Marek Grad Instytut Geofizyki, Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski Wykład z cyklu "Fizyka we Współczesnym Świecie
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
Wielkie trzęsienia ziemi i katastrofy sejsmiczne 3
Kobe, 1995 4
Kobe, 1995 5
6
Meczet w Golcuk (ok. 100 km na wschód od Istambułu, 10 km od epicentrum) 7
Fale P S+pow 8
Istambuł, 10.05.1556. Kometa i trzęsienie ziemi (kolekcja Kozaka) 9
Izmit, Turcja, 1999 i historyczne trzęsienia ziemi 7.4 historyczne trzęsienia ziemi i ich magnituda zasięg deformacji powierzchniowych kierunki względnych przemieszczeń 10
GPS względne przemieszczenie wzdłuż uskoku Północnej Anatolii 11
San Francisco, 1906 (M=8.2) 12
San Francisco 1906 13
San Andreas http://kids.britannica.com/comptons/art-155883 14
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
Większa skala czasowa i przestrzenna: uskok San Andreas przesunięcia strumieni przemieszczenie: 1 cm/rok x 1 000 000 lat = 10 km 5 cm/rok x 1 000 000 lat = 50 km 2 cm/rok x 2 000 000 lat = 40 km 2 cm/rok x 4 000 000 lat = 80 km 16
Porównanie uskoków Północnej Anatolii i San Andreas podobne przemieszczenie, wiek, długość i liniowość 17
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
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
Zniszczenia w wyniku trzęsienia ziemi w Izmicie, Turcja, 1999. To nie trzęsienia zabijają ludzi to zawalające się budynki. 20
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
(a) Radarowa interferometria satelitarna służąca kartowaniu pola deformacji związanej z trzęsieniem Izmit 1999. 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
Concepción Mariott Hotel, Santiago Academia de Bellas Artes, Santiago, Chile 24
Trzęsienie ziemi w Nepalu, M=7.8 25 kwietnia 2015, godz. 06:11:26 UTC Region Lamjung, 77 km od Katmandu 28.147 N, 84.708 W, głębokość 15 km Mt.Everest 12 maja 2015, magnituda M=7.3 25
Rejestracje trzęsienia ziemi w Nepalu przez stacje w eksperymencie "13 BB star" M=7.9, 25.04.2015 P S fale powierzchniowe 0 10 20 30 40 50 60 czas od momentu trzęsienia [ min ] 26
Trzęsienie ziemi w Nepalu, 25.04.2015. Zniszczenia w Katmandu. 27
Trzęsienie ziemi w Nepalu, 25.04.2015 (przed i po). Zniszczenia w Katmandu (Maju Deval Temple - Durbar Square). 28
Trzęsienie ziemi w Nepalu, 25.04.2015 (przed i po). Zniszczenia w Katmandu (Dharahara Tower). 29
Trzęsienie ziemi w Nepalu, 25.04.2015. Budynki zniszczone w wyniku osuwiska i lawina pod Mt. Everestem. 30
TYBET NEPAL EPICENTRUM INDIE Trzęsienie ziemi w Nepalu, 25.04.2015 ( lokalizacja epicentrum 12.05.2015). 31
Prędkości płyt w obszarze granicy Indie Eurazja względem płyty euroazjatyckiej (wg Gan i in., 2007) na podstawie pomiarów GPS. 32
Mechanizm powstania Himalajów subdukcja płyty indyjskiej pod płytę euroazjatycką Kolizja typu kontynent-kontynent 33
Przemieszczanie się płyty indyjskiej w ciągu ostatnich 71 mln lat z prędkością 5-16 cm/rok. Kolizja z płytą euroazjatycką. 34
Mechanizm trzęsienia ziemi w Nepalu, 25.04.2015 uskok odwrócony... i jego wizualizacja 35
Trzęsienia ziemi we Włoszech 36
Trzęsienie 6 kwietnia 2009 01:32:39 UTC M=6,3 h=8,8 km Trzęsienie 7 kwietnia 2009 21:34:32 UTC M=4,6 h=5 km Sejsmiczność Włoch 1975-2006 ok. 35.000 trzęsień, max M=6.9 w 1980 roku l Aquila 37
... przed i po trzęsieniu 38
39
40
Centralne Włochy, trzęsienia ziemi 24.08.2016 wstrząs główny 1:36:32 UT, M=6.2 wstrząs następczy 2:33:29 UT, M=5.5 41
Zniszczenia w Amatrice 42
(zapis 1/2 godz.) 2016-08-24 01:36:32 42.71 N 13.22 E 4 6.2 CENTRAL ITALY 11.73 2016-08-24 01:39:20 (P) 43
(zapis 1/2 godz.) 2016-08-24 02:33:29 42.79 N 13.15 E 9 5.5 CENTRAL ITALY 11.67 2016-08-24 02:36:15 (P) 44
M=6.2 M=5.5 Centralne Włochy, 24.08.2016 (zapis 2 godz.) 45
Trzęsienia ziemi 2018 Fidżi i Hokkaido 46
2018.09.06 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
Zapisy całodzienne na stacjach polskiej sieci sejsmologicznej KWP, KSP, SUW, BEL. Sejsmografy BB. Składowa Z. KWP KSP SUW BEL
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
2018.09.05 Trzęsienie ziemi, Hokkaido Trzęsienie wystąpiło o godzinie 18:07 (UTC), o magnitudzie 6.7 w rejonoe północnej wyspy Hokkaido. Epicentrum: 42.671N, 141.933E, 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
Hokkaido, osuwiska po trzęsieniu ziemi
Hokkaido, osuwiska po trzęsieniu ziemi
Hokkaido, po trzęsieniu ziemi
Sejsmiczność Ziemi i Polski 54
Sejsmiczność Ziemi - epicentra ok. 29.000 trzęsień ziemi z lat 1961-1967 55
Sejsmiczność Ziemi - epicentra ok. 29.000 trzęsień ziemi z lat 1961-1967 Płyta Euroazjatycka Północno- Amerykańska Ar. Płyta Afrykańska Bi. Płyta Indyjsko-Australijska Płyta Pacyficzna Ko. Nazca Ka. Płd.- Amer. Antarktyczna Antarktyczna Scotia 56
Płytkie trzęsienia w grzbietach oceanicznych, głębokie w rowach 57
Subdukcja płyty oceanicznej pod oceaniczną 58
Największe trzęsienia ziemi w XX wieku 59
Sejsmiczność Polski (... i okolic) Epicentra wstrząsów sejsmicznych w latach 1483-1966 i stacje sejsmiczne Magnitudy M=2,6-5,6 (M=5,6 - Myślenice, 1786) 60
(M=4,6) 61
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 16.07.2018 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 15.07.2018 M2.9 z okolic Krynicy Zdrój na lokalnych stacjach. 62
Tsunami Lizbona 1755 63
64
Lizbona, 1.11.1755 (kolekcja Kozaka) 65
Erupcja i tsunami Krakatau 1883 66
Krakatau 1883 http://fohn.net/biggest-tsunami/biggest-tsunami-1.html Krakatau przed erupcją 67
xx to xx zniknęło... to powstało po erupcji Krakatau 1883 68
Tsunami Sumatra 2004 69
Tsunami Sumatra 26.12.2004 Termin tsunami pochodzi z języka japońskiego i oznacza "falę portową" "port" (tsu) i "fala" (nami). 70
Skutki tsunami 26.12.2004 Po tsunami Przed tsunami 71
Przed 72
po 73
Banda Aceh, Indonezja Przed tsunami (23.06.2004) Po tsunami (28.12.2004) http://www.globexplorer.com/disasterimages 74
Sumatra 2004 trzęsienie ziemi źródło tsunami 75
V tsunami = (gh) 1/2 76
Tsunami, Sumatra, 26.12.2004 Tsunami Animation: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Japan http://staff.aist.go.jp/kenji.satake/sumatra-e.html 77
prędkość fali tsunami c g c f (gh) ½ 78
Sumatra 2004 wstrząs główny i wstrząsy następcze 79
Sejsmiczność Indonezji 1990-2000 Źródło tsunami 26.12.2004 trzęsienie ziemi M=9,3 uskok długości ok. 1200 km głębokość ok. 10 km prędkość rozrywu ok. 2,5 km/s 80
81
Sumatra, 26.12.2004 i wstrząsy następcze N 300 1 miesiąc, ok. 250 z M>5.0 200 26.01.2005 100 1 dzień, ok. 100 wstrząsów o magnitudzie M>5.0!! 0 0 10 20 30 Czas od wstrząsu głównego (dni) Lokalizacja wstrząsów następczych Skumulowana liczba N wstrząsów następczych o magnitudzie M>5.0 po wstrząsie głównym 26.12.2004 82
83
stacja FURI, Δ 58 0, az 278 0 Sumatra 26.12.2004 M=9,3 Sumatra 28.03.2005 M=8,7 84
Trzęsienie ziemi i tsunami Japonia 2011 85
M=9.0 Tohoku earthquake and tsunami, 11 March 2011 86
M=9.0 Tohoku earthquake and tsunami 11 March 2011 trzęsienie pożary tsunami 87
M=9.0 Tohoku earthquake and tsunami, 11 March 2011 88
wstrząs główny 180 s M=9.0 Tohoku earthquake 11 March 2011 89
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 2011 90
z ostatniej chwili M 7.5 78 km N of Palu, Indonesia 2018-09-28 10:02:43 UTC 0.178 S 119.840 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
M 7.5 78 km N of Palu, Indonesia 2018-09-28 10:02:43 UTC 0.178 S 119.840 E 10.0 km depth Zapis całodzienny na stanowisku w Borowej Górze koło Zegrza. Sejsmograf BB. Składowa Z. Zniszczenia w Palu 92
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
Czy zagrażają nam trzęsienia ziemi i tsunami w przyszłości? 94
Płyty litosferyczne i ich współczesny ruch strefy kolizji potencjalne miejsca wystąpienia silnych trzęsień ziemi na oceanie potencjalne miejsca wystąpienia fal tsunami 95
Koniec za tydzień: "Dryfujące kontynenty" San Andreas 96
Podstawowe źródła B.A.Bolt, Earthquakes, 1999 Tsunami Research at the End of a Critical Decade, Kluwer, 2001 http://staff.aist.go.jp/kenji.satake/sumatra-e.html E.J.Tarbuck, F.K.Lutgens, Earth Science, 1988 H.V.Thurman, Introductory Oceanography, 1988 P.Wiejacz, W.Dębski, AGP, 2004 http://wwwseis.igf.edu.pl A.Guterch i in., Tectonophysics, 1999 A.Guterch i in., Prz. Geol., 2004 http://www.neic.usgs kolekcja Kozaka 97