, mint például a piramis alakú Transzamerika Piramis ellenállnak a földrengésnek. Az épületet úgy tervezték, hogy földrengéskor csak 0,6 m legyen a kilengése, szemben az ugyanilyen magas hagyományos épületek 0,9 m-es elmozdulásával.



Teendők földrengés esetén

Néhány megszívlelendő tanács:

  • amíg tart a rengés, ne hagyjuk el az épületet, illetve ne próbáljunk meg bejutni, ugyanis a legtöbb sérülés ilyenkor történik (gondoljunk csak pl. a ledőlő kéményekre, lehulló vakolatra és üvegcserepekre)
  • az épületeken belül igyekezzünk minél távolabb kerülni ablakoktól, üvegektől, könyvespolcoktól és olyan tárgyaktól, amelyek leesve sérülést okozhatnak. Lehetőség szerint keressünk menedéket az asztalok alatt vagy ajtókeretekbe állva. A szabadban kerüljünk minél messzebb az építményektől, fáktól, elektromos vezetékektől.
  • a rengést követően zárjuk el a gáz és elektromos készülékeket, és készüljünk fel az esetleg bekövetkező utórengésekre. Az erősen megsérült épületeket minél hamarabb el kell hagyni.

Az állatok előre megérzik a földrengéseket

Az algériai földrengést sokan azért élték túl, mert állataik az épületeket romba döntő mozgás előtt riasztották gazdáikat. A méztermeléséről ismert Zbarbar hegyen, amely alig 70 kilométerre keletre fekszik a 6,8-es erősségű földrengéstől legkeményebben sújtott Algírtól, több család a méhek riasztásának köszönheti életét. A hegyvidéki házakat május 21-én estefelé tömegesen özönlötték el felajzott méhrajok, amelyek könyörtelen rohamokkal űzték ki otthonukból a szabadba a lakókat: pár perccel azelőtt, hogy a pusztító rengésben összeomlottak volna az épületek. Egy matuzsálemkorú túlélő magyarázata szerint a méhek isteni küldetést teljesítettek a falu lakóinak figyelmeztetésével.

Egy juhpásztor a birkáinak köszönheti életét. Az Algírtól 20 kilométerre lévő tanya lakója a karámba zárt juhok hisztérikus tombolására jött elő házából. Azt hitte, hogy egy kutya vagy egy macska okozott pánikot állatai körében, amelyek óriási zajt csapva rohamozták az építmény oldalait, mintha ki akarnák dönteni a falakat. Amikor a pásztor kinyitotta a karám ajtaját, gondozottai kizúdultak az épületből, magukkal sodorva gazdájukat, s így mindannyian megmenekültek, mielőtt még összeomlott volna a ház és a juhakol is.

A leghevesebb rengések színhelyén, az algíri tengerparton egy háromemeletes villa 10 lakóját zúzta össze a kártyavárként beomló épület, egyedül a legfelső szinten lakó tizenéves fiú menekült meg. Kutyája elviselhetetlen ugatással, morgással rontott be a szobájába, és többször visszatérve, ki-kirohanva hívta gazdáját a szabad ég alá. Pár pillanattal az építmény összecsuklása előtt jutottak ki a házból.

Hasonló történetek tucatjai tanúsítják, hogy az állatok előbb tudtak a közeledő katasztrófáról, mint az emberek. Vannak, akik utólag jól emlékeznek arra, hogy az épületeket tengelyük körül irtózatos sebességgel körbeforgató földindulás előtti percekben a falak hasadékaiból végeláthatatlan sorokban bújtak elő az egyébként félénk svábbogarak, és sietősen igyekeztek a kijárat felé. Az utcán játszó gyerek pedig utólag értették meg, miért láttak csapatba verődött kóbor kutyákat tömegesen vágtatni ismeretlen irányba, minél messzebb a házaktól.

Kínában külön intézet figyeli az állatok szokatlan viselkedését. Egy ember életét biztosan megmentette egy hal, amikor a Tangshan környékén 1976-ban keletkezett rengés előtt többször kiugrott az asztalon lévő akváriumból. A tulajdonos gyanút fogott, és az éjszaka közepén kiment sétálni a közeli parkba. Életben maradt, ezért tudta elmondani történetét.

A földrengések emberekre gyakorolt hatása

Az iráni emberek gyásza

Földünknek vannak olyan területei, ahol a kéreglemezek egymáshoz csúsznak, ahol különösen sok a földrengés. Ilyen terület Japán, San Francisco környéke, Mexikó stb. Az emberek gondolatvilágában, az ott élő mítoszokban jelentős helyet foglal el ez a természeti jelenség. Továbbá a földrengést túlélő emberek igen nagy része szorul utána pszichológiai kezelésre, hiszen az átélt borzalmak, a rokonok ismerősök egy részének elvesztése egész életükben kínzó fájdalmat jelent.

Az iszlám szokás szerint sokan arcukat és testüket ütve gyászolnak.