VENTURA
1994
SIMI VALLEY
Magnituda 6.0
1994
W Los Angeles i okolicy, w obrbie
Magnituda 6.7
skomplikowanej sieci aktywnych
sejsmicznie uskoków (bia"e linie),
Żyje 13 mln ludzi. Jednym z tych
BURBANK
uskoków jest s"ynny uskok San Andreas.
WZGÓRZE HOLLYWOOD
Niektórzy naukowcy sądzą obecnie,
SANTA MONICA
Że kaŻde z wielkich trzsieł ziemi,
które zdarzy"y si w tym rejonie PA
od po"owy XIX wieku, wp"ywa"o
CENTRUM
prawdopodobnie na lokalizacj
i czas wystąpienia nastpnych.
COMPTON
LONG BEACH
Sejsmiczne
Sejsmiczne
szepty i krzyki
szepty i
krzyki
Wielkie trzsienia ziemi mogą na siebie
oddzia"ywa w sposób,
którego wczeĘniej nie podejrzewano. To zaskakujące odkrycie
rodzi nadziej na skuteczniejsze przewidywanie kataklizmów
Ross S. Stein
SIERRA NEVADA
USKOK SAN ANDREAS
PUSTYNIA MOJAVE
BAZA LOTNICZA EDWARDS
1971
Magnituda 6.6
SAN GABRIEL MOUNTAINS
USKOK SAN ANDREAS
SADENA
LOS ANGELES
1987
Magnituda 6.0
e
e i c c
O d i s i l i sejsmolodzy marzą
d z o
sposób, którego nikt wczeĘniej nie podejrzewa",
o moŻliwoĘci trafnego przewidywania miejsca i czasu kolej-
zaczyna podwaŻa ten dominujący pogląd.
nego katastrofalnego trzsienia ziemi. Jednak aŻ do po-
Nowa hipoteza potwierdza, Że silne wstrząsy
czątku lat dziewidziesiątych zachowanie aktywnych sej-
likwidują czĘciowo naprŻenia w niektórych ob-
smicznie uskoków generujących trzsienia ziemi
szarach, zmniejszając prawdopodobiełstwo wystą-
wydawa"o si tak skomplikowane, Że naukowcy zmu-
pienia w nich wielkiego trzsienia. JednoczeĘnie
szeni byli przyzna, Że najwiksze wstrząsy na naszej
jednak prawdopodobiełstwo wystąpienia kolejnych
planecie są zjawiskami izolowanymi, przypadkowymi
wstrząsów w obszarach po"oŻonych w innych miej-
i nieprzewidywalnymi. WikszoĘ sejsmologów za-
scach wzd"uŻ uskoku i jego bezpoĘrednim sąsiedztwie
k"ada obecnie, Że kiedy silne trzsienie ziemi wraz z
wzrasta nawet trzykrotnie. Dla s"uŻb ratunkowych i dla
nastpującymi wstrząsami wtórnymi dokona juŻ
agencji ubezpieczeniowych szacujących wysokoĘ sta-
swojego niszczycielskiego dzie"a, uskok pozostaje
wek róŻnica ta moŻe by niezwykle istotna.
spokojny, dopóki naprŻenia si nie odbudują, co
Trzonem hipotezy nazwanej wyzwalaniem naprŻeł (stress
trwa zwykle setki lub tysiące lat. Niedawne od-
triggering) jest konstatacja, Że uskoki są nadzwyczaj wraŻli-
krycie, Że trzsienia ziemi wp"ywają na siebie w
we na delikatne zmiany naprŻeł, spowodowane przesuni-
MARZEC 2003 WIAT NAUKI 79
ciami na sąsiednich uskokach. Na podstawie opisów prze- 1894 roku przez japołskiego sejsmologa, Fusakuichiego Omo-
sz"ych trzsieł ziemi i najnowszych obliczeł, dotyczących riego, które póęniej pos"uŻy"y do sformu"owania prawa Omo-
zachowania si uskoków, doszed"em wraz ze wspó"pracowni- riego , ich rozk"adem czasowym rządzi typowy schemat. Wy-
kami do wniosku, Że naprŻenia uwalniane w czasie trzsie- stąpienie wstrząsów wtórnych jest najbardziej prawdopodobne
nia ziemi nie znikają tak po prostu, ale przemieszczają wzd"uŻ tuŻ po g"ównym trzsieniu ziemi. 10 dni póęniej prawdopo-
uskoku i koncentrują w jego pobliŻu. Ten wzrost naprŻeł dobiełstwo ich wystąpienia zmniejsza si do 10% wielkoĘci
prowokuje kolejne wstrząsy. Od 1992 roku przebadaliĘmy po- początkowej, sto dni póęniej do 1% itd. Te przewidywalne
nad 20 uskoków, co utwierdzi"o wielu z nas w przekonaniu, zmiany aktywnoĘci sejsmicznej oznaczają, Że wstrząsy począt-
Że trzsienie ziemi moŻe zosta wywo"ane przez wzrost napr- kowe modyfikują skorup ziemską w sposób, który powoduje
Żeł o wartoĘ tak ma"ą jak jedna ósma ciĘnienia potrzebne- wzrost prawdopodobiełstwa pojawienia si kolejnych wstrzą-
go do napompowania opony samochodowej. sów, co jest sprzeczne z teorią g"oszącą, Że trzsienia ziemi
Istnienia tak subtelnych relacji przyczyny i skutku pomi- rozk"adają si w czasie w sposób przypadkowy. PoniewaŻ jed-
dzy duŻymi trzsieniami nigdy do tej pory nie brano pod uwa- nak wstrząsy wtórne są zwykle s"absze od znacznie bardziej
g i nie uwzgldniano przy prognozowaniu wstrząsów, stąd niszczycielskich wstrząsów g"ównych, które naukowcy chcie-
wielu naukowców odczuwa zrozumia"e opory przed zaak- liby przewidywa, przez d"ugi czas nie postrzegali ich jako
ceptowaniem nowego podejĘcia do prognozowania trzsieł. klucza do rozwiązania problemu aktywnoĘci sejsmicznej.
Niemniej jednak hipoteza wyzwalania naprŻeł staje si co- JeĘli wstrząsy wtórne potraktujemy jako odrbny przypa-
raz wiarygodniejsza, poniewaŻ moŻna dziki niej wyjaĘni dek, pozosta"e trzsienia rzeczywiĘcie wydają si przynaj-
lokalizacj i czstoĘ wystpowania trzsieł ziemi, które na- mniej na pierwszy rzut oka przypadkowe. Jednak dlaczego ma-
stąpi"y po kilku niszczycielskich wstrząsach w Kalifornii, Ja- my ignorowa najbardziej przewidywalne wstrząsy, aby
ponii i Turcji. Nadzieja na trafniejsze prognozowanie takich udowodni sobie, Że pozosta"e wystpują bez Żadnego porząd-
katastrof jest g"ówną motywacją w naszych poszukiwaniach ku? Wraz ze swoimi wspó"pracownikami postanowi"em wy-
interpretacji tych nieoczekiwanych relacji pomidzy trzsie- tropi, co sprawia, Że wstrząsy wtórne są tak regularne. Po-
niami ziemi. szukiwania rozpoczliĘmy w jednym z najbardziej aktywnych
sejsmicznie regionów kuli ziemskiej w strefie uskokowej San
Ignorowane wstrząsy wtórne Andreas w po"udniowej Kalifornii. Z miejscowych zapisów
PRZECIWSTAWIENIE SIó niemal powszechnie obowiązującej teo- trzsieł ziemi i towarzyszących im wstrząsów wtórnych wy-
rii o losowym wystpowaniu duŻych trzsieł ziemi by"o wy- wnioskowaliĘmy, Że w nastpnym dniu po wstrząsie o magni-
zwaniem szczególnie, jeĘli wzią pod uwag fakt, Że od blisko tudzie 7.3 prawdopodobiełstwo wystąpienia kolejnych silnych
30 lat setki naukowców na próŻno szuka"y przewidywalnych wstrząsów w promieniu 100 km wynosi prawie 67% 20 tys.
schematów globalnej aktywnoĘci sejsmicznej. Niektórzy bada- razy wicej niŻ kaŻdego innego dnia. CoĘ związanego z wstrzą-
li zmiany intensywnoĘci s"abych wstrząsów lub za pomocą czu- sem pierwotnym podnosi wic drastycznie prawdopodobieł-
"ych instrumentów mierzyli niezauwaŻalne go"ym okiem stwo wystąpienia wstrząsów wtórnych, pytanie tylko: co?
deformacje skorupy ziemskiej. Inni Ęledzili podziemne ruchy ga- Ten znaczny wzrost prawdopodobiełstwa wyjaĘnia, dla-
zów, cieczy i przep"yw energii elektromagnetycznej lub obser- czego nikt nie by" początkowo zaskoczony, gdy w czerwcu
wowali drobne pknicia w ska"ach, aby stwierdzi, czy otwie- 1992 roku trzsienie ziemi o magnitudzie 6.5 nawiedzi"o oko-
rają si, czy teŻ zamykają przed duŻymi trzsieniami ziemi. lice miasta Big Bear w po"udniowej Kalifornii zaledwie w
Bez wzgldu na przedmiot swoich badał nie dostrzegli związ- trzy godziny po wstrząsach o magnitudzie 7.3, które wystąpi-
ku pomidzy kolejnymi wielkimi trzsieniami. "y 40 km dalej, w pobliŻu miasta Landers. (Na szczĘcie oba
Pomimo braku dowodów takiej wspó"zaleŻnoĘci historycz- trzsienia wystąpi"y na s"abo zaludnionej pustyni, pozosta-
ne przekazy potwierdzają, Że blisko jedna trzecia zarejestro- wiając Los Angeles nietknite.) Zagadkową sprzecznoĘcią w
wanych Ęwiatowych wstrząsów wtórnych jest zgrupowana w stosunku do powszechnie obowiązującego kanonu wiedzy by"
czasie i przestrzeni. UwaŻa si, Że wszystkie prawdziwe wstrzą- fakt, Że wstrząsy w Big Bear wystąpi"y w czĘci uskoku, któ-
sy wtórne wystpują w terenie związanym z segmentem usko- ry nie przesuną" si w czasie wstrząsów w Landers. Charak-
ku, który przesuną" si podczas g"ównych wstrząsów. Zgod- terystyka wstrząsów w Big Bear zgadza"a si z profilem
nie z obserwacjami, przeprowadzonymi po raz pierwszy w wstrząsów wtórnych pod wzgldem czasu, lecz nie lokaliza-
cji. PodejrzewaliĘmy, Że to tajemnicze umiejscowienie moŻe
by kluczem, którego szukamy.
Przegląd / Prognozowanie wstrząsów Po naniesieniu na mapy miejsc trzsieł ziemi w Landers,
Big Bear i setek innych w Kalifornii zaczliĘmy dostrzega
n
Do niedawna sądzono, Że pojedyncze wielkie trzsienie ziemi
wyraęny wzór rozmieszczenia nie tylko typowych wstrząsów
nie wywiera wp"ywu na termin i lokalizacj nastpnego wielkiego
wtórnych, lecz równieŻ innych s"abszych trzsieł, które na-
trzsienia, lecz zaskakujące nowe odkrycia podwaŻają ten pogląd.
n
Okazuje si, Że uskoki wywo"ujące trzsienia ziemi są niezwykle stpowa"y po kilku dniach, tygodniach, a nawet latach od
wraŻliwe na subtelne zmiany naprŻeł, powstających w czasie
g"ównych wstrząsów. Tak jak w przypadku enigmatycznego
wstrząsów w sąsiednich strefach uskokowych.
trzsienia w Big Bear ogromna wikszoĘ tych wstrząsów
n
Obszary, w których naprŻenia w skorupie ziemskiej wzrosną
nastpczych wydawa"a si grupowa si w obszarach odle-
nawet minimalnie są bardziej od innych naraŻone
g"ych od uskoku, w obrbie którego nastąpi"o przesunicie, a
na wystąpienie trzsienia ziemi.
zatem daleko od miejsc, w których moŻna by si spodziewa
n
JeĘli ta hipoteza okaŻe si prawdziwa, znacznie wzroĘnie
ich wystąpienia [ramka na stronie 84]. JeĘli uda"oby si nam
moŻliwoĘ oceny zagroŻenia trzsieniem ziemi.
okreĘli, co powodowa"o powstanie tego wzoru, niewyklu-
80 WIAT NAUKI MARZEC 2003
ROBERT E. CRIPPEN
Jet Propulsion Laboratory
(
poprzednie strony
)
ODPRóANIE
WYZWALANIE naprŻeł, które powoli narastają, w miar jak Ęcierają si
Morze Czarne
50 km
p"yty tektoniczne, wyznacza cykle wszystkich wielkich trzsieł ziemi. Wzd"uŻ
POT
uskoku w Anatolii Pó"nocnej w Turcji (bia"a linia) obszar na pó"noc od uskoku
przemieszcza si w kierunku wschodnim wzgldem obszaru na po"udniu (Żó"te strza"ki),
Istambu"
ale blokuje si wzd"uŻ uskoku. Kiedy naprŻenia pokonają w kołcu tarcie, ska"y
Dzce
Izmit
po obu jego stronach gwa"townie si wzgldem siebie przesuną. Katastrofalne
USKOK
w skutkach zjawisko tego typu nastąpi"o 17 sierpnia 1999 roku, kiedy trzsienie ziemi
o magnitudzie 7.4 zabi"o 25 tys. ludzi w mieĘcie Izmit i w jego pobliŻu. Obliczenia
naprŻeł wykonane przed trzsieniem w Izmit i po nim (poniŻej) ujawni"y,
Że po trzsieniu tzw. naprŻenia Coulomba zmniejszy"y si wzd"uŻ segmentu uskoku,
który si przesuną", wzros"y jednak w innych obszarach.
P"ot
Zdeformowany
pknity
p"ot
i przesunity
0 0
NaprŻenia
Przesunity
wzd"uŻ
segment
uskoku
uskoku
NaprŻenia Coulomba (w barach)
Spadek Wzrost
3 0 3
PRZED TRZóSIENIEM PO TRZóSIENIU
W ciągu 200 lat od czasu ostatniego duŻego trzsienia segment Trzsienie ziemi uwalnia naprŻenia (niebieski) wzd"uŻ segmentu
uskoku w Anatolii Pó"nocnej w pobliŻu miasta Izmit skumulowa" uskoku, który si przesuną". WczeĘniejszy zdeformowany
znaczne naprŻenia (czerwony). WyobraŻone zdeformowane p"ot pka i zostaje przesunity o kilka metrów na uskoku,
p"ot i siatka naniesiona na ten obszar ilustrują te a kwadraty najbliŻsze uskoku powracają do swojego
ogromne naprŻenia. Kwadratowe oczka siatki wzd"uŻ uskoku pierwotnego kszta"tu. Najwiksze naprŻenia koncentrują si
są rozciągnite w romby (deformacja jest w rzeczywistoĘci 15 tys. teraz na zewnątrz kołców pknitego segmentu uskoku,
razy mniejsza), a najwiksza zmiana ich kszta"tu, odpowiadająca w miejscu gdzie kwadraty siatki są bardziej skrcone
najwikszym naprŻeniom, wystpuje najbliŻej uskoku. niŻ przed trzsieniem.
czone, Że ta sama prawid"owoĘ obowiązywa"aby równieŻ w przesuwają si raptownie wzgldem siebie, wyzwalając ol-
przypadku wstrząsów g"ównych. A jeĘliby si to okaza"o praw- brzymią energi w postaci trzsienia ziemi. Oba sk"adniki na-
dą, osiągnlibyĘmy duŻy postp na drodze do opracowania prŻenia, tworzące w sumie tzw. naprŻenie Coulomba,
nowej strategii przewidywania trzsieł ziemi. zmniejszają si wzd"uŻ segmentu uskoku, który si przesu-
wa. PoniewaŻ jednak naprŻenia nie mogą tak po prostu znik-
Z"owróŻbne naprŻenia ną, muszą zosta przekazane do innych miejsc wzd"uŻ tego
ZACZóLIMY OD PRZYJRZENIA SIó zmianom w skorupie ziemskiej samego uskoku lub do innych uskoków w pobliŻu. Podejrze-
zachodzącym w wyniku silnych trzsieł ziemi, które uwal- waliĘmy równieŻ, Że ten wzrost naprŻenia Coulomba moŻe
niają czĘ naprŻeł narastających stopniowo w miar prze- wystarczy, by wywo"a trzsienie w innych obszarach.
suwania Ęcierających si nawzajem globalnych p"yt tektonicz- Geofizycy obliczali naprŻenie Coulomba od lat, nigdy jed-
nych. Na przyk"ad wzd"uŻ uskoku San Andreas p"yta niosąca nak nie wykorzystywano go do wyjaĘnienia aktywnoĘci sejsmicz-
Ameryk Pó"nocną przesuwa si na po"udnie wzgldem są- nej. Rozumowanie by"o proste: naukowcy uwaŻali, Że zmiany by-
siedniej, podĘcie"ającej Pacyfik. Przesuwanie si tych p"yt w "y zbyt ma"e, aby odgrywa jakąkolwiek rol. RzeczywiĘcie
przeciwnych kierunkach generuje naprŻenia Ęcinające, wielkoĘ przenoszonych naprŻeł jest zwykle niezbyt duŻa
dzia"ające równoleg"e do p"aszczyzny uskoku. PoniewaŻ ska- mniejsza niŻ 3 bary, czyli równa najwyŻej 10% ca"kowitych
"y po przeciwnych stronach uskoku napierają na siebie, poja- zmian naprŻeł, których uskoki przecitnie doznają w czasie
wiają si teŻ naprŻenia prostopad"e do jego p"aszczyzny. Gdy trzsienia ziemi. Sam mia"em wątpliwoĘci, czy to w ogóle jest
naprŻenia Ęcinające pokonają opór tarcia lub gdy si"a doci- wystarczające, aby uaktywni uskok. Gdy jednak z Geoffreyem
skająca skrzyd"a uskoku si zmniejszy, ska"y po obu stronach Kingiem z L Institute du Physique de Globe w ParyŻu oraz Jian
MARZEC 2003 WIAT NAUKI 81
SERKAN BOZKURT
U.S. Geological Survey
RóŻne punkty widzenia
Tak wiele czynników związanych z trzsieniami ziemi pozostaje nadal tajemnicą,
Że naukowcy ograniczają si do oceny prawdopodobiełstwa ich wystąpienia
TO, JAK LUDZIE POSTRZEGAJŃ groęb w bezpoĘrednim sąsiedztwie Istambu"u, prawdopodobiełstwie wystąpienia
trzsieł ziemi w swojej czĘci Ęwiata, poniewaŻ uskok si odprŻy". powaŻnych wstrząsów 100 km na zachód,
zaleŻy w duŻej mierze od rodzaju Ale trzsienie nie spowodowa"o w Istambule, w ciągu nastpnych 30 lat.
przedstawianych im ostrzeŻeł. Żadnej zmiany w 48-procentowym To prawdopodobiełstwo bdzie dalej ros"o
W wikszoĘci dzisiejszych prognoz w miar up"ywu czasu w przeciwiełstwie
sejsmicznych zak"ada si, Że jedno do prawdopodobiełstwa Poissona,
80
Prognoza
trzsienie ziemi nie jest związane które pozostanie na 20-procentowym
Uwzgldnione
wed"ug metody
z kolejnym. Przyjmuje si, Że dla kaŻdego poziomie, niezaleŻnie od innych wstrząsów,
interakcje
prawdopodobiełstwa
segmentu uskoku istnieje Ęredni okres pomidzy które mogą wystąpi w pobliŻu stolicy.
odnawiania
60
trzsieniami ziemi
idzy wstrząsami okreĘlonej wielkoĘci Kiedy przy obliczaniu
na przyk"ad im silniejsze wstrząsy, tym prawdopodobiełstwa odnawiania
Prognoza
d"uŻszy okres spokoju lecz dok"adny uwzgldniliĘmy koncepcj wyzwalania
wed"ug metody
40
rozk"ad czasowy jest sprawą przypadku. prawdopodobiełstwa naprŻeł, wszystko uleg"o zmianie.
Poissona
Zaletą tej metody, znanej jako metoda Najbardziej dramatycznym skutkiem by"
prawdopodobiełstwa Poissona, jest, wzrost prawdopodobiełstwa wystąpienia
20
Że do prognozowania nie wymaga ona silnego trzsienia ziemi w pobliŻu
Trzsienie ziemi
znajomoĘci daty ostatniego powaŻnego Istambu"u, na skutek przeniesienia si
w Izmicie
trzsienia ziemi. Sejsmolog moŻe niewielkiej czĘci naprŻeł wyzwolonych
0
po prostu wnioskowa o Ęrednim okresie podczas wstrząsów w pobliŻu Izmitu w
1900 2000 2100
midzy duŻymi trzsieniami ziemi, 1999 roku. Wstrząsy w Izmicie zwikszy"y
Pierwszy rok 30-letniego okresu
opierając si na geologicznym zapisie prawdopodobiełstwo wystąpienia
o wiele starszych wstrząsów wzd"uŻ OCENY PRAWDOPODOBIEĄSTWA wstrząsów w Istambule w ciągu
wystąpienia duŻego trzsienia ziemi
tego segmentu uskoku. OkreĘlone tą nastpnych 30 lat z 48 do 62%.
w promieniu 50 km od Istambu"u mogą
tradycyjną metodą prawdopodobiełstwo To tzw. prawdopodobiełstwo interakcji
znacznie si róŻni. Prawdopodobiełstwo
nie zmienia si w czasie. bdzie male w miar up"ywu czasu,
przewidywane tradycyjnymi metodami
Dok"adniejszym rodzajem przewidywania podczas gdy prawdopodobiełstwo
(linia niebieska i zielona) utrzymuje si
jest metoda prawdopodobiełstwa odnawiania bdzie rosną. Spotkają si
na sta"ym poziomie lub powoli wzrasta.
odnawiania . Zak"ada si w niej, Że na poziomie 54% oko"o roku 2060
JeĘli uwzgldni si przeniesienie naprŻeł
ryzyko wystąpienia niszczycielskich przy za"oŻeniu, Że wczeĘniej nie nastąpi
podczas trzsienia ziemi w Izmicie w 1999,
wstrząsów roĘnie w miar up"ywu czasu kolejne duŻe trzsienie ziemi.
gwa"townie skacze (linia czerwona).
od ostatniego trzsienia. Za"oŻenie to
wynika z faktu, Że naprŻenia wzd"uŻ
uskoku narastają stopniowo od ostatniego
wikszego incydentu sejsmicznego.
Moi wspó"pracownicy i ja dokonujemy
oceny prawdopodobiełstwa, przyjmując
jako podstaw t drugą metod, ale
uwzgldniamy dodatkowo skutki zmian
naprŻeł przekazanych przez pobliskie
wstrząsy. Porównanie wyników trzech
typów prognozowania dla uskoku
pó"nocnoanatolijskiego w pobliŻu
Istambu"u uwidacznia róŻnice
pomidzy nimi, najwiksze bezpoĘrednio
po wielkim trzsieniu.
Wed"ug metody prawdopodobiełstwa
odnawiania, w latach poprzedzających
katastrofalne trzsienie ziemi w Izmicie
w sierpniu 1999 roku szanse wystąpienia
wstrząsów o magnitudzie 7 lub wikszej
dla czterech uskoków po"oŻonych
w promieniu 50 km od Istambu"u ros"y
powoli od czasu wystąpienia ostatniego
wielkiego kataklizmu 100 500 lat temu.
Wed"ug tej koncepcji, sierpniowe trzsienie
ziemi spowodowa"o znaczny
ZBURZONE DOMY w Dzce w Turcji w listopadzie 1999 roku. Niektórzy naukowcy
spadek prawdopodobiełstwa
podejrzewają, Że powaŻne wstrząsy, które nawiedzi"y miasto, zosta"y wywo"ane
wystąpienia kolejnego silnego trzsienia przez wczeĘniejsze trzsienie w pobliŻu Izmitu.
82 WIAT NAUKI MARZEC 2003
trzsienia ziemi (w procentach)
Prawdopodobiełstwo wystąpienia powaŻnego
CORNELIA BLIK (
wykres
), AFB
Corbis
(
zdjcie
)
Lin z Woods Hole Oceanographic Institution w Massachusetts JeĘli kolejne obliczenia Toma Parsonsa z USGS, Shinji To-
przeanalizowaliĘmy obszary w po"udniowej Kalifornii, w których dy z Japołskiego Centrum Badawczego Aktywnych Stref
naprŻenia wzros"y po duŻych trzsieniach ziemi, zdumieliĘmy Uskokowych, Barki, Dietericha i moje są poprawne, to wstrzą-
si, widząc, Że skoki te, chociaŻ tak ma"e, pokrywa"y si dok"ad- sy w Dzce mogą nie by ostatnim pok"osiem trzsienia w
nie z miejscami, gdzie skupi"y si nastpne trzsienia ziemi. Izmicie. Na skutek przeniesionych w jego wyniku naprŻeł
Wnioski z tej korelacji by"y oczywiste: w rejonach, gdzie rosną wzros"o takŻe prawdopodobiełstwo wystąpienia silnych
naprŻenia, koncentruje si wikszoĘ dalszych trzsieł ziemi, wstrząsów w Istambule, w tym roku z 1.9 do 4.2%. Na kolej-
zarówno duŻych, jak i ma"ych. ZaczliĘmy ponadto dostrzega ne 30 lat oceniamy je na 62%; jeĘli przyjlibyĘmy teori lo-
coĘ równie zdumiewającego: niewielkie zmniejszenie naprŻeł sowego wystpowania duŻych trzsieł ziemi, wynosi"oby tyl-
mog"o zapobiega trzsieniom. Na naszych mapach liczba trz- ko 20% [ramka na stronie obok].
sieł ziemi mala"a w strefach tzw. cienia sejsmicznego. Z hipotezy wyzwalania naprŻeł nie zawsze wynika wzrost
Analiza naprŻeł Coulomba dobrze wyjaĘnia"a lokalizacj zagroŻeł. Kiedy w jednych rejonach prawdopodobiełstwo
niektórych trzsieł ziemi w przesz"oĘci, ale o wiele waŻniej- wystąpienia trzsieł ziemi alarmująco wzrasta, w innych spa-
sze by"o sprawdzenie, czy nowa metoda nadaje si do przewi- da. W Turcji regiony mniejszego zagroŻenia są akurat s"abiej
dywania miejsc przysz"ych wstrząsów. SzeĘ lat temu do"ączy- zaludnione niŻ mocno zagroŻony Istambu". Ale czasami bywa
"em do geofizyka Jamesa H. Dietericha z U.S. Geological odwrotnie. Jednym z najbardziej jaskrawych przyk"adów jest
Survey (USGS) i geologa Aykuta A. Barki z Politechniki w wzgldny spokój sejsmiczny w zamieszka"ym przez 5 mln lu-
Istambule, aby zbada uskok w Anatolii Pó"nocnej w Turcji, dzi rejonie Zatoki San Francisco, trwający od ostatniego wiel-
jedną z najbardziej zaludnionych uskokowych stref sejsmicz- kiego trzsienia ziemi o magnitudzie 7.9 w 1906 roku. W 1998
nych na Ęwiecie. Opierając si na naszych wyliczeniach, gdzie roku analizy moich kolegów z USGS Ruth A. Harris i Rober-
naprŻenie Coulomba wzros"o na skutek minionych trzsieł ta W. Simpsona wykaza"y, Że cieł sejsmiczny z 1906 roku
ziemi, oceniliĘmy prawdopodobiełstwo wystąpienia wstrzą- pad" na kilka równoleg"ych pasm uskoku San Andreas w re-
Nawet niewielkie zmiany naprŻeł
mogą mie ogromne
konsekwencje zapobiec katastrofie albo do niej doprowadzi.
sów o magnitudzie 7 lub wikszej w segmencie uskoku w po- jonie zatoki, natomiast wzrost naprŻeł wystąpi" doĘ dale-
bliŻu miasta Izmit midzy rokiem 1997 a 2027 na 12%. Wy- ko na pó"nocy i po"udniu. To mog"oby wyjaĘni, dlaczego
daje si to nieduŻo, jednak dla porównania: prawdopodo- Ęrednia si"a niszczących wstrząsów w rejonie zatoki spad"a o
biełstwo dla pozosta"ych segmentów d"ugiego na 1000 km rząd wielkoĘci w porównaniu z 75 latami sprzed roku 1906.
uskoku wynosi"o od 1 do 2%. Ocenia si, Że aktywnoĘ sejsmiczna w rejonie zatoki powo-
Nie musieliĘmy czeka d"ugo na potwierdzenie. W sierp- li zaczyna wzrasta, w miar ponownego narastania napr-
niu 1999 roku trzsienie o magnitudzie 7.4 zrujnowa"o Izmit, Żeł w uskokach; zerwane autostrady i inne zniszczenia, spo-
zabijając 25 tys. ludzi i niszcząc mienie wartoĘci przekracza- wodowane w 1989 roku przez trzsienie ziemi w Loma Prieta,
jącej 6.5 mld dolarów. Ale to trzsienie ziemi by"o tylko kolej- mogą by tego zwiastunem.
nym z serii (przypominającej efekt domina) 12 wielkich trz-
sieł, które nawiedzi"y stref uskokową Anatolii Pó"nocnej od Obroni hipotez
1939 roku. W szczególnie tragicznym picioletnim okresie, BADANIA TRZóSIEĄ ZIEMI w Turcji wzmocni"y nasze przeĘwiad-
ca"e 700 km uskoku przesun"o si w sekwencji czterech ka- czenie, Że nawet ma"e zmiany naprŻeł mogą mie ogrom-
tastrofalnych trzsieł ku zachodowi. PodejrzewaliĘmy, Że na- ne konsekwencje zarówno powodowa zagroŻenia, jak i
prŻenia przenoszone w kołcowej fazie kaŻdego z nich wywo- je eliminowa. Ale pomimo rosnącej liczby przyk"adów
"ywa"y kolejne trzsienie, w tym izmickie.
W listopadzie 1999 roku przysz"a kolej na trzynastą koĘ
ROSS S. STEIN jest geofizykiem w U.S. Geological Survey s Earth-
domina. CzĘ naprŻeł Coulomba, która przenios"a si da- quake Hazards Team w Menlo Park w Kalifornii. Do"ączy" do grupy
leko od segmentu Izmitu, wywo"a"a trzsienie ziemi o ma- badaczy w roku 1981 po otrzymaniu stopnia doktora w Stanford
University (w roku 1980) i stypendium w Columbia University.
gnitudzie 7.1 w pobliŻu miasta Dzce, 100 km na wschód.
Badania Steina, poĘwicone przewidywaniom ryzyka wystąpienia
Na szczĘcie Barka obliczy" wzrost naprŻeł, bdący skut-
trzsieł ziemi, są sponsorowane przez amerykałskie agencje rzą-
kiem wstrząsów w Izmicie i dwa miesiące wczeĘniej opubli-
dowe, takie jak Office of Foreign Disaster Assistance, i prywatne fir-
kowa" wyniki w Science.
my, w tym europejskie towarzystwo ubezpieczeniowe Swiss Re. Za
Komunikat Barki spowodowa", Że zamknito szko" w Dz-
prac opisaną w tym artykule Stein otrzyma" w roku 2000 nagrod
ce, której budynki zosta"y lekko uszkodzone podczas pierw-
Eugene M. Shoemaker Distinguished Achievement. Zaprezentowa" ją
szych wstrząsów mimo oporu w"adz oĘwiatowych argumen-
takŻe na corocznym spotkaniu American Geophysical Union w roku
tujących, Że są to jedyne pomieszczenia, w których mogą si
2001 roku. Stein wystpuje teŻ w wielu dokumentalnych progra-
odbywa zajcia. CzĘ budynków szko"y podczas listopado- mach telewizyjnych, jak w Great Quakes: Turkey wyemitowanym
wych wstrząsów leg"a w gruzach. w 2001 roku przez Learning Channel.
MARZEC 2003 WIAT NAUKI 83
O AUTORZE
UNIVERSITY OF SOUTHERN CALIFORNIA i CONSORTIUM OF ORGANIZATIONS FOR STRONG-MOTION
OBSERVATION SYSTEMS (
sejsmogram trzsienia ziemi w Whittier Narrows w Kalifornii
)
wspierających naszą koncepcj pewną kluczową kwesti
trudno by"o wyjaĘni: mniej wicej jedna czwarta trzsieł
SKUPISKA TRZóSIEĄ
ziemi, które badaliĘmy, zdarzy"a si w obszarach, gdzie na-
W MIEJSCACH, W KTÓRYCH WZRASTA NAPRóENIE
prŻenie spad"o. Naszym bardziej sceptycznym kolegom "a-
(czerwony) po wielkich trzsieniach ziemi (pe"ne gwiazdki),
two by"o argumentowa, Że w strefach cienia nie powinny
wiksze jest prawdopodobiełstwo wystąpienia zarówno
si zdarzy Żadne incydenty sejsmiczne, poniewaŻ g"ówne
duŻych (puste gwiazdki), jak i s"abych wstrząsów (czarne
wstrząsy wyeliminowa"y czĘ naprŻeł i w ten sposób
kropki). Wstrząsy natomiast prawie nie wystpują tam,
uchroni"y te segmenty uskoku od zniszczenia. Obecnie ma-
gdzie naprŻenia zmala"y (niebieski), niezaleŻnie od po"oŻenia
my juŻ odpowiedę. SejsmicznoĘ nigdy nie zanika ca"kowicie
wzgldem pobliskich uskoków (bia"e linie).
w strefach cienia, tak samo jak stale nie są aktywne strefy wy-
POUDNIOWA KALIFORNIA (USA)
zwalania naprŻeł. Wahaniom ulega intensywnoĘ aktywno-
Ęci sejsmicznej liczba trzsieł ziemi wystpujących w jed-
nostce czasu obniŻa si w strefach cienia i podnosi si w
strefach wyzwalania naprŻeł w stosunku do poprzedniej
wielkoĘci w tym rejonie.
To przekonujące rozwinicie hipotezy wyzwalania naprŻeł
zawdziczamy teorii tarcia zaleŻnego od prdkoĘci przesuni
Landers
i ich stanu (rate/state friction) zaproponowanej przez Diete-
Big Bear
richa w 1994 roku. Odrzuci" on wygodną koncepcj tarcia w
50 km
obrbie uskoków jako wielkoĘci przyjmującej tylko dwie war-
toĘci wysoką, gdy materia jest nieruchoma, i niską, gdy si
przesuwa. Wed"ug Dietericha, uskoki stają si bardziej kle-
iste lub Ęliskie w zaleŻnoĘci od prdkoĘci przesuwu i jego
stanu. Koncepcja ta narodzi"a si jako wynik eksperymentów
laboratoryjnych, w których zespó" Dietericha bada" miniatu-
Hector Mine rowy uskok w bloku granitu wielkoĘci volkswagena, wyzwa-
lając w nim niewielkie trzsienia ziemi .
Landers
Kiedy zachowanie uskoków bada si, przyjąwszy tarcie jako
Big Bear
zmienną, a nie sta"ą, prawo Omoriego okazuje si rządzi nie
tylko tzw. wstrząsami wtórnymi, ale wszystkimi trzsieniami zie-
mi. Zgodnie z tym prawem, wskaęnik intensywnoĘci sejsmicz-
nej w pierwszej chwili skacze w gór, a z up"ywem czasu si
WSTRZŃSY O MAGNITUDZIE 7.3 na pustyni w po"udniowej zmniejsza, co wyjaĘnia, dlaczego dany obszar nie zachowuje
Kalifornii w pobliŻu Landers w roku 1992 zwikszy"y
przez ca"y czas wysokiej aktywnoĘci sejsmicznej wynikającej ze
spodziewaną intensywnoĘ trzsieł ziemi w kierunku
wzrostu naprŻeł. Ale to tylko po"owa historii. Teoria Dieteri-
po"udniowo-zachodnim trzy godziny póęniej w Big Bear
cha objaĘnia charakterystyk sejsmicznoĘci po wstrząsach g"ów-
(pierwsze od góry) wystąpi"o trzsienie o magnitudzie 6.5.
nych, które prawo Omoriego ca"kowicie pomija. W obszarach,
Miejsca naprŻeł bdących wynikiem "ącznego dzia"ania
gdzie wstrząsy g"ówne roz"adowują naprŻenia, wskaęnik
wstrząsów w Landers i Big Bear pokry"y si z obszarami,
intensywnoĘci początkowo gwa"townie spada, ale w przewi-
w których wystąpi"o nasilenie trzsieł w ciągu kolejnych
dywalny sposób powoli wraca do wartoĘci sprzed wstrząsów.
siedmiu lat najwiksze, o magnitudzie 7.1, odnotowano
Cho nie wydaje si to odkryciem rewolucyjnym, teoria Die-
w Hector Mine w roku 1999 (drugie od góry).
tericha pozwoli"a nam po raz pierwszy oceni, jak skoki ak-
KAGOSHIMA, JAPONIA
tywnoĘci sejsmicznej bdą si zmienia"y w czasie. Oceniając
tylko naprŻenie Coulomba, umieliĘmy zgrubnie okreĘli tylko
lokalizacj trzsienia ziemi.
Trzsienie
w marcu Nasze coraz konkretniejsze koncepcje dotyczące zarówno
Trzsienie
w maju miejsca, jak i czasu wyzwalanych zmianami naprŻeł trz-
sieł ziemi, zosta"y potwierdzone kolejnymi badaniami w ska-
li globalnej, przeprowadzonymi na początku tego roku. Parsons
wzią" pod lup ponad sto trzsieł ziemi o magnitudzie 7 lub
10 km
wikszej, które zdarzy"y si na Ęwiecie w ciągu ostatniego
wierwiecza, a nastpnie zbada" wstrząsy nastpcze o ma-
BLIŁNIACZE TRZóSIENIA mogą zmieni intensywnoĘ
gnitudzie co najmniej 5 w promieniu 250 km od pierwszych.
pojawiania si trzsieł ziemi, czyli zwikszy lub zmniejszy
SpoĘród 2000 zbadanych trzsieł, 61% wystąpi"o w miejscach,
sejsmicznoĘ okreĘlonego obszaru. W marcu 1997 roku wstrząs
gdzie poprzednie wstrząsy zwikszy"y naprŻenia, nawet mi-
o magnitudzie 6.5 zwikszy" naprŻenia i sejsmicznoĘ na zachód
nimalnie. Niewiele z tych wyzwolonych zmianą naprŻeł
od rozerwanego uskoku (powyŻej z lewej). SejsmicznoĘ w tym
wstrząsów zasz"o wystarczająco blisko g"ównego trzsienia
obszarze nastpnie spad"a wraz ze spadkiem naprŻeł
ziemi, aby moŻna je by"o uzna za wstrząsy wtórne, ale we
(powyŻej z prawej) w nastpstwie trzsienia o magnitudzie 6.3,
wszystkich przypadkach ich si"a i czstoĘ zmniejsza"a si w
które wystąpi"o 48 dni póęniej 3 km na po"udnie.
czasie, zgodnie z teorią Dietericha i prawem Omoriego.
84 WIAT NAUKI MARZEC 2003
SERKAN BOZKURT
USGS
, KEITH RICHARDS-DINGER
Marynarka Wojenna
USA i SHINJI TODA
Japan s Active Fault Research Center
Systematycznie w"ączając koncepcj Dietericha do naszych niŻ wynika"oby to z dotychczas stosowanej oceny. Z kolei
analiz trzsieł ziemi, zaczynamy odkrywa bardziej wyrafi- uskoki uznawane tradycyjnie za niebezpieczne, mogą zosta
nowane przyk"ady interakcji trzsieł ziemi, niŻ gdybyĘmy uznane za mniej groęne.
stosowali wy"ącznie analizy naprŻeł Coulomba. Do niedaw- Bardzo trudno jest dowieĘ, Że jakaĘ metoda przewidywania
na wyjaĘnialiĘmy tylko stosunkowo proste przypadki, takie trzsieł ziemi jest poprawna, a prawie niemoŻliwe jest wyka-
jak w Kalifornii i Turcji, gdzie duŻe trzsienia ziemi pobu- zanie, Że jest b"dna. NiezaleŻnie od rozwaŻanych czynników
dza"y aktywnoĘ sejsmiczną w niektórych rejonach i usypia- przypadek odgrywa ogromną rol w przypadku duŻego trz-
"y ją w innych. ZdawaliĘmy sobie spraw, Że powaŻniejszym sienia ziemi, podobnie jak w wystąpieniu nawa"nicy w okre-
sprawdzianem hipotezy wyzwalania naprŻeł by"by przy- Ęlonych warunkach pogodowych. Przewaga meteorologów nad
k"ad, w którym nastpujące po sobie, zbliŻone si"ą wstrząsy naukowcami badającymi trzsienia ziemi polega na tym, Że ci
wp"ywa"yby na czstoĘ wystpowania trzsieł ziemi w tym pierwsi pozyskują miliony razy wicej istotnych danych, które
samym miejscu, zwikszając ją i zmniejszając, podobnie jak pozwalają im stale ulepsza swoje prognozy. Ponadto stan at-
Ęciemniacz zmienia natŻenie Ęwiat"a. mosfery znacznie "atwiej bada niŻ naprŻenia wewnątrz zie-
Toda i ja odkryliĘmy spektakularny przyk"ad takiego zja- mi, a burze są znacznie czstsze niŻ wstrząsy.
wiska, nazwanego przez nas prze"ączaniem sejsmicznoĘci . Udoskonalanie prognoz trzsieł ziemi bdzie rozwija si
Na początku ubieg"ego roku zaczliĘmy analizowa niezwy- w podobny sposób jak prognoz meteorologicznych, aczkol-
k"ą par trzsieł ziemi o magnitudzie 6.5, które nawiedzi"y Ka- wiek znacznie wolniej. Dlatego mój zespó" rozpoczą" prac
goshim w Japonii w 1997 roku. Natychmiast po pierwszym nad przewidywaniami wielkich trzsieł ziemi w pobliŻu na-
trzsieniu ziemi w marcu wystąpi"o kolejne na obszarze o po- raŻonych na wstrząsy miast, takich jak Istambu", Landers,
wierzchni 25 km2, tuŻ za zachodnim krałcem prze"amane- San Francisco i Kobe. Szykujemy si teŻ do przygotowania
go segmentu uskoku. Kiedy obliczyliĘmy, gdzie początkowe prognoz dla Los Angeles i Tokio, w których duŻe trzsienie
trzsienie ziemi przenios"o naprŻenia, okaza"o si, Że w"aĘnie ziemi moŻe oznacza ogromne straty finansowe. Dwa silne
JeĘli zastosuje si teori wyzwalania naprŻeł, spowoduje to
przetasowania na liĘcie najniebezpieczniejszych uskoków.
do tej strefy. StwierdziliĘmy równieŻ, Że wskaęnik aktywno- wstrząsy wzd"uŻ uskoku Denali na Alasce jesienią 2002 roku
Ęci sejsmicznej natychmiast zaczą" spada, dok"adnie tak jak o magnitudzie 6.7 z 23 paędziernika i 7.9 z 3 listopada
przewidywa"a teoria Dietericha. Ale gdy w siedem tygodni wydają si kolejną wyzwalaną naprŻeniami sekwencją. Z
póęniej trzy kilometry dalej na po"udnie wystąpi"o drugie trz- naszych obliczeł wynika, Że pierwsze wstrząsy zwikszy"y
sienie ziemi, w rejonie, w którym wczeĘniej zanotowano prawdopodobiełstwo drugich stokrotnie w ciągu 10 dni. Da-
wzrost aktywnoĘci sejsmicznej, nastąpi" nag"y jej spadek o lej testujemy naszą teori, przewidując znacznie mniejsze,
ponad 85%. W tym przypadku strefa wyzwolonych naprŻeł niegroęne trzsienia, które są o wiele liczniejsze i przez to "a-
pierwszego trzsienia ziemi pokry"a si ze strefą cienia dru- twiejsze do prognozowania.
giego trzsienia. Innymi s"owy, pierwsze trzsienie ziemi w"ą- Nie wiadomo, w jakim stopniu oparte na rachunku praw-
czy"o sejsmicznoĘ, a drugie ponownie ją wy"ączy"o . dopodobiełstwa przewidywania mogą pomóc chroni ludzi
i ich dobytek. Ale nie wolno rezygnowa z nawet najmniej-
Prognozy nowej generacji szej szansy: kilkaset milionów ludzi na ca"ym Ęwiecie miesz-
PODSUCHIWANIE KONWERSACJI trzsieł ziemi pokaza"o co ka i pracuje w pobliŻu najwikszych aktywnych stref usko-
najmniej, Że sejsmicznoĘ jest wysoce interaktywna. I cho- kowych. Nie powinno si lekcewaŻy Żadnej, czy dotyczącej
ciaŻ na t interaktywnoĘ mogą wp"ywa inne oprócz prze- przenoszenia naprŻeł, czy jakiejkolwiek innej, hipotezy, po-
noszenia naprŻeł zjawiska, sądzimy, Że istnieje wystarcza- zwalającej zwikszy trafnoĘ przewidywania wstrząsów.
jąco wiele dowodów, aby moŻna by"o dokona gruntownej
T"umaczy"
Miros"aw Rutkowski
rewizji tradycyjnych, statystycznych sposobów prognozowa-
nia trzsieł ziemi. Precyzyjniejsze oceny prawdopodobieł-
stwa wystąpienia niebezpiecznych wstrząsów, uwzgldnia-
JELI CHCESZ WIEDZIE WIóCEJ
jące subtelne skoki naprŻeł, pomogą rządom, firmom
Earthquakes Cannot Be Predicted. Robert J. Geller, David D. Jackson, Yan
ubezpieczeniowym i ca"ym spo"eczełstwom lepiej ocenia
Y. Kagan i Francesco Mulargia; Science, tom 275, s. 1616; 14 III 1997.
ryzyko związane z trzsieniami ziemi. JuŻ tradycyjne metody
http://scec.ess.ucla.edu/~ykagan/perspective.html
pomagają w pewnym stopniu okreĘli priorytety, co w konse- Heightened Odds of Large Earthquakes Near Istanbul: An Interaction-Ba-
sed Probability Calculation. Tom Parsons, Shinji Toda, Ross S. Stein,
kwencji prowadzi na przyk"ad do wzmacniania budynków w
Aykut Barka i James H. Dieterich; Science, tom 288, s. 661-665,
niektórych miastach i podejmowania zwikszonych Ęrodków
28 IV 2000.
Animacje trzsieł ziemi i program Coulomb 2.2 (oprogramowanie na
ostroŻnoĘci w pewnych rejonach. Nasze analizy jednak po-
komputery Macintosh i samouczek do obliczania zmian naprŻeł spo-
kazują, Że jeĘli zastosuje si teori wyzwalania naprŻeł, na
wodowanych przez trzsienie ziemi) moŻna znaleę na stronie:
szczycie listy zagroŻeł trzeba bdzie umieĘci inne uskoki, http://quake.usgs.gov/~ross
MARZEC 2003 WIAT NAUKI 85
CALIFORNIA STRONG MOTION INSTRUMENTATION PROGRAM I CONSORTIUM OF ORGANIZATIONS FOR STRONG-MOTION
OBSERVATION SYSTEMS (
sejsmogram trzsienia ziemi w Hector Mine w Kalifornii
)
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
zzagadnienia z teorii od Szeptyńskiegoo Edycie SteinA Szeptycki Inzynieria rolnicza pozadane kierunkiRoss Jeffries How To Get Girls Into Bed Without TryingSEJSMIKAwięcej podobnych podstron