TRZĘSIENIE ZIEMI-NIEBEZPIECZEŃSTWO I WZYWANIE

Transkrypt

1 TRZĘSIENIE ZIEMI-NIEBEZPIECZEŃSTWO I WZYWANIE Napisane przez: Nwachukwu Ijeoma Catherine Hilda Arfiya Chinbat Chingun Kifala Ngouari Laurel Christelin STUDIUM JĘZYKA POLSKIEGO DLA CUDZOZIEMCÓW, UŁ ŁÓDŹ 2017

2 SPIS TREŚCI 1. Definicja trzęsienia ziemi 1.1. Trzęsienie ziemi 1.2. Rodzaje fal sejsmicznych 2. Wielkość trzęsień ziemi 3. Niebezpieczeństwo trzęsieni ziemi 4. Wyzwanie trzęsieni ziemi

3 1. Definicja trzęsienia ziemi 1.1. Trzęsienie ziemi gwałtowne rozładowanie naprężeń w skorupie ziemskiej połączone z ruchem warstw skalnych. W przypadku trzęsienia tektonicznego jest to ruch wzdłuż uskoku. Nagromadzenie naprężeń jest często wynikiem przejściowego zablokowania ruchu skał wzdłuż tego uskoku. Uwalniająca się przy tym energia w około 20-30% rozchodzi się w postaci fal sejsmicznych, z których część dociera na powierzchnię Ziemi w postaci niszczących fal powierzchniowych. Pozostała część energii zamienia się w ciepło lub trwałe deformacje skał. Rys 1.1 Kierunek ruchu płyt tektonicznych, które powodują trzęsienie ziemi Miejsce pod powierzchnią ziemi, z którego rozchodzą się fale sejsmiczne nazywamy hipocentrum (ogniskiem trzęsienia). Hipocentrum może znajdować się w skorupie ziemskiej lub w płaszczu górnym ( do głębokości około 700 km). Miejsce na powierzchni ziemi położone bezpośrednio nad hipocentrum nazywamy epicentrum. Do epicentrum fale sejsmiczne docierają najszybciej, a wstrząsy są najsilniejsze. Rys 1.2 Schemat trzęsienia ziemi

4 1.2 Rodzaje fal sejsmicznych: Falą sejsmiczną nazywamy pojedynczą falę wibracji, w jakiej nagromadzona energia jest uwolniona w trakcie ruchów mas skalnych na linii uskoku. Prędkość rozchodzenia się fal zależy od rodzaju podłoża i fali. Wyróżniamy trzy podstawowe rodzaje fal sejsmicznych; poniżej zostały one przedstawione w porządku, w jakim docierają na powierzchnię Ziemi: Fale przestrzenne (ang. body waves) rozchodzą się od ogniska trzęsień ziemi we wszystkich kierunkach. Dzielimy je na fale podłużne (P) i fale poprzeczne (S). Drgania podłużne i poprzeczne biegną z różną prędkością, podłużne są blisko dwa razy szybsze od poprzecznych. Dzięki tej różnicy fale P i S wychodzące jednocześnie z punktu wzbudzenia (ogniska) przybywają do danego punktu w różnym czasie, przy czym im dłuższą odbywają drogę, tym większa jest różnica w czasie ich przybycia. Gdy fale sejsmiczne dotrą do powierzchni ziemi, wzbudzają inny rodzaj drgań zwany falami powierzchniowymi. Fale podłużne (ang. primary, compressional, push-pull) ich ruch polega na zmianie objętości. Mogą rozprzestrzeniać się zarówno w ciałach stałych, cieczach, jak i w gazach. W wyniku propagacji tych fal zachodzi proces okresowych zgęszczeń i rozrzedzeń cząsteczek ośrodka (stąd są zwane również falami dylatacyjnymi lub zgęszczenioworozrzedzeniowymi), a zmiany te odbywają się w kierunku rozchodzenia się fali. Fale podłużne poruszają się z największą prędkością i zazwyczaj osiągają powierzchnię ziemi jako pierwsze, dlatego są nazywane primary waves lub w skrócie fale P". Fale poprzeczne (ang. secondary, shear, shake) są wynikiem przenoszenia się zmian postaci (kształtu) cząsteczek ośrodka, a ich ruch odbywa się w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się drgań. Fale poprzeczne rozchodzą się wyłącznie w ciałach stałych.

5 Prędkość ich propagacji jest mniejsza niż fal podłużnych, dlatego są nazywane secondary waves lub po prostu fale S". Fale powierzchniowe (ang. surface waves) w przeciwieństwie do fal przestrzennych rozchodzą się na granicy dwóch ośrodków, a szczególnie na powierzchni ziemi. Składają się one z dwóch rodzajów drgań fal Rayleigha i Love'a. Fale Rayleigha ich nazwa pochodzi od nazwiska Lorda Rayleigha (John William Strutt), który w 1885 roku na podstawie obliczeń matematycznych przewidział istnienie tego typu fal. Fale Rayleigha są typu grawitacyjnego, tzn. drgają tak, jak powierzchnia wody, gdy rzuci się na nią kamień. Ruch cząstek odbywa się po elipsie pionowej, ustawionej w kierunku biegu fali. Większość wstrząsów odczuwanych w trakcie trzęsienia ziemi jest wywołana falami Rayleigha. Fale Love a nazwane tak na część brytyjskiego matematyka A.E.H. Love a, który w 1911 roku opracował matematyczny model tego rodzaju fal. Fale Love a polegają na drganiach poziomych a prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali. Mimo że przemieszczają się stosunkowo wolno, są bardzo destruktywne. To właśnie one są odpowiedzialne za większość zniszczeń na obszarze dotkniętym trzęsieniem ziemi.

6 2. Wielkość trzęsień ziemi Wielkość trzęsienia ziemi określa magnituda (ang. magnitude, wielkość). Najbardziej znaną, i do niedawna najpowszechniej stososwaną, była opracowana w roku 1935 skala Richtera. Była ona, podobnie jak wiele innych, oparta na pomiarze amplitudy określonego typu fali sejsmicznej zarejestrowanej przez sejsmograf, np. na podstawie amplitudy objętościowej fali P (magnituda m), lub na podstawie amplitudy powierzchniowych fal Love a (magnituda ML). Skala magnitudy jest skalą logarytmiczną, co oznacza, że wzrostowi magnitudy o jednostkę odpowiada 10-cio krotny wzrost amplitudy fali. Amplituda pojedyńczej fali nie odzwierciedla jednak w pełni rzeczywistej wielkości trzęsienia ziemi. O wiele dokładniej wielkość trzęsienia ziemi można określić na podstawie momentu sejsmicznego (magnituda Mw lub M), który obliczany jest dla całego obszaru płaszczyzny rozrywu. Różnice pomiędzy magnitudą m (lub ML) i M mogą być znaczne, szczególnie dla bardzo dużych dużych trzęsień ziemi. Trzęsienia o magnitudzie M<5 są zazwyczaj niegroźne, choć mogą być wyraźnie odczute. Trzęsienia o magnitudzie M=6-7 należą do silnych, a trzęsienia o magnitudzie M=7-8 do bardzo silnych, które mogą spowodować znaczne zniszczenia, szczególnie jeśli towarzyszą im osuwiska, pożary czy fale tsunami. Katastrofy sejsmiczne o magnitudzie M=9 i większe zdarzają się niezwykle rzadko, kilka razy na wiek, i powodują zazwyczaj ogromne zniszczenie. Trzęsieni w Kobe należało do tych silnych, które spowodowały ogromne zniszczenia i śmierć ponad 3 tysięcy ludzi. 3. Niebezpieczeństwo trzęsieni ziemi Trzęsienia ziemi naprawdę stanowią bezpośrednie zagrożenie dla osoby. Ludzie nie mogą być wstrząśnięci śmiercią przez trzęsienie ziemi. Niektóre filmy pokazują sceny z gruntem nagle się otwierają i ludzie wpadają w ogniste wgłębienia, ale to się nie zdarza w prawdziwym życiu.

7 Wpływ drgań gruntu Pierwszym głównym zagrożeniem trzęsieniem ziemi (niebezpieczeństwem) jest efekt drgania ziemi. Budynki mogą ulec zniszczeniu przez wstrząsanie lub ziemię pod nimi, osiadając na innym poziomie niż przed trzęsieniem ziemi (osłabienie). Budynki mogą nawet pogrążyć się w ziemi, jeśli wystąpi skroplenie gleby. Skropliną jest mieszanie piasku lub gleby i wody gruntowej (podziemia wodna) podczas trzęsienia umiarkowanego lub silnego trzęsienia ziemi. Kiedy woda i gleba są mieszane, ziemia staje się bardzo miękka i działa podobnie do piasku. Jeśli w budynku znajduje się skraplanie, może zacząć się pochylać, przewracać lub zatapiać kilka stóp. Przedsiębiorstwa gruntowe po raz kolejny po trzęsieniu ziemi przeszły i woda opadła w dół do swojego zwykłego miejsca głęboko w ziemi. Skroplenie jest zagrożeniem w obszarach, które mają wód podziemnych w pobliżu powierzchni i piaszczystej ziemi. Budynki mogą również zostać uszkodzone przez silne fale powierzchniowe, które powodują, że nawierzchnia i podniesienie ziemi. Wszelkie budynki na ścieżce tych fal powierzchni mogą opierać się lub przewrócić od całego ruchu. Trzęsienie ziemi może powodować osuwanie się ziemi, błota i lawiny na stromych wzgórzach lub górach, które mogą uszkodzić budynki i zranić ludzi. Pojemność podłoża Drugim głównym zagrożeniem trzęsieniem ziemi jest przemieszczenie gruntu (ruch naziemny) wzdłuż winy. Jeśli budowana jest budowa (budynek, droga, itp.). Uszkodzenie ziemi podczas trzęsienia ziemi może poważnie uszkodzić lub zerwać tę strukturę. Powódź Trzecie główne zagrożenie powodzi. Trzęsienie ziemi może pęknąć (przełamać) zapory lub zalewy wzdłuż rzeki. Woda z rzeki lub zbiornika mogłaby następnie zalać obszar, niszcząc budynki i może zamiatać lub utonąć. Tsunamis i seiches mogą powodować wiele szkód. Tsunami to, co większość ludzi nazywa falą pływową, ale to nie ma nic wspólnego z falami oceanu. Jest to ogromna fala spowodowana trzęsieniem ziemi pod oceanem. Tsunami mogą być dziesiątkami stóp, gdy uderzą w brzeg i mogą wyrządzić ogromne szkody na wybrzeżu. Seiches są jak małe tsunami. Występują one na jeziorach, które są trzęsione trzęsieniem ziemi i są zazwyczaj tylko kilka stóp wzrostu, ale mogą wciąż zalewać lub wybijać domy, a kończyć na drzewach. Ogień Czwartym głównym zagrożeniem trzęsieniem ziemi jest pożar. Te pożary mogą być uruchamiane przez złamane przewody gazowe i linie energetyczne, lub wyrzucane na drewno

8 lub piece na węgiel. Mogą być poważnym problemem, zwłaszcza, jeśli linie wodociągowe, które zasilają hydranty przeciwpożarowe również są zepsute. Na przykład, po wielkim trzęsieniu ziemi w San Francisco w 1906 r., Miasto paliło się przez trzy dni. Większość miasta została zniszczona, a osób zostało bezdomnych. Większość zagrożeń dla ludzi pochodzi z konstrukcji stworzonych przez człowieka i wstrząsów, które otrzymują z trzęsienia ziemi. Prawdziwe niebezpieczeństwa dla ludzi są rozbijane w zapadającym się budynku, zatapiając się w powodzi spowodowanej uszkodzoną zaporą lub wałem, pochowani pod osuwiskami lub spaleni w ogniu. 4. Wyzwanie trzęsieni ziemi Zagadnienia związane z zapobieganiem skutkom trzęsień ziemi są ściśle związane z inżynierią lądową, a w szczególności z mechaniką konstrukcji. Zapobieganie polega generalnie na odpowiednim projektowaniu konstrukcji obiektów budowlanych, tak aby były one zdolne wytrzymać wstrząsy (przyspieszenia) powstałe podczas trzęsień ziemi. Podstawowe założenia uwzględniane dla zapobieżenia skutkom trzęsień ziemi to: zrozumienie współdziałania sił przenoszonych wzajemnie pomiędzy obiektem budowlanym a podłożem w miejscu posadowienia; przewidywanie potencjalnych skutków trzęsień ziemi w obszarach zurbanizowanych; zaprojektowanie, wybudowanie oraz utrzymanie konstrukcji w zgodzie z wymaganiami normowymi odnoszącymi się do oceny szkodliwości drgań przekazywanych przez podłoże na budynki. Do najbardziej skutecznych narzędzi inżynierii antysejsmicznej należą technologie - kontroli wibracji, a w szczególności sejsmiczna izolacja. Budownictwo antysejsmiczne polega na takim konstruowaniu budowli, aby mogły one przetrwać skutki trzęsień ziemi bez nadmiernych uszkodzeń konstrukcji nośnej. Projektowanie takie polega na wykorzystaniu efektu bezwładności masy. Efekt ten można prześledzić na prostym modelu liniowym złożonym z dużej masy przymocowanej do miękkiej sprężyny, której drugi koniec poddany jest szybkim drganiom. Masa "nie nadąża" za tymi drganiami i wykonuje tylko niewielkie ruchy dokoła swojego stanu równowagi. Te niewielkie ruchy w praktyce powodują tylko uszkodzenia drgającej konstrukcji ale zazwyczaj nie powodują jej katastrofy.

9 Budynki niskie i średniowysokie mogą być chronione na trzy różne sposoby: 1. Sztywna konstrukcja budynku wsparta na fundamentach typu rolkowego albo śpoduszkowego utworzonego z warstw tłumiąco poślizgowych - w czasie trzęsienia ziemi drgania podłoża przenoszą się na budynek w ograniczonym stopniu; ostatnio stosowane są budynki "lewitujące" na specjalnych poduszkach powietrznych umieszczonych pomiędzy dwiema płytami fundamentowymi i uruchamianych przez system komputerowy, gdy czujniki wykażą przekroczenie dopuszczalnych wartości drgań. 2. Dolna kondygnacja ma "miękkie" słupy resorujące górne, sztywne kondygnacje; w czasie trzęsienia ziemi na obu końcach dolnych słupów (tam gdzie występuje największe zginanie) materiał ulega uplastycznieniu pochłaniając energię drgań i powodując niewielkie drgania wyższych kondygnacji. 3. Na wszystkich kondygnacjach konstrukcja budynku wyposażona jest w tłumiki, które zaczynają działać pochłaniając energię i zezwalając na niewielkie ruchy, gdy drgania budowli przekroczą pewien określony poziom. Budynki wysokie i bardzo wysokie charakteryzują się stosunkowo wiotką konstrukcją, która na trzęsienie ziemi odpowiada powstawaniem drgań giętnych jako wspornikowej całości. Ograniczenie tych drgań wymaga zastosowania dużej dodatkowej masy z układem tłumiącym, umieszczonej w górnej części budynku w charakterze wahadła. Przy tym rozwiązaniu ruchem wahadła steruje system komputerowy.

10 BIBLIOGRAFIA Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy