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.

Óceáni aljzat szétterülése
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.



Óceáni lemez szárazföldi lemez alá tolódása
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 (szárazföldi) lemezek ütközése /Hegységképződés/
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 mozgása
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 föld lemezei (Kattintásra nagyít)


A földrengések anatómiája

Magyarázat a szójegyzékben Magyarázat a szójegyzékben Vetődések a világban Földrengéskor keletkezett hullámok A földrengések felépítése

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


Szent András-törésvonal (Kattintásra kép) A Kaliforniai Szent András-törésvonal vázlata (Kattintásra nagyít) /A 'Szent András-törésvonal'-ra kattintva egy kép jelenik meg róla/

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.




Japánnál találkozó lemezek

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"

Los Angeles-i látkép

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 2000 — 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

Fészekgömb metszete

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.


Hullám útja

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)
csoportba sorolják. A rugalmas energiák döntően sekélyfészkű rengésekben szabadulnak fel, mivel a Föld mélye felé a szilárd halmazállapot előfordulási gyakorisága és a viszkozitás csökken. Ritkák a felszínközeli - néhány km-es mélységben keletkező - rengések is, mivel e zóna kőzeteinek nyírószilárdsága (az üledékes kőzetek gyakorisága miatt is) kisebb, mint mélyebben.

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.

Energia
[J]
Rengések
száma/év
Összenergia
[J]
1017 - 101811018
1015 - 1017101017
1013 - 10151001016
1011 - 101310001015
109 - 1011100001014
107 - 1091000001013

"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.