Trzęsienia ziemi i tsunami

Transkrypt

1 Marek Grad Instytut Geofizyki, Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski Wykład z cyklu "Fizyka we Współczesnym Świecie

2 Wielkie trzęsienia ziemi i katastrofy sejsmiczne Sejsmiczność Ziemi i Polski Tsunami: Lizbona 1755 Erupcja i tsunami: Krakatau 1883 Tsunami: Sumatra 2004 Sumatra 2004: wstrząs główny i wstrząsy następcze Trzęsienie ziemi źródło fal tsunami Trzęsienie i tsunami: Japonia 2011 Czy zagrażają nam trzęsienia ziemi i tsunami w przyszłości? 2

3 Wielkie trzęsienia ziemi i katastrofy sejsmiczne 3

4 Kobe,

5 Kobe,

6 6

7 Meczet w Golcuk (ok. 100 km na wschód od Istambułu, 10 km od epicentrum) 7

8 Fale P S+pow 8

9 Istambuł, Kometa i trzęsienie ziemi (kolekcja Kozaka) 9

10 Izmit, Turcja, 1999 i historyczne trzęsienia ziemi 7.4 historyczne trzęsienia ziemi i ich magnituda zasięg deformacji powierzchniowych kierunki względnych przemieszczeń 10

11 GPS względne przemieszczenie wzdłuż uskoku Północnej Anatolii 11

12 San Francisco, 1906 (M=8.2) 12

13 San Francisco

14 San Andreas 14

15 Obraz lidarowy (LIDAR Light Detection and Ranging) rozłamu San Andreas w Wallace Creek, Kalifornia. Widoczne są prawoskrętne przemieszczenia koryt rzecznych. Linie konturów co 5 stóp (ok. 1.5 m). 15

16 Większa skala czasowa i przestrzenna: uskok San Andreas przesunięcia strumieni przemieszczenie: 1 cm/rok x lat = 10 km 5 cm/rok x lat = 50 km 2 cm/rok x lat = 40 km 2 cm/rok x lat = 80 km 16

17 Porównanie uskoków Północnej Anatolii i San Andreas podobne przemieszczenie, wiek, długość i liniowość 17

18 linię AA' malujemy przed naprężeniem, linię BB' malujemy tuż przed trzęsieniem Schemat Reid'a opublikowany po trzęsieniu ziemi w San Francisco 1906 model odskoku (elastic rebound model). (a) Mapa z hipotetycznym rozłamem po poprzednim trzęsieniu. Linię AA' malujemy przed naprężeniem, na początku cyklu. (b) Ten sam obszar 200 lat później linia AA' wykrzywia się, a linię BB' malujemy tuż przed trzęsieniem. (c) 40 s po trzęsieniu. Linia AA' wraca do prostoliniowej, ale pękniętej i przemieszczonej o 5 m. Linia BB' która była prosta tuż przed pęknięciem jest teraz wygięta z przemieszczeniem 5 m na uskoku. Czas i przemieszczenie odpowiada również takim trzęsieniom jak np. Izmit (1999). 18

19 Monitorowanie cyklu trzęsienia ziemi za pomocą interferometrii satelitarnej Powierzchniowe pęknięcie/zerwanie (rupture) powstałe w wyniku trzęsienia Izmit 1999 (Wright, 2002). (a) Nowo wybudowane budynki mieszkalne dokładnie na uskoku północnej Anatolii (North Anatolian Fault), na szczęście jeszcze nie zamieszkane. Linie przerywane ze strzałkami pokazują linię uskoku a duża strzałka 4 metrowe przemieszczenie muru. (b) Przemieszczenie powstałe w wyniku trzęsienia na trasie kolejowej Istambuł Ankara (Istanbul Technical University). 19

20 Zniszczenia w wyniku trzęsienia ziemi w Izmicie, Turcja, To nie trzęsienia zabijają ludzi to zawalające się budynki. 20

21 Interferometria satelitarna Rysunek jest ideowy w rzeczywistości orbita ma 780 km wysokości, a wykorzystywana długość fali wynosi 5,6 cm. Schemat interferometrii satelitarnej. (a) Dwa satelity obrazują ten sam punkt na powierzchni w różnym czasie i z różnych pozycjach, pozwalających zarejestrować przemieszczenie fazowe sygnału. (b) Punkt powierzchni gruntu obrazowany z tej samej pozycji w przestrzeni okołoziemskiej, przed i po trzęsieniu. Zmiana fazy przeliczana jest bezpośrednio na deformacje powierzchni (w kierunku na satelitę). 21

22 (a) Radarowa interferometria satelitarna służąca kartowaniu pola deformacji związanej z trzęsieniem Izmit Uskok pokazuje cienka czerwona linia. Każda zmiana koloru odpowiada 28 milimetrom przemieszczenia (w kierunku na satelitę kierunek przelotu satelity pokazuje czerwona strzałka). (b) Przemieszczenie wzdłuż profilu AA' z charakterystycznym odskokiem. Linia czerwona obserwowana, czarna syntetyczna. 22

23 23

24 Concepción Mariott Hotel, Santiago Academia de Bellas Artes, Santiago, Chile 24

25 Trzęsienie ziemi w Nepalu, M= kwietnia 2015, godz. 06:11:26 UTC Region Lamjung, 77 km od Katmandu N, W, głębokość 15 km Mt.Everest 12 maja 2015, magnituda M=7.3 25

26 Rejestracje trzęsienia ziemi w Nepalu przez stacje w eksperymencie "13 BB star" M=7.9, P S fale powierzchniowe czas od momentu trzęsienia [ min ] 26

27 Trzęsienie ziemi w Nepalu, Zniszczenia w Katmandu. 27

28 Trzęsienie ziemi w Nepalu, (przed i po). Zniszczenia w Katmandu (Maju Deval Temple - Durbar Square). 28

29 Trzęsienie ziemi w Nepalu, (przed i po). Zniszczenia w Katmandu (Dharahara Tower). 29

30 Trzęsienie ziemi w Nepalu, Budynki zniszczone w wyniku osuwiska i lawina pod Mt. Everestem. 30

31 TYBET NEPAL EPICENTRUM INDIE Trzęsienie ziemi w Nepalu, ( lokalizacja epicentrum ). 31

32 Prędkości płyt w obszarze granicy Indie Eurazja względem płyty euroazjatyckiej (wg Gan i in., 2007) na podstawie pomiarów GPS. 32

33 Mechanizm powstania Himalajów subdukcja płyty indyjskiej pod płytę euroazjatycką Kolizja typu kontynent-kontynent 33

34 Przemieszczanie się płyty indyjskiej w ciągu ostatnich 71 mln lat z prędkością 5-16 cm/rok. Kolizja z płytą euroazjatycką. 34

35 Mechanizm trzęsienia ziemi w Nepalu, uskok odwrócony... i jego wizualizacja 35

36 Trzęsienia ziemi we Włoszech 36

37 Trzęsienie 6 kwietnia :32:39 UTC M=6,3 h=8,8 km Trzęsienie 7 kwietnia :34:32 UTC M=4,6 h=5 km Sejsmiczność Włoch ok trzęsień, max M=6.9 w 1980 roku l Aquila 37

38 ... przed i po trzęsieniu 38

39 39

40 40

41 Centralne Włochy, trzęsienia ziemi wstrząs główny 1:36:32 UT, M=6.2 wstrząs następczy 2:33:29 UT, M=5.5 41

42 Zniszczenia w Amatrice 42

43 (zapis 1/2 godz.) :36: N E CENTRAL ITALY :39:20 (P) 43

44 (zapis 1/2 godz.) :33: N E CENTRAL ITALY :36:15 (P) 44

45 M=6.2 M=5.5 Centralne Włochy, (zapis 2 godz.) 45

46 Trzęsienia ziemi 2018 Fidżi i Hokkaido 46

47 Trzęsienie ziemi, Fidżi Trzęsienie o magnitudzie 7,8 wystąpiło o godzinie 15:49:15.6 (UTC), na głębokości 627 km (bardzo głębokie!). Zapis całodzienny na stanowisku w Borowej Górze koło Zegrza. Sejsmograf BB. Składowa Z. Fidżi epicentrum

48 Zapisy całodzienne na stacjach polskiej sieci sejsmologicznej KWP, KSP, SUW, BEL. Sejsmografy BB. Składowa Z. KWP KSP SUW BEL

49 Zapisy na stacjach polskiej sieci sejsmologicznej. Sejsmografy BB. Składowa Z. HSPB PHL SUW GKP BEL KSP OJC KWP NIE 15:20 15:40 16:00 16:20 16:40 17:00

50 Trzęsienie ziemi, Hokkaido Trzęsienie wystąpiło o godzinie 18:07 (UTC), o magnitudzie 6.7 w rejonoe północnej wyspy Hokkaido. Epicentrum: N, E, głębokość 33 km. Według Japan Meteorological Agency trzęsienie nie wywołało fal tsunami. Silne wstrząsy następcze (aftershocks) mogą wystąpić w ciągu tygodnia. Zapisy całodzienne na stanowisku w Borowej Górze koło Zegrza. Sejsmograf BB. Składowe Z, N, E składowa Z

51 Hokkaido, osuwiska po trzęsieniu ziemi

52 Hokkaido, osuwiska po trzęsieniu ziemi

53 Hokkaido, po trzęsieniu ziemi

54 Sejsmiczność Ziemi i Polski 54

55 Sejsmiczność Ziemi - epicentra ok trzęsień ziemi z lat

56 Sejsmiczność Ziemi - epicentra ok trzęsień ziemi z lat Płyta Euroazjatycka Północno- Amerykańska Ar. Płyta Afrykańska Bi. Płyta Indyjsko-Australijska Płyta Pacyficzna Ko. Nazca Ka. Płd.- Amer. Antarktyczna Antarktyczna Scotia 56

57 Płytkie trzęsienia w grzbietach oceanicznych, głębokie w rowach 57

58 Subdukcja płyty oceanicznej pod oceaniczną 58

59 Największe trzęsienia ziemi w XX wieku 59

60 Sejsmiczność Polski (... i okolic) Epicentra wstrząsów sejsmicznych w latach i stacje sejsmiczne Magnitudy M=2,6-5,6 (M=5,6 - Myślenice, 1786) 60

61 (M=4,6) 61

62 Dwa wstrząsy w okolicach Krynicy Zdrój. W nocy z 15 na 16 lipca 2018 wystąpiły dwa wstrząsy w rejonie Krynicy Zdrój. Pierwszy o magnitudzie M2.9 wystąpił o 21:19 UTC (23:19 czasu lokalnego), drugi o magnitudzie M2.7 wystąpił o godzinie 1:54 UTC (3:54 czasu lokalnego). Oba zjawiska zarejestrowane zostały przez Polskie Stacje Sejsmologiczne w Ojcowie oraz Niedzicy i przez stacje lokalnych sieci sejsmologicznych IGF PAN. Lokalizacja wstrząsów z 15 lipca 2018 o M2.9 i 16 lipca 2018 o M2.7 Zapis wstrząsu z M2.9 z okolic Krynicy Zdrój na lokalnych stacjach. 62

63 Tsunami Lizbona

64 64

65 Lizbona, (kolekcja Kozaka) 65

66 Erupcja i tsunami Krakatau

67 Krakatau Krakatau przed erupcją 67

68 xx to xx zniknęło... to powstało po erupcji Krakatau

69 Tsunami Sumatra

70 Tsunami Sumatra Termin tsunami pochodzi z języka japońskiego i oznacza "falę portową" "port" (tsu) i "fala" (nami). 70

71 Skutki tsunami Po tsunami Przed tsunami 71

72 Przed 72

73 po 73

74 Banda Aceh, Indonezja Przed tsunami ( ) Po tsunami ( ) 74

75 Sumatra 2004 trzęsienie ziemi źródło tsunami 75

76 V tsunami = (gh) 1/2 76

77 Tsunami, Sumatra, Tsunami Animation: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Japan 77

78 prędkość fali tsunami c g c f (gh) ½ 78

79 Sumatra 2004 wstrząs główny i wstrząsy następcze 79

80 Sejsmiczność Indonezji Źródło tsunami trzęsienie ziemi M=9,3 uskok długości ok km głębokość ok. 10 km prędkość rozrywu ok. 2,5 km/s 80

81 81

82 Sumatra, i wstrząsy następcze N miesiąc, ok. 250 z M> dzień, ok. 100 wstrząsów o magnitudzie M>5.0!! Czas od wstrząsu głównego (dni) Lokalizacja wstrząsów następczych Skumulowana liczba N wstrząsów następczych o magnitudzie M>5.0 po wstrząsie głównym

83 83

84 stacja FURI, Δ 58 0, az Sumatra M=9,3 Sumatra M=8,7 84

85 Trzęsienie ziemi i tsunami Japonia

86 M=9.0 Tohoku earthquake and tsunami, 11 March

87 M=9.0 Tohoku earthquake and tsunami 11 March 2011 trzęsienie pożary tsunami 87

88 M=9.0 Tohoku earthquake and tsunami, 11 March

89 wstrząs główny 180 s M=9.0 Tohoku earthquake 11 March

90 Rysunek przedstawia przemieszczenia na powierzchni uskoku (maksymalna wartość to 18 m). N S S N płaszczyzna uskoku z przecięciem powierzchni na czerwono słabo na początku w obie strony i do góry!! najsilniej ok. 80 s osłabienie i znowu mocno max slip na 37 o N Tohoku, 11 marca

91 z ostatniej chwili M km N of Palu, Indonesia :02:43 UTC S E 10.0 km depth Indonesia earthquake kills hundreds as quake triggers 20-foot-high tsunami waves A powerful earthquake rocked the Indonesian island of Sulawesi, triggering a 10-foot-tall tsunami that an official said swept away houses in at least two cities Palu and smaller city of Donggala. Borowa Góra k/zegrza 91

92 M km N of Palu, Indonesia :02:43 UTC S E 10.0 km depth Zapis całodzienny na stanowisku w Borowej Górze koło Zegrza. Sejsmograf BB. Składowa Z. Zniszczenia w Palu 92

93 Palu Sulawesi Celebes Zniszczenia po trzęsieniu ziemi i tsunami. Palu na wyspie Sulawesi (Celebes). Obszar zniszczenia po trzęsieniu ziemi i tsunami. Zatoka i miasto Palu na wyspie Sulawesi. 93

94 Czy zagrażają nam trzęsienia ziemi i tsunami w przyszłości? 94

95 Płyty litosferyczne i ich współczesny ruch strefy kolizji potencjalne miejsca wystąpienia silnych trzęsień ziemi na oceanie potencjalne miejsca wystąpienia fal tsunami 95

96 Koniec za tydzień: "Dryfujące kontynenty" San Andreas 96

97 Podstawowe źródła B.A.Bolt, Earthquakes, 1999 Tsunami Research at the End of a Critical Decade, Kluwer, E.J.Tarbuck, F.K.Lutgens, Earth Science, 1988 H.V.Thurman, Introductory Oceanography, 1988 P.Wiejacz, W.Dębski, AGP, A.Guterch i in., Tectonophysics, 1999 A.Guterch i in., Prz. Geol., kolekcja Kozaka 97