W ubiegłym tygodniu, w dzień a raczej w nocy, kiedy pisałem o wulkanach, zatrzęsła się ziemia w Chicago. Dla wielu ludzi było to niezrozumiałe. Przecież tu nie Kalifornia, nie Japonia czy wyspy Azji, nie ma gór, dolin. Nie widać żadnej aktywności terenu.
Geolodzy wiedzą jednak już od dawna, że tam gdzie zbiegają się granice pięciu stanów – Illinois, Kentucky, Tennessee, Missouri i Mississippi jest bardzo niespokojny teren. Historia tego terenu ciągnie się od ponad 700 milionów lat, gdy wszystkie kontynenty były jeszcze sklejone ze sobą. W tym miejscu, płyta kontynentalna Rodinia doznała jakiegoś uszkodzenia niezałatanego do dzisiaj.
Płyta pękała, kontynenty się rozdzielały i „odpływały” od siebie, przez jakiś czas ta część Ameryki była pod wodą oceanu, potem wypiętrzyła się tworząc wielką równinę pokrytą grubą warstwą osadów oceanicznych, a stare pęknięcie głęboko pod ziemią ciągle nie może się zakleić. Co kilkaset lat teren ten nawiedzają bardzo silne wstrząsy, płynąca tam zakolami Mississippi zmienia koryto – i dalej nic się nie dzieje.
Pomimo śladów tych trzęsień odkrywanych przez geologów, nie ma o nich informacji w przekazach Indian. Dopiero wstrząsy na przełomie 1811 i 1812 roku zostały zauważone i zanotowane. Okolice New Madrid i Cairo (o których to mowa) to tereny farmerskie, w tamtym czasie słabo zaludnione. Nawet odległe o kilkaset mil Chicago jeszcze nie było miastem. Te wstrząsy sprzed dwustu lat zostały oszacowane jako największe we współczesnej historii USA, silniejsze nawet od trzęsienia ziemi w 1906 roku, które zburzyło San Francisco.
Trzęsienie ziemi na płaskim, niezabudowanym terenie nie powoduje żadnego niebezpieczeństwa.
Reakcje ludzi a nawet instynktowne zachowanie się zwierząt jest mocno przesadzone. Nawet najsilniejsze trzęsienie nie wyrządzi nam na płaskim otwartym terenie żadnych szkód, jeżeli tylko na chwilę usiądziemy lub położymy się na ziemi. Po kilkunasto-sekundowym kołysaniu, czasem powtarzającym się wielokrotnie, wszystko się uspokaja i wygląda prawie tak samo jak dawniej. Czasem jakieś drzewo się złamie albo wywróci, odsłaniając korzenie. Nawet silniejsza wichura często pozostawia większe zniszczenia w przyrodzie.
Gorzej z tym, co pobudowali ludzie. Budowle są twarde, sztywne, ale materiały budowlane są kruche. Kilkunastosekundowe rozkołysanie najczęściej kończy się pęknięciami i zawaleniem – kominów, mostów, budynków.
Trzęsienie ziemi jest zjawiskiem dobrze poznanym przez naukowców. Wiadomo, że gruba na kilkadziesiąt kilometrów skalna skorupa Ziemi nie może wytrzymać naporu roztopionej magmy powoli unoszącej się z głębi Ziemi. Skały przesuwają się i pękają, często nagłym skokiem.
Podobne zjawisko, chociaż w mikroskopijnej skali, słyszymy czasem w naszych mieszkaniach. Otwierane drzwi skrzypią. Nienasmarowany metal zawiasów skleja się. Dopiero naprężenie w trakcie otwierania drzwi powoduje „puszczenie” i przeskok do następnego punktu przyklejenia. I tak dzieje się kilkadziesiąt razy na sekundę, co słyszymy jako zgrzyt. Natomiast przesuwające się w głębi Ziemi masy skalne przeskakują co kilka, kilkanaście a nawet co kilkaset lat. Procesy geologiczne przebiegają w czasie zupełnie niewspółmiernym do tego, co obserwujemy dookoła w naszym krótkim życiu.
Sam przeskok mas skalnych nie jest tym zjawiskiem trzęsienia ziemi, które obserwujemy na powierzchni.
Gdyby taki przeskok miał miejsce tuż przy powierzchni, można byłoby to odczuć jak jednorazowy podziemny wybuch ogromnej mocy miny. Czasem trzęsienie tuż pod dnem oceanu powoduje gwałtowny ruch wody i falę tsunami. Lecz te przeskoki, które występują kilkadziesiąt kilometrów pod powierzchnią, odczuwamy zupełnie inaczej.
Skalna skorupa Ziemi jest sztywna, ale nie całkiem. Wiemy, że nawet sztywna blacha odpowiednio uderzona zacznie wibrować (falować). Kamyk wrzucony do wody da wyraźniejszy efekt w kształcie rozchodzących się kołowo fal, niż samo „chlupnięcie” wody. Podobnie w skorupie Ziemi. Przeskok w jednym miejscu rozfaluje skały w promieniu kilkudziesięciu kilometrów. I to rytmiczne falowanie trwające niecałą minutę odczuwamy my (i nasze budowle), jako trzęsienie Ziemi.
Następny moment przeskoku skał pod ziemią jest trudny do przewidzenia. Często sąsiednie naprężenia i pęknięcia po godzinach, dniach lub nawet miesiącach dają o sobie znać. W dłuższym czasie można się spodziewać, że wystąpi pewien cykl, pewna równomierność, ale historia naszych obserwacji jest zbyt krótka, aby uchwycić ten cykl. Ponadto, tak wiele przyczyn i tak różnych powoduje przesuwanie się skał, że rytm „skrzypienia” skał nie jest regularny.
W ostatnich 50 latach powstało na Ziemi wiele obserwatoriów sejsmicznych. Obserwowane są drgania skorupy ziemskiej wywoływane uskokami mas skalnych, ale i doświadczalnymi wybuchami podziemnymi bomb nuklearnych. Właśnie to wojskowo-polityczne przeznaczenie obserwatoriów skierowało na ich budowę duży strumień pieniędzy.
Podstawowym urządzeniem w tych obserwatoriach jest sejsmograf. Dawniej była to wielotonowa masa metalu lub betonu zawieszona nad solidnie fundamentowanym stołem i wyposażona w pisak dotykający przesuwającego się paska papieru – rejestratora. Drgania podłoża pociągały za sobą drgania paska papieru, ale nie przenosiły się na zawieszoną nad nim masę i pisak w momencie trzęsienia Ziemi zostawiał na papierze falistą linię. Z linii tej można było odczytać wielkość drgań terenu. Obecne sejsmografy, wyposażone w elektroniczne czujniki są znacznie mniejsze, mają wymiary porównywalne z domowym komputerem.
Podziemny przeskok skał wyzwala kilka rodzajów fal sejsmicznych. Najszybciej i najdalej rozchodzi się fala podłużna. Możemy sobie ją wyobrazić jak poruszającą się dżdżownicę, której pewne partie się kurczą a inne rozszerzają. Ta podłużna fala sejsmiczna, poruszająca się z szybkością około 5 km na sekundę, często przechodzi na drugą stronę Ziemi i jest notowana w wielu obserwatoriach. Porównując czasy dotarcia fali do sejsmografu, naukowcy potrafią określić miejsce, gdzie nastąpił wstrząs. Z tysięcy analiz wywnioskowali również, jaka jest wewnętrzna budowa Ziemi, ciężar roztopionych skał i ich temperatura.
Najwięcej zniszczeń powoduje fala powierzchniowa, którą można porównać z falowaniem wody. Porusza się z szybkością około 2 km na sekundę, powodując rozhuśtanie wszystkiego co wystaje z ziemi. Budynki gęstej zabudowy miast falują jak zboże podczas wiatru, pękając i zawalając się.
Do określenia energii wyzwolonej w czasie trzęsienia ziemi używane są dwie skale Mercallego i Richtera. Najpopularniejsza jest dziesięcio stopniowa skala Richtera. Jest to skala ułożona logarytmicznie, w zależności od energii pierwotnego wstrząsu. Inżynierowie wiedzą, co to oznacza, ale dla wyjaśnienia podam, że jeżeli energie jakiegoś trzęsienia określamy w tej skali na 5, to jest ono odczuwalne przez wszystkich ludzi, ale powoduje bardzo niewielkie zniszczenia – zarysowanie starych ścian budynków, pęknięcia kilku płyt chodnikowych. Trzęsienie określane jako 5.3 ma energię 2 razy większą, 5.7 to energia pięć razy większa a 6.0 to 10 razy większa, energia. W tej skali 8.0 (takie były wstrząsy w New Madrid w 1811/12 roku) to energia tysiąc razy większa od trzęsienia określonego na 5.
Dotychczas nie zanotowano trzęsienia ziemi większego niż 9.5, które to wydarzyło się w Chile w 1960 roku. A katastrofy nawet przy słabszych trzęsieniach zdarzały się przeogromne. W XX wieku w samych tylko Chinach trzy trzęsienia o sile od 7.5 do 8.6 spowodowały łącznie śmierć ponad miliona ludzi. Podobna liczba ofiar była skutkiem trzęsienia w Chinach w XVI wieku. K
ilka lat temu, trzęsienie pod dnem Oceanu Indyjskiego o sile 9.0 spowodowało falę tsunami i śmierć ponad 300 tysięcy.
Krąży wiele mitów o przyczynach trzęsień ziemi. Najczęściej powtarzana jest bzdura, że trzęsienia wyzwalane są specyficznym układem planet. Można wysuwać takie wnioski obserwując przypływy i odpływy oceanów, które już Newton wytłumaczył oddziaływaniem Księżyca i Słońca.
Księżyc przyciąga nie tylko skały, ale i wodę w oceanach. W miejscu, w którym Księżyc jest najwyżej na niebie, woda tworzy garb, około 40 centymetrów ponad średni poziom oceanu. Również dokładnie po drugiej stronie Ziemi jest podobny garb, spowodowany siłą odśrodkową.
Podobnie Słońce, 27 milionów razy cięższe od Księżyca, ale 400 razy dalej, podnosi wodę w oceanach około 15 cm. Siła pływowa maleje bowiem „z trzecią potęgą”, to znaczy – 100 razy dalej to milion razy słabiej, 400 razy dalej to 64 miliony razy słabiej. Ale te oddziaływania się dodają, gdy Księżyc i Słońce są w jednej linii a odejmują gdy Księżyc jest w pierwszej lub trzeciej kwadrze. Takie są prawa grawitacji.
Planeta taka jak Jowisz, która jest tysiąc razy lżejsza niż Słońce i ponad 4 razy dalej od Ziemi, powoduje siły pływowe 75 tysięcy razy słabsze niż Słońce – teoretycznie może podnosić wodę kilka razy mniej niż grubość włosa.
Ale nie tylko woda w oceanach podnosi się na skutek grawitacji Słońca i Księżyca. Dokładne pomiary systemem GPS pokazują, że również skalista powierzchnia Ziemi „pływa”.
Wybrzuszenia sięgają 30 cm, gdy Słońce i Księżyc są w jednej linii i 10 cm, gdy są pod kątem prostym. Mogłoby się wydawać, że trzęsienia ziemi będą występowały w rytm skalnych „pływów” – tymczasem nic takiego nie zaobserwowano. Nawet paradoksalnie, ostatnie trzęsienie w południowym Illinois wystąpiło, gdy siły pływowe były najmniejsze (Księżyc był w pierwszej kwadrze). Jowisz i inne planety nie mają tu nic a nic do rzeczy.
Są obszary, gdzie ziemia trzęsie się codziennie a katastrofalne trzęsienia występują co kilkadziesiąt lat. Nie wszyscy wiedzą, że w okolicy Cairo-New Madrid od roku 1974 do dzisiaj, sejsmografy zanotowały około 4 tysięcy trzęsień z tego kilkadziesiąt odczuwalnych przez ludzi. Ponad dwadzieścia lat temu pewien spryciarz zwołał na łąki wokół New Madryt kilka tysięcy ludzi obiecując powtórkę roku 1812. Sprzedawał sporo koszulek i gadżetów, ale przepowiednia trzęsienia mu „nie wyszła”.
Niemniej niebezpieczeństwo istnieje. Sejsmolodzy określają na 10% prawdopodobieństwo wystąpienia na tym terenie trzęsienia Ziemi o sile 8 w ciągu najbliższych 50 lat, a prawie na 100% w tym tysiącleciu. Podczas takiego trzęsienia sporo wysokich budynków w Chicago, St.Louis i Memphis ległoby w gruzach.
Na szczęście, jak na wiek Ziemi i skał, żyjemy stosunkowo krótko i miejmy nadzieję, że nas to nie spotka.
(ami)
