Μελετώντας τους σεισμούς

Τι είναι ο σεισμός;

 

            Σεισμοί είναι εδαφικές κινήσεις μικρής περιόδου, οι οποίες παράγονται από φυσικά αίτια που βρίσκονται στο εσωτερικό της Γης.

            Τα πετρώματα του φλοιού της Γης υφίστανται έντονες πιέσεις που προκαλούνται κυρίως από τις μετακινήσεις των λιθοσφαιρικών πλακών. Τα πετρώματα παραμορφώνονται και συσσωρεύεται τεράστια ποσότητα ενέργειας σε αυτά. Όταν ξεπεραστεί το όριο αντοχής των πετρωμάτων προκαλείται θραύση και η συσσωρευμένη ενέργεια απελευθερώνεται.

            Όλες οι εδαφικές κινήσεις δεν είναι σεισμοί. Διαταράξεις π.χ. του εδάφους, οι οποίες προκαλούνται από τη θραύση των θαλασσίων κυμάτων στις ακτές, από τον άνεμο, από μέσα συγκοινωνίας, από κίνηση βαρέων οχημάτων, όπως και από τη λειτουργία των μηχανών εργοστασίων, δεν θεωρούνται σεισμοί. Ορισμένες εδαφικές κινήσεις, οι οποίες προκαλούνται από μεγάλες εκρήξεις, από βίαιες αποσπάσεις πετρωμάτων, από καταρρεύσεις βράχων, από πτώσεις μετεωριτών κλπ., ομοιάζουν πολύ με σεισμούς και η διάδοσή τους μπορεί να παρακολουθηθεί με τις αναγραφές από ευαίσθητα όργανα επί μερικές εκατοντάδες χιλιόμετρα. Οι κινήσεις αυτές χαρακτηρίζονται ως σεισμοειδείς.

            Οι σεισμοί δεν προκαλούνται στην επιφάνεια της Γης αλλά στο υπέδαφος. Κατά τη διάρκεια της δόνησης παράγονται διάφορα είδη σεισμικών κυμάτων. Ανάλογα με την ποσότητα της ενέργειας που ελευθερώνεται τα σεισμικά κύματα μπορεί να γίνουν αισθητά ως δόνηση του εδάφους ή ακόμα και ως ταλάντωση των κατασκευών. Όσο μεγαλύτερη ενέργεια απελευθερώνεται τόσο ισχυρότερος είναι ο σεισμός.

            Εστία του σεισμού, είναι ο τόπος εξορμήσεως των ελαστικών κυμάνσεων που δημιουργούνται στο εσωτερικό της Γης, μετά από διατάραξη της ισορροπίας των πετρωμάτων και παραμόρφωσή τους. Η σεισμική εστία είναι επομένως η υπόγεια θέση διαταράξεως της ισορροπίας των γεωλογικών στρωμάτων. Οι εστίες των σεισμών είναι δυνατόν να έχουν διάφορες μορφές και διαστάσεις. Χάριν απλοποιήσεως των υπολογισμών, σε πολλές επιστημονικές έρευνες θεωρούν την εστία των σεισμών ως σημείο.

            Επίκεντρο του σεισμού, ονομάζεται η προβολή της εστίας στην επιφάνεια της Γης.

 

 

 

Κατηγορίες σεισμών:

 

α.         Εάν οι σεισμοί γίνονται αισθητοί από τον άνθρωπο χαρακτηρίζονται ως μακροσεισμοί, εάν δεν γίνονται αισθητοί αλλά καταγράφονται μόνο από ειδικά όργανα, ονομάζονται μικροσεισμοί.

 

β.         Ο σεισμός οφείλεται σε εσωτερικές διεργασίες της Γης. Υπάρχουν τρία είδη σεισμών:

• Οι τεκτονικοί, που δημιουργούνται από τις κινήσεις των τεκτονικών πλακών.
• Οι ηφαιστειογενείς σεισμοί που σχετίζονται με ηφαιστειακές εκρήξεις.
• Οι εγκατακρημνισιγενείς σεισμοί που οφείλονται σε κατακρήμνιση υπόγειου εγκοίλου ή σπηλαίου.

 

Η συντριπτική πλειονότητα των σεισμών (περίπου το 90% σε παγκόσμιο επίπεδο) είναι τεκτονικοί.

 

γ.         Ανάλογα με το εστιακό τους βάθος οι σεισμοί διακρίνονται σε:;

• Επιφανειακούς σεισμούς: με εστιακό βάθος μικρότερο από 60Km.
• Σεισμούς ενδιάμεσου βάθους: με εστιακό βάθος μεταξύ 60-300km.
• Σεισμούς μεγάλου βάθους: με εστιακό βάθος μεγαλύτερο από 300km.

 

 

 

Ρήγματα και Σεισμοί:

 

            Η Γη αποτελείται από τρία στρώματα: τον φλοιό, τον μανδύα (άνω και κάτω) και τον πυρήνα (τον εξωτερικό που είναι σε ρευστή κατάσταση και τον εσωτερικό που είναι σε στερεά κατάσταση). Η ζωή στον πλανήτη Γη είναι δυνατή μόνο στον φλοιό του οποίου το μέσο πάχος είναι περίπου 40Km (ακτίνα Γης: 6370km).

 

 

 

            Ο φλοιός και το πάνω μέρος του μανδύα συνθέτουν ένα λεπτό περίβλημα στην επιφάνεια της Γης, τη λιθόσφαιρα. Η λιθόσφαιρα δεν είναι ενιαία, αποτελείται από πολλά τμήματα, τις τεκτονικές λιθοσφαιρικές πλάκες. Υπάρχουν επτά μεγάλες και οκτώ μικρότερες λιθοσφαιρικές πλάκες. Βρίσκονται σε συνεχή κίνηση και συγκλίνουν, αποκλίνουν ή κινούνται οριζόντια και εφαπτομενικά η μια σε σχέση με την άλλη. Μια περίπτωση σύγκλισης πλακών είναι η περιοχή του ελληνικού χώρου, όπου η Αφρικανική πλάκα βυθίζεται κάτω από την Ευρασιατική πλάκα.

            Όταν οι τάσεις που ασκούνται σε ένα πέτρωμα ξεπεράσουν το όριο αντοχής του γίνεται θραύση και αρχίζει η σχετική κίνηση των δύο εκατέρωθεν τμημάτων. Η ασυνέχεια που δημιουργείται ονομάζεται ρήγμα. Οι διαστάσεις του επιφανειακού ρήγματος, π.χ. το μήκος και το βάθος του, ορίζουν το μέγιστο μέγεθος ενός σεισμού που μπορεί να εκδηλωθεί κατά την ενεργοποίησή του.

 

            Τα ρήγματα διακρίνονται σε τρία είδη:

 

• Ρήγμα οριζόντιας μετατόπισης (strike – slip): ονομάζεται το ρήγμα που τα δύο τμήματα των πετρωμάτων ολισθαίνουν παράλληλα μεταξύ τους, σε αντίθετη κατεύθυνση, χωρίς σημαντική κατακόρυφη μετατόπιση.
• Κανονικό ρήγμα (normal): ονομάζεται το ρήγμα όταν το πάνω τμήμα του πετρώματος κινείται προς τα κάτω ακολουθώντας τη βαρύτητα.
• Ανάστροφο ρήγμα (reverse): ονομάζεται το ρήγμα όταν το κάτω τμήμα του πετρώματος κινείται προς τα πάνω, ενάντια στη βαρύτητα.

 

Οι κινήσεις των λιθοσφαιρικών πλακών  προκαλούν παραμορφώσεις στα πετρώματα (π.χ. ανυψώσεις, ρήγματα, πτυχές). Όταν τα παραμορφωμένα πετρώματα βρίσκονται βαθιά μέσα στο φλοιό της Γης, όπου η υψηλή πίεση και υψηλή θερμοκρασία επικρατούν, έχουν την τάση να πτυχώνονται. Στα ανώτερα μέρη του φλοιού ωστόσο, όπου η πίεση και η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη, τα πετρώματα τείνουν να σπάζουν, σχηματίζοντας ρήγματα και διακλάσεις. Οι διακλάσεις είναι ασυνέχειες στον φλοιό που διαχωρίζουν τα πετρώματα σε διακριτά τμήματα. Όταν η πίεση που εφαρμόζεται στα πετρώματα υπερβαίνει ένα ορισμένο όριο, τμήματα και από τις δύο πλευρές της διάκλασης αρχίζουν να κινούνται και οι διακλάσεις στη συνέχεια μετασχηματίζονται σε ρήγματα. Αυτή η παραμορφωτική διαδικασία είναι αέναη.

            Τα όρια των πλακών αποτελούνται από πολλά ρήγματα και οι περισσότεροι σεισμοί εκδηλώνονται σε αυτά τα ρήγματα. Κάθε φορά που τμήματα ενός ρήγματος κινούνται, ένας σεισμός συμβαίνει. Τα περισσότερα ρήγματα είναι παλιά και δεν μπορούν να προκαλέσουν σεισμούς. Εκείνα όμως που ενεργοποιούνται και προκαλούν σεισμούς χαρακτηρίζονται ενεργά ρήγματα. Ένα ρήγμα μπορεί να παραμένει ενεργό για εκατομμύρια χρόνια αφότου σχηματίστηκε. Οι σεισμοί είναι ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία που αποδεικνύουν ότι η Γη είναι ένας ζωντανός πλανήτης. Σε περιοχές κοντά στα όρια των λιθοσφαιρικών πλακών, όπως η Ελλάδα, οι σεισμοί συμβαίνουν καθημερινά και συχνά έχουν καταστροφικές συνέπειες. Δυστυχώς, η εκδήλωση ενός σεισμού δεν μπορεί να προβλεφθεί, οπότε ο μόνος τρόπος για τον μετριασμό των επιπτώσεών του είναι να ληφθούν τα κατάλληλα μέτρα πρόληψης και ετοιμότητας.

            Ωστόσο, δεν είναι όλα τα ρήγματα ικανά να προκαλέσουν σεισμούς. Πολλά ρήγματα χαρακτηρίζονται ως «ανενεργά» σε σχέση με άλλα που θεωρούνται «δυνητικά ενεργά ή ενεργά».

 

 

Τα σεισμικά κύματα:

 

 

            Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια ενός σεισμού προκαλεί παραμόρφωση των πετρωμάτων στην περιοχή της εστίας του σεισμού και παράγει σεισμικά κύματα, τα οποία μεταβιβάζουν την ενέργεια διαμέσου του εσωτερικού της Γης. Τα όργανα που καταγράφουν τα σεισμικά κύματα ονομάζονται σεισμογράφοι.

            Τα σεισμικά κύματα διαδίδονται προς όλες τις κατευθύνσεις και σταδιακά αποδυναμώνονται καθώς η απόσταση από την εστία αυξάνει. Υπάρχουν διαφορετικά είδη σεισμικών κυμάτων, μερικά μπορούν να διαδοθούν μέσω όλων των υλικών, μερικά μόνο μέσα από στερεά υλικά.

            Τα σεισμικά κύματα χωρίζονται σε δύο κατηγορίες. Τα κύματα που διαδίδονται μέσω του φλοιού της Γης και ονομάζονται επιφανειακά κύματα και εκείνα που διαδίδονται μέσω του εσωτερικού της Γης και ονομάζονται κύματα χώρου.

 

• Τα επιφανειακά κύματα διαδίδονται μόνο μέσα από την επιφάνεια της Γης, είναι χαμηλότερης συχνότητας από τα κύματα χώρου και κατά συνέπεια διακρίνονται εύκολα στο σεισμογράφημα. Αν και φθάνουν μετά από τα κύματα χώρου, κυρίως τα επιφανειακά κύματα είναι αυτά που προκαλούν τις βλάβες που σχετίζονται με τους σεισμούς. Επιφανειακά είναι τα κύματα Rayleigh και Love.

 

• Κύματα-R (κύματα Rayleigh): Προκύπτουν από κίνηση σε επίπεδο κάθετο στην επιφάνεια του εδάφους. Η κίνηση γίνεται σε οριζόντιο και κατακόρυφο επίπεδο, σε ελλειπτική μορφή, εικόνα παρόμοια με αυτή των θαλάσσιων κυμάτων.
• Κύματα-L (κύματα Love):        Προκύπτουν από κίνηση σε επίπεδο παράλληλο στην επιφάνεια του εδάφους. Η κίνηση γίνεται σε οριζόντιο επίπεδο.

 

• Τα κύματα χώρου διαδίδονται προς κάθε κατεύθυνση στο εσωτερικό της Γης και καταγράφονται πριν από τα επιφανειακά κύματα. Αυτά τα κύματα είναι υψηλότερης συχνότητας από τα επιφανειακά και διακρίνονται σε επιμήκη ή πρωτεύοντα (P) και εγκάρσια ή δευτερεύοντα (S).

 

• Τα επιμήκη κύματα (P) μπορούν να διαδίδονται μέσα από στερεά, υγρά και αέρια και έχουν μεγαλύτερη ταχύτητα διάδοσης από τα άλλα σεισμικά κύματα, που σημαίνει ότι καταγράφονται πρώτα σε έναν σεισμογράφο. Κατά τη διάδοσή τους τα υλικά σημεία του μέσου διάδοσης ταλαντώνονται παράλληλα προς τη διεύθυνση διάδοσης του κύματος. Τυπικές ταχύτητες διάδοσης διαμήκων κυμάτων είναι 5 με 7 km/s.
• Τα εγκάρσια κύματα (S) μπορούν να διαδοθούν μόνο μέσω των στερεών. Κατά τη διάδοσή τους τα υλικά σημεία του μέσου διάδοσης ταλαντώνονται κάθετα προς τη διεύθυνση διάδοσης του κύματος. Τυπικές ταχύτητες διάδοσης εγκαρσίων κυμάτων είναι 3 με 4 km/s.

 

                                             Ρ Κύμα

 

 

 

                                            S Κύμα

 

 

 

 

Επιφανειακό κύμα (Rayleigh)

 

 

 

 

Η διαφορά στους χρόνους άφιξης των P και S κυμάτων που καταγράφονται σε ένα σεισμογράφο μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τους σεισμολόγους για να καθοριστεί η απόσταση μεταξύ του σταθμού και του επίκεντρου του σεισμού, καθώς και στα συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης.

 

Μέγεθος – Ένταση:

 

            Οι σεισμογράφοι είναι τα όργανα καταγραφής των σεισμών. Η καταγραφή ονομάζεται «σεισμογράφημα». Από τα στοιχεία που καταγράφουν οι σεισμογράφοι, οι επιστήμονες μπορούν να προσδιορίσουν τον χρόνο, το επίκεντρο, το εστιακό βάθος και το είδος της διάρρηξης ενός σεισμού και να εκτιμήσουν πόση ενέργεια απελευθερώθηκε.

            Καθώς τα πρωτεύοντα κύματα έχουν μεγαλύτερη ταχύτητα διάδοσης από τα δευτερεύοντα, η χρονική διαφορά στην άφιξή τους αντιπροσωπεύει την απόσταση του σεισμογράφου από το επίκεντρο του σεισμού. Η καταγραφή ενός σεισμού με δύο διαφορετικούς σεισμογράφους βοηθά στον εντοπισμό του επίκεντρου του σεισμού.

 

 

 

            Μέγεθος του σεισμού είναι το μέτρο της ενέργειας που εκλύεται από την εστία κατά τη διάρκεια της σεισμικής δόνησης. Το μέγεθος ενός σεισμού εκφράζεται συνήθως με την κλίμακα Richter, η οποία είναι λογαριθμική. Ένας σεισμός μεγέθους 2 βαθμών είναι ο μικρότερος σεισμός που γίνεται συνήθως αισθητός από τους ανθρώπους. Οι σεισμοί 6 βαθμών ή μεγαλύτεροι θεωρούνται σημαντικοί, ενώ οι μεγάλοι σεισμοί έχουν μέγεθος μεγαλύτερο από 8 βαθμούς της κλίμακας Richter. Για τον υπολογισμό του μεγέθους των σεισμών επινοήθηκαν διάφορες κλίμακες: κλίμακα Τοπικού Μεγέθους, Επιφανειακού Μεγέθους, Μεγέθους Σεισμικής Ροπής κλπ.

            Το μέγεθος ενός σεισμού δεν σχετίζεται πάντα με το εύρος των καταστροφών που προκαλούνται. Ένας σεισμός μακριά από κατοικημένες περιοχές και υποδομές, ή με μεγάλο εστιακό βάθος, ανεξάρτητα από το μέγεθός του, μπορεί να μην προκαλέσει καταστροφές. Το μέτρο των βλαβών ενός σεισμού στους ανθρώπους και τις κατασκευές χαρακτηρίζεται ως ένταση του σεισμού. Η ένταση ενός σεισμού εξαρτάται από το μέγεθος της δόνησης τις τοπικές γεωλογικές συνθήκες, το εστιακό βάθος, την απόσταση από το επίκεντρο, τα είδη κατασκευών, την πυκνότητα πληθυσμού κλπ.

            Συνεπώς, η ένταση αναφέρεται στις συνέπειες του σεισμού και συνήθως μετριέται με την κλίμακα Mercalli ή ακόμα και με την τροποποιημένη κλίμακα Mercalli. Η κλίμακα αυτή είναι κυρίως μια ποιοτική μέθοδος για να μελετηθούν οι επιπτώσεις ενός σεισμού στους ανθρώπους και στις σύγχρονες κατασκευές. Κυμαίνεται από το Ι (σεισμός μη αντιληπτός από τον άνθρωπο) έως XII (πολύ μεγάλες βλάβες σε όλες τις κατασκευές). Η ένταση χρησιμοποιείται επίσης για τη μελέτη των ιστορικών σεισμών επειδή μόνο οι επιπτώσεις τους είναι εκείνες που μπορούν να αναζητηθούν στα ιστορικά αρχεία.