Völgyesi L.: Tengerrengések és a geodézia Rédey szeminárium MFTTT Geodéziai Szakosztály, 2010. március 4. (BME, Kmf.16. Oltay terem) A korábban meghirdetett előadásnak a 2010. február 27.-én Chile partjainál kipattant hatalmas M=8.8 Richter magnitudójú földrengés és ennek következtében kialakult cunami adta meg a szomorú aktualitását. Alig néhány éve, 2004. december 26.-án következett be minden idők egyik legpusztítóbb, csaknem 300000 ember életét követelő rengése és cunamija. Közben még folynak a mentési munkálatok Haitin a 2010 január 12.-i pusztító földrengést követően, és máris egy újabb természeti katasztrófa teszi aktuálissá azt a kérdést, hogy változik-e a Földünk tektonikus aktivitása; az utóbbi időkben növekszik-e a szeizmikus események, a földrengések és a tengerrengések száma? A kérdésre rövid időtartamot tekintve nehéz, közepes és hosszú időtartamokat tekintve könnyű válaszolni. Ma már éppen a globális léptékű geodéziai (GPS, VLBI) mérések pontosságának a korábbi elképzeléseinket messze felülmúló növekedése teszi lehetővé a lemeztektonikai mozgások sebességének akár cm alatti pontosságú meghatározását. Akár a mérések, akár az elméleti megfontolások szerint ezek az 1. ábrán látható sebesség-értékek néhány ezer éves időskálán számottevően nem változnak, emiatt a tektonikus aktivitás sem változhat jelentősen. Más a helyzet a geológiai időskálát tekintve. Biztosan lehet állítani, hogy a sokmillió éves időskálán már nem lehet állandó a tektonikus aktivitás, hiszen a kontinentális lemezterületek ütközése során, a nagy hegységképződési fázisok idején átformálódik a lemezek teljes mozgásrendszere. Az emberi élettartamhoz mérhető egészen rövid időskálán elképzelhetők egyenetlenségek, annál jelentősebbek, minél rövidebb időtartamokat vizsgálunk (pl. 2010. február 27.-én nyilvánvalóan jelentősen megnövekedett a tektonikus aktivitás a 2010. február 26.-i állapothoz képest). Ebből viszont nem lehet arra következtetni, hogy korunkban változik, növekedik az ilyen jellegű természeti katasztrófák száma. 1. ábra. Lemeztektonikai mozgások sebessége 1
Érdemes foglalkozni a tengerrengések keletkezésének okával. Tengerrengések, cunamik kizárólag olyan földrengések esetén (esetleg nagyobb meteoritok tengerbe csapódása során) keletkeznek, amikor valamely megfelelően nagy erősségű földrengés epicentruma tenger alatt található, és olyan geológiai elmozdulás jön létre, amely hirtelen megmozdítja a fölötte lévő teljes víztömeget. Példa látható erre a 2. ábrán (ami egyúttal akár a február 27.-i cunami keletkezésének modellje is lehet). Az ábra felső részén a kontinens alá gyűrődő óceáni litoszféra lemez deformálja (a nyíllal jelölt irányban elforgatja) a felette lévő, vele összetapadó kontinentális lemezperemet, és a deformáció során hatalmas feszültségek keletkeznek az összetapadt nyírási zónában. Amikor ezek a feszültségek elérik a kőzetek törési szilárdságát, a kőzetek a nyírási zónában eltörnek, a kontinentális litoszféra lemez visszapattan és ezzel hirtelen megmozdítja a fölötte lévő teljes víztömeget. A 3 ábrán a geodéziai mérések ténylegesen alátámasztják a 2. ábrán látható modellt, amelyen az 1923. évi kantói földrengés során észlelt magasságváltozások láthatók. Az ábra tanúsága szerint a legnagyobb süllyedések a sziget belső részén elérték a 80 cm körüli értéket, míg az óceán felőli oldalon 1.5 m-es magasságváltozást is mutattak a geodéziai mérések, - vagyis a sziget óceán felőli része visszafordult az eredeti helyzetébe, és megmozdította a mellette illetve fölötte lévő teljes óceáni víztömeget. Ez a hatás (hullám) terjed szét a világ óceánjain a 4. ábrán látható modell szerint. 2. ábra. Tengerrengés kipattanása 3. ábra. Magasságváltozások az 1923-as kantói rengést követően 2
A hullám a terjedése során a h vízmélység függvényében változtatja a v terjedési sebességét ( v = g / h ), az l hullámhosszát és a d hullámmagasságát (amplitúdóját). Különböző vízmélységhez tartozó értékeket láthatunk az 1. táblázatban. A táblázat adatai szerint a tengerrengések hullámait nyílt óceáni területeken a hajókon biztosan meg sem lehet érezni, partok közelében viszont, a kisebb vízmélység miatt a hullámterjedés jelentősen lelassul, a hullámhossz lerövidül és az amplitúdó veszélyesen megnő. h (mélység) [m] 1. táblázat. Hullámterjedés a h vízmélység függvényében v (hullámsebesség) [km/óra] l (hullámhossz) [km] 7000 943 282 0.1 0.3 4000 713 213 0.1 0.3 2000 504 151 200 159 48 50 79 23 10 36 10.6 5 30 d (hullámmagasság) [m] 4. ábra. Cunami hullámok keletkezése, a hullámok terjedése Fontos ismerni a parti hullámzás lefolyását a cunamik esetében. Az 5. ábrán az eddig regisztrált legerősebb (1960-as chilei M=9.5 méretű) földrengés által keltett cunami hullámait láthatjuk tőle kb. 11 000 km távolságban a Csendes-óceáni Hawaii szigeté- 3
nek Hilo kikötőjében. Látható, hogy nem feltétlenül az első hullám jelentkezik a legnagyobb amplitúdóval, az adott példában a cunami helyi észlelését követően csupán egy óra múlva érkezett a kikötőt elpusztító legnagyobb hullám. 5. ábra. Cunami hullámok Hawaii Hilo kikötőjében az 1960-as Chilei rengést követően Napjainkban a speciális geodéziai műholdak segítségével már részleteiben is jól követhető a hullámok kialakulása és terjedése. A 6. ábrán a 2004-es szumátrai földrengés által keltett hullámok helyzete látható a rengés kipattanását követő 2. órában a Jason-1 altiméteres műhold mérései alapján. 6. ábra. Hullámok terjedése a Jason-1 műhold mérései alapján 2004-ben 4
A kérdéskört érintő legfontosabb feladat a tengerrengések előrejelzése. Amennyiben az Indiai-óceánon is ki lett volna építve megfelelő riasztórendszer, 2004 decemberében nem kellett volna meghalni csaknem 300000 embernek, és a mostani chilei regés esetén is feltételezhetően a riasztás hiánya okozta a közelben lévő Constitucion halászfaluban több mint 300 ember halálát. Egyébként a ma már működő riasztórendszer alapelve igen egyszerű: az óceánok fenekén igen érzékeny nyomásváltozás mérőket helyeznek el, amelyek a tengerrengések esetén érzékelik a víztömeg elmozdulását és ezt rádiókapcsolaton keresztül közlik a vízfelszíni bójákon elhelyezett rádió adó-vevővel, amely az információt azonnal továbbítja a megfigyelő műholdrendszer közbeiktatásával a partok menti riasztó állomásokra. 5