Maanjäristys – syyt, magnitudi, seismologia ja tsunamit
Maanjäristykset — syyt, magnitudi, seismologia ja tsunamit: selkeä opas miten järistykset syntyvät, mitataan ja miten tsunamit sekä vahingot muodostuvat.
Maanjäristys on maapallon mannerlaattojen äkillinen liike tai tärinä, joka aiheuttaa maanpinnan järistyksen. Järistys voi vaurioittaa rakennuksia, infrastruktuuria ja maisemaa sekä herkästi rikkoa maan pintaa ja putkistoja.
Miten maanjäristykset syntyvät
Maanjäristykset johtuvat maankuoren jännityksen kertymisestä ja äkillisestä vapautumisesta. Eri mannerlaatat liikkuvat hitaasti toistensa suhteen ja voivat jäädä jumiin reuna-alueillaan, jolloin niihin kertyy jännitystä. Kun kynnys ylittyy, laatat liukuvat äkillisesti ja vapauttavat energiaa. Maanjäristyksen ensimmäistä repeämiskohtaa kutsutaan maanjäristyksen hypokeskukseksi eli polttopisteeksi. Epikeskus on maanpinnan tasolla oleva piste suoraan hypokeskuksen yläpuolella.
Aaltotyypit ja seismologinen tutkimus
Tektonisten laattojen äkillinen jännityksen purkautuminen lähettää energiaa paineaalloista ja leikkausaalloista, jotka kulkevat maan läpi ja pitkin pintaa. Tärkeimmät aallot ovat:
- P-aallot (primaariaallot): nopeimmat, etenevät paineaaltomaisesti ja kulkevat sekä kiinteän että nestemäisen aineen läpi.
- S-aallot (sekundaariaallot): kulkevat hitaammin kuin P-aallot, liikuttavat maata poikittain ja eivät kulje nesteissä.
- Pinta-aallot (esim. Rayleigh- ja Love-aallot): etenevät lähellä maanpintaa, aiheuttavat usein suurimman osan vahingoista rakennuksille.
Maanjäristyksiä tutkivia ihmisiä kutsutaan seismologeiksi, ja tutkimusala tunnetaan nimellä seismologia. Seismologit selvittävät järistysten syyn, toistuvuuden, tyypit, sijainnin (hypokeskus ja epikeskus) sekä voimakkuuden ja leviämisen maapallon sisällä.
Mittaaminen: seismometrit, seismografit ja magnitudi
Järistyksen liikkeet havaitaan ja tallennetaan laitteilla kuten seismometreillä, jotka rekisteröivät maaliikkeet ja tuottavat seismografin käyriä. Magnitudi kuvaa vapautetun energian määrää. Perinteinen Richterin asteikko on logaritminen asteikko, jonka kehitti Charles Francis Richter vuonna 1935: yhden yksikön nousu tarkoittaa noin 32-kertaista energiaeron suuruutta ja kymmenen portaista asteikkoa käytännössä ei saavuteta. Asteikolla 2 järistys on yleensä tuskin havaittavissa, kun taas magnitudi 5 tai yli voi aiheuttaa merkittäviä vahinkoja paikallisesti.
Nykyään suurten tapahtumien magnitudin mittauksessa käytetään usein momenttimagnitudia (Mw), joka antaa luotettavamman arvion vapautetusta energiasta suurissa järistyksissä. Pieniä maanjäristyksiä tapahtuu jatkuvasti — maapallolla sattuu päivittäin kymmeniä tuhansia pieniä järistyksiä, joista valtaosa on liian heikkoja tuntuvaksi.
Magnitudin ja intensiteetin ero
On tärkeää erottaa magnitudi ja intensiteetti. Magnitudi mittaa vapautettua energiaa ja on yksi luku tapahtumalle. Intensiivisyys sen sijaan kuvaa järistyksen vaikutuksia paikallisesti (esim. rakennusten vauriot ja ihmisten kokemukset) ja sitä mitataan esimerkiksi Mercallin vaikutusasteikolla. Sama järistys voi aiheuttaa eri intensiteetin eri etäisyyksillä ja maaperäolosuhteissa.
Syyt, syvyysero ja jälkijäristykset
Maanjäristysten syyt eivät rajoitu pelkästään mannerlaattoihin: ne voivat aiheutua myös siirtymistä kuoren sisällä olevissa rikkinäisyyksissä, tulivuoren toiminnasta tai ihmistoiminnasta (esim. vesivarastojen täyttö, poraustoiminta tai hydraulinen murtaminen). Järistyksen syvyys vaikuttaa havaittuun voimakkuuteen — matalat hypokeskukset aiheuttavat yleensä voimakkaampia vaikutuksia pinnalla. Usein pääjäristyksen jälkeen tulee jälkijäristyksiä (aftershocks), jotka voivat jatkua viikkoja tai kuukausia ja aiheuttaa lisävahinkoja; joskus tapahtuu myös edelläkävijäjäristyksiä (foreshocks).
Vaikutukset: tsunami, maanvyöryt, maaperän nesteytyminen
Meren alla tapahtuva maanjäristys voi synnyttää valtavan aallon, jota kutsutaan tsunamiksi. Tsunami voi aiheuttaa yhtä paljon tai enemmän tuhoa kuin itse järistys, erityisesti rannikolla. Maanjäristykset voivat myös aiheuttaa maanvyöryjä, maaperän nesteytymistä (liquefaction), tulipaloja rikkoutuneista putkistoista sekä infrastruktuurin pettämistä (siltoja, teitä, sähkö- ja vesiverkkoja).
Suuret järistykset ja ennustaminen
Suurimmat koskaan mitatut maanjäristykset ovat noin magnitudia 9–9,5 (esim. Chilen Valdivian maanjäristys vuonna 1960, magnitudi 9,5). Kymmenen magnitudin maanjäristystä ei ole koskaan havaittu eikä se ole käytännössä mahdollinen maan kivikovassa kuorikerroksessa. Tutkijat eivät toistaiseksi pysty ennustamaan tarkasti, milloin ja missä yksittäinen maanjäristys tapahtuu. Sen sijaan tiedämme riskialueet ja todennäköisyydet: maanjäristyksiä esiintyy useimmiten lähellä rikkonaisuuslinjoja ja laattareunuksia.
Varautuminen ja varoitusjärjestelmät
Vaikka tarkkaa ennustetta ei ole, nykyteknologia mahdollistaa osissa maailmaa varhaisvaroitusjärjestelmät, jotka havaitsevat järistyksen syntymisen ja lähettävät sekuntien–minuuttien mittaisia varoituksia läheisille alueille ennen voimakkaimpien aaltojen saapumista. Näitä käytetään mm. teollisuuden automaattiseen sammutukseen, junien pysäyttämiseen ja ihmisten evakuointiin rannikolta tsunamiuhan alla.
Perusohjeita maanjäristystilanteessa:
- Sisällä: ota suojaus – lievän peiton mukaisesti "drop, cover and hold on" (istu tai polvistu, suojaa pääsi ja kaula, pysy sylissä tai pöydän alla kunnes tärinä loppuu).
- Ulkona: pidä etäisyyttä rakennuksiin, sähköjohtoihin ja siltoihin.
- Rannikkoalueilla: jos saat tiedon tsunamiuhasta tai huomaat voimakkaan merenpinnan laskun tai pitkäkestoisen tärinän, siirry välittömästi korkeammalle maalle.
- Valmista hätäpakkaus: vesi, lääkkeet, lamppu, akut, radiovastaanotin ja tärkeät paperit.
Yhteenveto
Maanjäristykset ovat luonnollinen mutta monimuotoinen ilmiö: niiden syihin, aallonlaatuun ja vaikutuksiin liittyy monia tekijöitä, kuten laattojen liikkeet, hypokeskuksen syvyys ja paikallinen maaperä. Seismologia ja nykyaikaiset mittaus- ja varoitusjärjestelmät auttavat ymmärtämään ja vähentämään riskejä, mutta varautuminen ja asianmukaiset rakennusmääräykset ovat edelleen keskeisiä vahinkojen minimoimiseksi.
San Franciscon maanjäristys Kaliforniassa, joskus vuonna 1906.
Vyöhykkeet
Maanjäristysalueet ovat keskittyneet joihinkin osiin maailmaa. Ensimmäinen on Tyynenmeren vyöhyke, joka kiertää Tyynen valtameren ympäri. Tämä osa on suurin seismisestä vyöhykkeestä: siellä on eniten aktiivisia maanjäristyksiä ja eniten tulivuoria.
Toinen osa on Alpide-vyö. Siihen kuuluu seisminen toiminta Sumatralta Himalajalle, Etelä-Eurooppaan ja Pohjois-Afrikkaan sekä Atlantin valtamerelle.
Nämä vyöhykkeet ovat mannerlaattojen reunoilla. Tektoniset laatat työntävät toisiaan ja aiheuttavat suuria jännityksiä.
Suurimmat maanjäristykset vuodesta 1900 vuoteen 2017
Historia
Maanjäristykset iskevät joskus kaupunkeihin ja tappavat satoja tai tuhansia ihmisiä. Useimmat maanjäristykset tapahtuvat Tyynenmeren tulirenkaan varrella, mutta suurimmat järistykset tapahtuvat useimmiten muualla. Tektonisesti aktiiviset paikat ovat paikkoja, joissa maanjäristykset tai tulivuorenpurkaukset ovat varsin toistuvia.
Maanjäristyksen syyt
Maanjäristykset johtuvat maankuoren tektonisista liikkeistä. Tärkein syy on se, että tektoniset laatat ajavat toistensa päälle, mikä aiheuttaa orogeniaa (vuorten muodostumista) ja voimakkaita maanjäristyksiä.
Liikkuvien mannerlaattojen väliset rajat muodostavat maapallon suurimmat ruhjepinnat. Kun ne tarttuvat toisiinsa, laattojen välinen liike johtaa jännityksen kasvuun. Tämä jatkuu, kunnes jännitys nousee ja katkeaa, jolloin yhtäkkiä mahdollistuu liukuminen lukkiutuneen ruhjeen osan yli. Tällöin varastoitunut energia vapautuu paineaaltoina. San Andreaksen vyyhti San Franciscossa ja Rift Valleyn vyyhti Afrikassa ovat tällaisia vyyhtejä. 1. Tuliperäiset maanjäristykset: Tulivuorenpurkausten aiheuttamat maanjäristykset ovat varsin tuhoisia. Ne rajoittuvat kuitenkin alueille, joilla on aktiivisia tulivuoria. 2. Romahdusmajäristykset: Alueilla, joilla harjoitetaan voimakasta kaivostoimintaa, maanalaisten kaivosten katot romahtavat usein ja tapahtuu pieniä järistyksiä. Näitä kutsutaan romahdusmajäristyksiksi.
Maanjäristyksen vikatyypit
Maanjäristyksiä voi aiheuttaa kolmea eri geologista vyörytystyyppiä: normaali, käänteinen (työntö) ja liukuvoimainen vyörytys. Normaalijyrkkyydet esiintyvät pääasiassa alueilla, joilla maankuori laajenee. Käänteisiä vikoja esiintyy alueilla, joilla maankuori lyhenee. Jyrkkärakenteiset viat ovat jyrkkiä rakenteita, joissa vian molemmat puolet liukuvat vaakasuoraan toistensa ohi.
Malli muinaisesta seismometristä, jossa on maanjäristykselle herkkä heiluri. Luoyangissa vuonna 133 jKr. se havaitsi maanjäristyksen 400-500 km:n päässä.
Maanjäristysklusterit
Useimmat maanjäristykset ovat osa jaksoa, jotka liittyvät toisiinsa sijainnin ja ajan suhteen. Useimmat maanjäristysjoukot koostuvat pienistä järistyksistä, jotka aiheuttavat vain vähän tai ei lainkaan vahinkoa, mutta on olemassa teoria, jonka mukaan maanjäristykset voivat toistua säännöllisen kaavan mukaan.
Ennakkojäristys on maanjäristys, joka tapahtuu ennen suurempaa maanjäristystä, jota kutsutaan pääjäristykseksi.
Jälkijäristys on maanjäristys, joka tapahtuu edellisen maanjäristyksen eli pääjäristyksen jälkeen. Jälkijäristys tapahtuu samassa paikassa kuin pääjäristys, mutta sen voimakkuus on aina pienempi. Jälkijäristykset syntyvät, kun maankuori sopeutuu pääjäristyksen vaikutuksiin.
Maanjäristysparvet ovat maanjäristysten sarjoja, jotka tapahtuvat tietyllä alueella lyhyen ajan sisällä. Ne eroavat maanjäristyksistä, joita seuraa sarja jälkijäristyksiä, siinä, että yksikään järistys ei selvästikään ole järistyssarjan pääjärkytys, joten yksikään järistys ei ole selvästi suurempi kuin toinen. Esimerkki maanjäristysparvesta on Yellowstonen kansallispuistossa vuonna 2004 tapahtunut maanjäristys.
Joskus maanjäristysten sarja tapahtuu eräänlaisena maanjäristysmyrskynä, jossa maanjäristykset iskevät vyöhykkeisiin, joista kukin laukeaa edellisten maanjäristysten aiheuttaman järistyksen tai jännityksen uudelleenjakautumisen seurauksena. Nämä myrskyt ovat samanlaisia kuin jälkijäristykset, mutta ne kohdistuvat vierekkäisiin vianosiin, ja ne tapahtuvat vuosien kuluessa, ja jotkut myöhemmistä maanjäristyksistä ovat yhtä tuhoisia kuin ensimmäiset. Tällainen kuvio tapahtui Turkin Pohjois-Anatolian ruhjeessa 1900-luvulla.
Tsunami
Voimakkaiden maanjäristysten aiheuttama tsunami eli meressä nopeasti liikkuvien aaltojen ketju on erittäin vakava haaste ihmisten turvallisuudelle ja maanjäristystekniikalle. Aallot voivat tulvia rannikkoalueille, tuhota taloja ja jopa pyyhkäistä pois kokonaisia kaupunkeja. Tämä on vaaraksi koko ihmiskunnalle.
Valitettavasti tsunameja ei voi estää. On kuitenkin olemassa varoitusjärjestelmiä, jotka voivat varoittaa väestöä ennen suurten aaltojen saapumista maihin, jotta heillä on tarpeeksi aikaa rynnätä turvaan.
Maanjäristyksen kestävä
Maanjäristyksen kestävät rakennukset on rakennettu kestämään maanjäristyksen tuhovoimaa. Tämä riippuu rakennuksen rakennetyypistä, muodosta, massan jakautumisesta ja jäykkyydestä. Käytetään erilaisia yhdistelmiä. Neliön, suorakaiteen ja kuoren muotoiset rakennukset kestävät maanjäristyksiä paremmin kuin pilvenpiirtäjät. Jännityksen vähentämiseksi rakennuksen pohjakerros voidaan tukea erittäin jäykillä, tyhjillä pylväillä, kun taas muu rakennus tuetaan joustavilla pylväillä tyhjien pylväiden sisällä. Toinen menetelmä on käyttää rullia tai kumityynyjä erottamaan peruspilarit maasta, jolloin pilarit tärisevät maanjäristyksen aikana samansuuntaisesti toistensa kanssa.
Jotta katto ei romahtaisi, rakentajat tekevät katon kevyistä materiaaleista. Ulkoseinät tehdään vahvemmista ja lujitetuista materiaaleista, kuten teräksestä tai teräsbetonista. Maanjäristyksen aikana joustavat ikkunat voivat auttaa pitämään ikkunat kasassa, jotta ne eivät rikkoudu.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on maanjäristys?
V: Maanjäristys on maapallon tektonisten laattojen äkillinen liike tai värähtely, joka saa aikaan maan tärinää. Tämä järistys voi tuhota rakennuksia ja rikkoa maapallon pintaa.
K: Mikä aiheuttaa maanjäristyksiä?
V: Maanjäristykset johtuvat häiriöistä maapallon tasapainossa. Eri mannerlaatat liikkuvat hitaasti toistensa ohi. Kun ne jäävät jumiin, niihin kertyy jännitystä, ja kun tämä jännitys yhtäkkiä purkautuu, se aiheuttaa maanjäristyksen.
K: Kuka tutkii maanjäristyksiä?
V: Maanjäristyksiä tutkivia ihmisiä kutsutaan seismologeiksi. He tutkivat maanjäristysten syytä, toistuvuutta, tyyppiä ja kokoa sekä niiden vaikutuksia ihmisiin ja omaisuuteen.
K: Miten maanjäristyksen voimakkuus mitataan?
V: Maanjäristyksen voimakkuus tai suuruus mitataan Richterin asteikolla, jonka keksi Charles Francis Richter vuonna 1935. Se vaihtelee välillä 0-10, jolloin 2 on tuskin havaittavissa ja 5 (tai enemmän) aiheuttaa vahinkoa laajalla alueella. Suurin koskaan mitattu järistys oli 9,5, mutta 10:tä ei ole koskaan aiemmin mitattu tällä asteikolla.
Kysymys: Voimmeko ennustaa, milloin maanjäristys tapahtuu?
V: Tutkijat eivät voi ennustaa maanjäristystä ennen kuin se tapahtuu, mutta he voivat tunnistaa alueet, joilla voi tapahtua maanjäristyksiä, kuten lähellä rikkonaisuuslinjoja, jotta ihmiset voivat varautua niihin, jos ne tapahtuvat kyseisillä alueilla.
K: Millaista tuhoa maanjäristys voi aiheuttaa?
V: Maanjäristykset voivat aiheuttaa tuhoa rakennuksille ja rikkoa maan pintaa sekä synnyttää valtavia aaltoja, joita kutsutaan tsunameiksi ja jotka voivat aiheuttaa yhtä paljon tuhoa kuin itse maanjäristys, sekä maanvyöryjä, jotka voivat vahingoittaa maata ja omaisuutta entisestään.
Etsiä