MECHANIKAI HULLÁMOK - FÖLDRENGÉS 2004. DECEMBER 2004. december 23-án az ausztrál partoktól mintegy 500 km-re délkeletre hatalmas, 8,1 magnitúdójú földrengés rázta meg a Macquarie-szigetek környékét. Joggal gondolhattuk, hogy ez „2004 földrengése, hiszen ilyen méretű földrengés átlagosan évente, ha egyszer előfordul. Három nappal később azonban Észak-Szumátra nyugati partjai mentén újabb, 9,0 magnitúdójú földrengés pattant ki. Ez már a világon ismert legnagyobb földrengések közé tartozik, amire utoljára 40 éve volt példa Alaszkában. Az igazi katasztrófát azonban nem is közvetlenül a földrengés, hanem az azt követő szökőár okozta. A szökőár sok áldozatot követelt és óriási károkat okozott Srí Lankán, Indiában, Thaiföldön, Szomáliában, Mianmarban, Malajziában, a Maldív-szigeteken…

2. EPICENTRUM Magának a földrengésnek az epicentruma (hullámforrás) az Indiai-óceán területén. A legközelebbi: 250 km-re lévő Banda Aceh és 310 km-re lévő Medan szumátrai városokon kívül nagy területen volt érezhető a rengés.

3. A HÁTTÉR Földünk viszonylag békés bolygó, ezt mi sem bizonyítja jobban, mint az amúgy sérülékeny élet több millió éve fenn tudott maradni rajta. Ez azonban nem jelent változatlan állandóságot. Tektonikai folyamatok zajlanak, amelyek évmilliók alatt átrendezik a Föld felszínét, óceánok keletkeznek és tűnnek el, kontinensek szakadnak szét, szárazföldek vándorolnak és ütköznek, egymásnak feszülnek (energia-felhamozódás). Ezekre az évente mindössze néhány centiméternyi elmozdulásokra egy kísérőjelenség emlékeztet bennünket állandóan: naponta több ezer kisebb-nagyobb földrengést regisztrálnak valahol a világon az érzékeny földrengésmérő hálózatok. Ez általában csak a szakembereket érdekli. Amikor azonban lakott területekhez közel, nem túl nagy mélységben keletkezik földrengés, azt az emberek (az állatok is) érzik, s egy-egy nagyobb rengés károkat is okozhat az épített környezetben. Néha a kár mértéke nagy, sőt emberáldozatok is vannak. Ilyenkor katasztrófáról tájékoztatnak a hírügynökségek.

l

A katasztrófát azonban soha nem közvetlenül a földrengés, hanem mindig a közvetett hatások okozzák: a rosszul megépített épületek ledőlnek, tűzvész alakul ki, földcsuszamlások keletkeznek, vagy néhány nagy tenger alatti rengés után szökőár „indul be”. 4. MAGYARÁZAT I: A földrengés a Föld szilárd kérgében bekövetkező törés, amelynek során jókora energia szabadul fel. Ennek egy része rugalmas hullámok formájában kisugárzódik, és a forrástól több ezer kilométer távolságra is eljut. Mintegy 5 magnitúdónál nagyobb rengéseket már a Föld bármely pontján mérni lehet az érzékeny földrengésmérő berendezésekkel. A földrengések eloszlása a Föld felszínén nem egyenletes, döntő többségük jól körülhatárolható keskeny zónában keletkezik. A legaktívabb a Csendes-óceán körüli övezet.

5. AZ ENERGIA Az indiai-lemez és a Burmai-mikrolemez találkozása mentén, a Sunda-ároknál keletkezett a legutóbbi gigantikus méretű földrengés, amelynél az elmúlt száz évben csak három volt nagyobb. A földrengés során mintegy 2•1018 joule energia szabadult fel. Ez huszonháromezer hirosímai atombomba energiája. 6. MAGYARÁZAT II. A szeizmogramok alapján végzett előzetes számítások szerint a földrengést okozó törés 1200-1300 km hosszan, a Sunda-árokkal párhuzamosan történt. Jelentős mértékű függőleges elvetődés a törésnek kb. 400 km-es szakaszán volt, melynek maximuma 20 m-nyi lehetett. A repedés 2 km/s sebességgel következett be, tehát a fő törési folyamat mindössze 3-4 perc alatt zajlott le. A kéreglemez felszínén – a tengerfenéken – néhány méteres volt az elmozdulás függőleges komponense. Ez lódította meg a mintegy 6000 m vastag víztömeget.

7. A CUNAMI A cunami kifejezés szó szerinti jelentése „kikötő hullámot” jelent (japán). A cunami rendkívül nagy hullámhosszúságú és periódusidejű hullám, amely akkor alakul ki, amikor a tenger vízszintje valamilyen impulzusszerű erő hatására elmozdul. A jelenséget elsősorban földrengések okozzák, de tenger alatti földcsuszamlások, vulkánkitörések vagy nagyobb meteoritbecsapódások is kelthetnek szökőár-hullámokat. A magyar szökőár szó nagyon kifejező, hiszen a több tízperces vagy akár órás periódusidőt a parti észlelő inkább árvízként éli meg, mint egyszerű hullámként. A szökőár hullámainak fizikai jellemzői alapjaiban különböznek a hétköznapi, általában szél keltette hullámokéitól. A különbség abból adódik, hogy míg a szél keltette hullámzás felületi hullámokat jelent, vagyis csak néhány, vagy néhány tíz m mélységig mozog a víz, addig a cunami keletkezése során a teljes, több kilométer vastag víztömeg megmozdul (térbeli hullám).

Bár a cunami amplitúdója a nyílt tengeren általában csak deciméter nagyságrendű, a periódusideje és a hullámhossza rendkívül nagy. Míg a szél keltette hullámok 5-20 másodperc periódusidejűek és 100-200 m hullámhosszúak, addig a cunami periódusideje 10-120 perc, a hullámhossza pedig meghaladhatja az 500 km-t. Ennek következménye az, hogy a hajók a nyílt óceánon észre sem veszik a cunamit, mert számukra ez csak néhány dm vízszintingadozást jelent 0,5-1 óra alatt. Mivel a vízmélység és a cunami hullámhosszának aránya kicsi, viselkedése hasonló a sekély vizek hullámaiéhoz, azaz a sebessége arányos a vízmélységével. A hullámok csillapodása a hullámhosszal fordítottan arányos, ezért a cunami képes több ezer kilométer távolságra is eljutni egészen csekély energiaveszteséggel. A nyílt óceánon – 6000 m-es vízmélységet feltételezve – a a hullám terjedési sebessége az utasszállító repülőgép sebességével összemérhető érték, 874 km/h. Ekkor az amplitúdó mindössze néhány dm, amely csak a legkorszerűbb űrgeodéziai módszerrel figyelhető meg.

A partközeli sekélyebb vízhez érve a cunami fizikai jellemzői azonban nagyon megváltoznak: 50 m-es vízmélységnél a hullám sebessége már csak 80 km/h lesz, s mivel az összes energia állandó, a hullám amplitúúdója jelentősen megnövekszik. A hullám végül a partot szökőárként éri el, melynek magassága különleges esetekben több tíz méternyi is lehet. 8. VÉDEKEZÉSI LEHETŐSÉGEK Bár sokat tudunk a földrengésről, nem tudjuk azonban előre jelezni a földrengések kipattanási idejét. Nem lehet megfelelő pontossággal prognosztizálni, ugyanis hogy egy lassú, több évtizedig tartó, 1 cm/év sebességű elmozdulást kísérő feszültség-felhalmozódás hatására mikor következik be a törés, az igen változatos a földkéregben. Meg lehet azonban határozni a földrengés kockázatát és ennek ismeretében előzetes felkészüléssel a károk és a veszteségek csökkenthetők.

Japánban, Kaliforniában, ahol szinte mindennapos élmény a földrengés, azt tanácsolják, hogy ne meneküljenek, hanem asztal alá bújva, ajtóátjáróba állva védjék meg magukat az esetlegesen leeső tárgyak, épületelemek ellen. A szökőár esetében egészen más a helyzet. A földrengés után 0,5-1 órányi menekülési idő még a legközelebbi partokon is van az árhullám megérkezéséig. Mindenképpen szükséges a partról magasabban fekvő területekre menni. A cunami első hulláma néha negatív amplitúdójú, azaz apályjelenség tapasztalható a parton. Ilyenkor semmiképp sem csodáljuk a szárazon maradt tengerfeneket! Japánban és az Amerikai Egyesült Államok csendes-óceáni partján több éve szökőárriasztó rendszerek működnek. Ezek első és legfontosabb elemét olyan szeizmológiai monitoring rendszerek alkotják, amelyek a földrengések kipattanása után néhány percen belül meghatározzák a rengések hipocentrumát, magnitúdóját, a fészekmechanizmust.

Ha a rengés tenger alatt, nem nagy mélységben keletkezik, s magnitúdója meghalad egy küszöbértéket (pl. 7-nél nagyobb), fészekmechanizmusában pedig jelentős a függőleges elmozdulás, akkor komoly esély van szökőár kialakulására. A kialakult szökőár terjedése tenger alatti nyomásmérő érzékelőkkel, műholdas megfigyeléssel is követhető. A lakosság riasztása a helyi hatóság feladata. Készült az ÉT-ben megjelent szakcikk nyomán (2005/4)