Każde kolejne tragiczne w skutkach trzęsienie ziemi, tak jak niedawna (kwiecień 2015) katastrofa w Nepalu, każe zadać sobie pytanie o przyczyny wstrząsów sejsmicznych.

Większość obszarów lądowych – w tym niemal cała Europa – znajduje się w strefie asejsmicznej, czyli takiej, gdzie do trzęsień dochodzi sporadycznie, są one słabe i w wielu przypadkach związane z działalnością człowieka – głównie z górnictwem. Z kolei niektóre rejony kuli ziemskiej często, choć nieoczekiwanie, nawiedzają tragiczne wstrząsy o dużej sile. Jakie przyczyny stoją za takim nierównym rozkładem trzęsień ziemi?

Przyczyny wstrząsów wyjaśnione są w największym skrócie na filmie:

Przeczytaj skrypt filmu (ścieżkę audio)

Ziemia składa się z kilku warstw, z których najbardziej zewnętrzna, czyli skorupa ziemska, jest tylko pozornie stała i niezmienna. Składa się ona z kilkudziesięciu osobnych fragmentów, tak zwanych kier albo płyt litosfery, które nieustannie przemieszczają się względem siebie. W niektórych miejscach płyty oddalają się, a w innych kolidują ze sobą. Ruch zbieżny dwóch kier prowadzi do gromadzenia się naprężeń.

Płyty litosfery mogą się również przemieszczać jedna wzdłuż drugiej. Taka sytuacja też powoduje narastanie naprężeń. Najbardziej znanym miejscem, gdzie dochodzi do ruchu przesuwczego dwóch płyt jest Uskok św. Andrzeja w Kalifornii.

Podczas kolizji kier jedna z płyt, gęstsza i cięższa, zanurza się pod drugą. Rozładowanie naprężeń gromadzących się w głębi Ziemi, w rejonie pogrążania płyty litosferycznej, następuje w tak zwanym hipocentrum i powoduje trzęsienie ziemi. Powstają fale sejsmiczne, które rozchodzą się promieniście od hipocentrum i najszybciej osiągają powierzchnię ziemi w punkcie nazywanym epicentrum. Niszczycielskie fale powierzchniowe, przenoszące się od epicentrum, powodują ogromne szkody. Trzęsienia ziemi mające na oceanach mogą z kolei powodować powstanie tragicznych w skutkach fal tsunami.

Przeczytaj rozszerzony artykuł

Do trzęsień ziemi dochodzi najczęściej tam, gdzie znajdują się granice kier (płyt) litosfery. Kry litosferyczne to przemieszczające się względem siebie fragmenty skorupy ziemskiej, czyli najbardziej zewnętrznej powłoki skalnej naszej planety.

Na niektórych granicach (tak zwanych dywergentnych) płyty oddalają się od siebie. Tworzona jest tam nowa skorupa oceaniczna. W takich miejscach może dochodzić do trzęsień ziemi. Nie są one jednak bardzo częste.

Skutki katastrofalnego trzęsienia ziemi w Nepalu (kwiecień 2015).

Skutki katastrofalnego trzęsienia ziemi w Nepalu (kwiecień 2015). Fot. Hilmi Hacaloğlu.

Zupełnie inna sytuacja ma miejsce w rejonach, gdzie kry litosfery kolidują ze sobą (wzdłuż tak zwanych granic konwergentnych), bądź przesuwają się jedna wzdłuż drugiej. W takiej sytuacji dochodzi do ciągłego gromadzenia się naprężeń, które rozładowywane są z jednoczesnym wyzwalaniem fal sejsmicznych. Punkt w głębi planety, w którym dochodzi do wytworzenia tych fal, nosi nazwę hipocentrum. Bywa on też niekiedy określany mianem ogniska trzęsienia ziemi. Hipocentrum znajduje się przeważnie na głębokości do kilkudziesięciu kilometrów.

Fale sejsmiczne rozchodzą się promieniście od ogniska, najszybciej osiągając powierzchnię w miejscu określanym mianem epicentrum. To w nim z reguły odnotowywane są największe zniszczenia.

Osiągnąwszy powierzchnię planety, fale sejsmiczne rozprzestrzeniają się w postaci tak zwanych fal powierzchniowych. Przenoszone w ten sposób wibracje gruntu mogą prowadzić do uszkadzania i zawalania się budynków. To właśnie katastrofy budowlane i związane z nimi ofiary w ludziach są najpoważniejszymi konsekwencjami trzęsień ziemi.

Ogniska trzęsień ziemi w rejonie strefy subdukcji.

Ogniska trzęsień ziemi w rejonie strefy subdukcji (oznaczone czerwonymi kołami). Gęstsza i cięższa skorupa oceaniczna zanurza się pod lżejszą, kontynentalną. Rysunek: © Andrea Danti – Fotolia.com.

Rejony najbardziej narażone na trzęsienia ziemi znajdują się ponad tak zwanymi strefami subdukcji. Są to miejsca, w których napierają na siebie dwie kry litosferyczne. Jedna z nich, gęstsza i cięższa (zazwyczaj jest to kra oceaniczna) zanurza się pod drugą. Proces ten nieuchronnie prowadzi do narastania naprężeń, a one z kolei – do wstrząsów sejsmicznych. Ponad strefami subdukcji często powstają również wulkany zasilane magmą pochodzącą z przetapiania skał.

Na załączonej mapie można wyraźnie dostrzec związek ognisk trzęsień ziemi z krawędziami kier litosferycznych. W rejonie granic konwergentnych wstrząsy sejsmiczne mają miejsce szczególnie często, są one też bardzo silne, co pokazuje średnica kół reprezentujących poszczególne wydarzenia.

Trzęsienia ziemi i granice płyt litosfery.

Związek trzęsień ziemi z granicami kier litosfery. Epicentra wstrząsów sejsmicznych (żółte i pomarańczowe koła) skupiają się w sąsiedztwie czerwonych linii, czyli konwergentnych krawędzi płyt oraz stref subdukcji. Mapa przygotowana z użyciem strony internetowej ArcGIS.

Na mapie widoczne są także nieliczne epicentra wstrząsów sejsmicznych oddalonych od jakichkolwiek granic płyt litosfery. Jedno z nich znajduje się także na terenie Polski. Takie trzęsienia ziemi mają niekiedy związek z działalnością człowieka, przede wszystkim z górnictwem. Taką genezę wykazują między innymi trzęsienia na Dolnym Śląsku (obszar Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego) oraz na Górnym Śląsku, w rejonie eksploatacji złóż węgla kamiennego.

Do niektórych z wstrząsów dochodzi na obszarach odległych od granic kier oraz od ośrodków górnictwa. W Polsce takimi miejscami są na przykład:

  • Warmia i Mazury (wstrząs w 2004 roku w obwodzie kaliningradzkim),
  • Wielkopolska (wstrząs w okolicach Jarocina w 2012 roku).

Choć są to rejony asejsmiczne, to jednak niekiedy mogą tam niekiedy wystąpić niezbyt silne wstrząsy.

Geneza takich słabych trzęsień ziemi nie jest całkowicie jasna. Prawdopodobnie mają one związek z głębokimi rozłamami i dawnymi uskokami wewnątrz skorupy ziemskiej. Istniejące dzisiaj kontynenty zbudowane są z wielu mniejszych fragmentów, które w dalekiej przeszłości geologicznej, przed setkami milionów lat (w Wielkopolsce) lub przed ponad miliardem lat temu (rejon Bałtyku) były samodzielnymi krami litosferycznymi.

Na tych dawnych uskokach i nieistniejących od milionów lat krawędziach kier wciąż może dochodzić do niewielkich wstrząsów sejsmicznych. Choć nie są one groźne dla ludzi i powodują znikome szkody, to stanowią ciekawą pamiątkę po dawnych, pasjonujących dziejach ziemskich kontynentów.