Proseminarium fizyki teoretycznej.

Fizyka trzęsień ziemi

Maciej Zalewski 21.11.2005

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Plan

1. Sejsmologia jako dziedzina (geo)fizyki.

2. Znajomość budowy Ziemi jako efekt badań sejsmologicznych.

3. Tektonika.

4. Mechanizm trzęsień ziemi.

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Geofizyka

• Fizyka skorupy ziemskiej sejsmologia geotermika magnetyzm ziemski

• Hydrologia

• Fizyka atmosfery

Nauka o Ziemi jako o ciele fizycznym.

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Historia geofizyki

W XIX w. geofizyka rozwijana głównie jako nauka teoretyczna (Maclaurin, Euler, Laplace, Gauss, Jacobi, Airy, Stokes)

Na przełomie XIX i XXw. wzrost znaczenia obserwacji i doświadczeń.

Wśród działów fizyki wnętrza ziemi na czoło wysuwa się sejsmologia. Odkryto strefy wnętrza ziemi (1930-40)

1957-1958 Międzynarodowy Rok Geofizyki

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Sejsmologia

Rozchodzenie się fal sejsmicznych i badanie przyczyn i mechanizmów trzęsień ziemi.

- stacja sejsmiczne – duża liczba danych pochodzących z naturalnych trzęsień,

- modele i metody obliczeniowe,

- sztuczne wywoływanie fal (kontrolowane eksplozje)

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Narzędzia

Sejsmograf – zasada działaniai rzeczywisty wygląd:

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Rodzaje fal sejsmicznych 1

Fale powierzchniowe

- Love’a

- Rayleigha

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Rodzaje fal sejsmicznych 2

Fale objętościowe

- P - podłużne

- S - poprzeczne

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Prędkości fal sejsmicznych

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Prędkości fal sejsmicznych

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Tory fal sejsmicznych

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Budowa Ziemi

Ze względu na właściwości fizyczne (prędkość fal sejsmicznych, ciśnienie, temperaturę) wyróżniamy:

- litosferę – najbardziej sztywna sfera kuli ziemskiej,- astenosferę

- zawiera fazę ciekłą,- występują w niej prądy konwekcyjne;

- mezosferę,- stan stały (wzrost ciśnienia)

- jądro zewnętrzne (stan ciekły) i środkowe.

Między skorupą a płaszczem – nieciągłość Mohorovičićia (1909).Między płaszczem a jądrem – nieciągłość Gutenberga (1914).

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Budowa Ziemi

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Teoria tektoniki płyt

Tektonika - dział geologii, nauka o budowie skorupy ziemskiej oraz o przyczynach, przebiegu i skutkach procesów prowadzących do jej deformacji.

Teoria tektoniki płyt – głównym czynnikiem ewolucji tektonicznej jest poziomy ruch płyt litosfery, ich kolizje i rozpad.

Teoria sformułowana w latach 60 XX w. Współcześnie jest powszechnie przyjmowana.

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Strefa ryftu

Przyczyna: - prądy konwekcyjne (wstę-pujące) w astenosferze.

Skutki: - tworzenie nowej litosfery,- oddalanie się płyt, - wulkanizm i sejsmiczność,- rowy tektoniczne (r. konty-nentalny)- grzbiety oceaniczne (r. ocea-niczny)

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Strefa subdukcji

Przyczyna: zderzanie się płyt litosfery.

Najczęściej płyta oceaniczna wchodzi pod kontynentalną.

Skutki:- powstawanie rowów oceanicznych,- wypiętrzanie gór,- wulkanizm i sejsmiczność- bardzo silne trzęsienia ziemi (np. tsunami z 2004 r.)

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Uskoki transformacyjne

Przyczyna: relaksacja naprężeń powstałych wskutek nierównomier-nego ryftu.

Skutki: aktywność sejsmiczna,trzęsienia ziemi (uskok San Andreas)

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Płyty litosfery, strefy subdukcji, strefy ryftu...

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Epicentra trzęsień ziemi

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Trzęsienia ziemi

Zdecydowana większość trzęsień – charakter tektoniczny.

Gwałtowne uwolnienie energii sprężystej związane z osiągnięciem krytycznych wartości naprężeń, zniszczeniem materiału skalnego, naruszeniem ciągłości ośrodka wzdłuż pewnych powierzchni i powstawaniem uskoków.

Teoria sprężystego odprężenia – sformułowana w 1906r. przez H. F. Reida na podstawie 50 letnich obserwacji wokół Kalifornii

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Trzęsienia ziemiRodzaje uskoków

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Trzęsienia ziemi

Wielkość trzęsienia ziemi:

Skala Richtera- wprowadzona przez Ch. F. Richtera w 1935r.- skala logarytmiczna,

Najsilniejsze trzęsienia ziemi: M=9,0 (Sumatra, 26 grudnia 2004), zginęło ponad 300 tys. osób M=9,2 (Alaska, 26 marca 1964), zginęło 125-131 osóbM=9,5 (Chile, 22 maja 1960), zginęło ok. 3000 osób.

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Trzęsienia ziemi

Straty ludzkie i materialne nie zależą bezpośrednio od magnitudy.

Przykład: dwa trzęsienia o M=7.

18 października 1989 koło San Francisco: z 92 wysokościowców uszkodzone dwa;

7 grudnia 1988 Spitak w Armenii: 58 miast i wsi całkowicie zniszczonych.

W celu porównywania skutków trzęsień wprowadzono np. 12-stopniową skalę Mercalego-Cancaniego-Sieberga

Proseminarium fizyki teoretycznej.

Przewidywanie trzęsień ziemi

Szczegółowa predykcja nie jest dziś możliwa. Prognozy długoter-minowe powstają na podstawie analizy cykli sejsmicznych.

Nie ma systemu monitorowania i wczesnego ostrzegania.

Metody:

-podejście statystyczne: czasowo-przestrzenne korelacje między trzęsieniami,

-zdalna obserwacja regionów sejsmicznych,

-obserwacje satelitarne (np. jonosfery),

-obserwacje zachowań zwierząt,

-pomiary składu wody (Islandia) – nowa metoda

Proseminarium fizyki teoretycznej.

PodsumowanieTrzęsienia ziemi są źródłem katastrofalnych zniszczeń.

Dzięki ich badaniom – wymuszonym przez potrzebę bezpie-czeństwa, możemy dowiedzieć się wielu ciekawych na temat budowy naszej planety.