Mi nem éreztük, de a műholdak „látták” a hatalmas márciusi japán földrengés hatását Magyarország területén.
Hazánk területe az elmúlt legalább fél évszázad legnagyobb rugalmas deformációját szenvedte el, a legnagyobb sebességgel és legnagyobb amplitúdóval mozgott az egész ország alatt a föld. Az eddig soha nem mért nagyságú, egész országra kiterjedő felszínmozgásokat a márciusi Mw=9 magnitúdójú Tōhoku-oki földrengés okozta. A Tōhoku-oki földrengés hullámaiból eredő mozgások, deformációk hazai detektálása, feltérképezése új, több szempontból világszinten is egyedülálló eredmény.
A földrengés és az általa keltett hullámok
2011. március 11-én, japán idő szerint 14:46-kor (05:46:23 UTC) 32 km mélyen, a tenger alatt 9.0 magnitúdójú földrengés pattant ki. A vetődés nagysága kb. 500-600 km hosszú és 200 km széles volt, a legnagyobb elmozdulás pedig a két lemez találkozásánál kb. 25-30 méter lehetett a becslések szerint (Ito és társai 2011). Mind az idevezető folyamatot, mind a mélyben lezajló eseményt felszíni űrgeodéziai (GPS) mérésekkel jól meg lehetett figyelni (erről annak idején az Űrvilágban is beszámoltunk, ld. az oldal alján). Ténylegesen a mélyben lezajlott elmozdulás becslését is a felszíni GPS mérésekből végezték el, többek között Miyazaki és munkatársai (2011).
A Tōhoku-oki földrengés közel kétszer akkora energiát sugárzott a Föld felszínére, mint a 2004-es indiai-óceáni földrengés (USGS 2011). A teljes energiafelszabadulás 600 milliószor nagyobb volt, mint a hirosimai atombombáé. A vetődések hatására a gömbhéjas felépítésű Földben rugalmas hullámok keletkeztek. A különböző hullámutat bejáró térhullámok (P, S), valamint a Föld felszíne mentén terjedő különböző felszíni hullámok (Love és Rayleigh) idővel elérték Európát és hazánkat is. Ezen hullámok okozta felszínmozgások feltérképezését sikerült elvégezni itthon, a rengés helyszínétől 9000 km távolságban, egyedülállóan nem csak Európában, hanem világszinten is.
Földrengéshullámok szemléltetése. Fentől lefelé: kétféle térhullám, a longitudinális P (primer) és a transzverzális S (szekunder) hullámok, valamint a Rayleigh- és Love-típusú felületi hullámok. (Animációk: Wolfram Research)
A földrengések detektálására hagyományosan szeizmográfokat használnak, és a rengések számos paraméterét is természetesen ezen észlelésekből határozzák meg. A szeizmográfok általában az adott pontban a gyorsulást mérik három térbeli komponensben. Egy földrengés rombolóképességét is egy adott pontban az ott bekövetkezett gyorsulás jellemzi a legjobban. Hazánk Nemzeti Szeizmográf Hálózata 6 szélessávú berendezésből áll. A szeizmográfok nem közvetlenül elmozdulást, deformációt, hanem gyorsulást mérnek. Hazánk nemzeti permanens GPS állomáshálózata (GNSSnet.hu) közel 6-szor sűrűbb, egyenletesen elosztott 35 pontból áll. Maguknak a mozgásoknak, deformációknak a feltérképezésére az űrgeodézia kedvezőbb lehetőséget biztosít. Mindemellett a nagy földrengések okozta elmozdulásokat, deformációkat GPS-szel a szeizmográfoknál pontosabban lehet meghatározni (Emore és társai, 2007). A kisebb, helyi eseményekre ennek természetesen a fordítottja igaz.
A feltérképezéshez szükséges űrtechnológia
A GPS (Global Positioning System) műholdas technológia tette lehetővé, hogy a földkéreg jelenkori mozgásait megismerjük, közvetlen mérésekkel feltérképezzük. A módszert tektonikai mozgások meghatározására hazánkban már több mint húsz éve alkalmazzuk. Ezekhez a ún. szélső pontosságokhoz speciális műszerek, mérési és adatfeldolgozási technika kell. Az észlelések napokig, hetekig tartanak, a tektonikus mozgások kellően pontos feltérképezése pedig akár évtizedeken át kell időről időre mérési kampányokat végrehajtani. Így mára már a Pannon-medencéről és tágabb környezetéről is pontos mozgástérképpel rendelkezünk (Grenerczy és társai 2000, 2005, valamint az Űrvilág korábbi cikkei – ld. lent).
Azonban egy földrengés és az általa keltett hullámok esetében a hagyományosnak nevezhető GPS geodinamikai űrtechnológia mind méréstechnikailag, mind adatfeldolgozás tekintetében alkalmazhatatlan. A relatív tektonikus mozgás a Pannon-medencében 1,3 mm/év, a földrengéshullám pedig több tízmilliószor nagyobb, közel 1 mm/s sebességű kéregmozgást okoz! A méréseket és az adatfeldolgozást is új idődimenzióban kellett átértelmezni. Másodpercenként kell adatokat rögzíteni, szimultán az egész országot lefedő állomáshálózattal. Éppen ezt csinálja folyamatosan a GNSSnet.hu. Azok a speciális feldolgozási eljárások, amik precíz elmozdulásokat állítanak elő ilyen gyors (egy másodperces) mintavételezésű adatokon, a mai napig fejlesztés és további finomítások alatt vannak.
Az első űrgeodéziai földrengéshullám-detektálás újkeletű: 2003-ban az alaszkai Denali földrengés esetében történt (Larson és társai 2003) először hasonló megfigyelés. Később a szumátrai rengés esetében Sohne és társai (2005) tapasztaltak bizonyos állomások között a vízszintes komponensben egyfajta felszíni hullám okozta elmozdulást, hatalmas távolságra az epicentrumtól. A Tōhoku-oki földrengés esetében közelről a japán GPS hálózat adataiból Grapenthin és Freymuller (2011) készített látványos térképet, ami egy korábbi Űrvilág cikkben is megtekinthető (ld. lent). Extrém nagy, 9000 km távolságban ennél százszor kisebb skálán való detektálásuk viszont egyedülálló. Ráadásul esetünkben nem csupán detektálásról van szó, hanem a hullámok okozta deformációk térbeli és időbeli áthaladásának precíz, távoli, háromdimenziós feltérképezéséről.
Folytatjuk a hazai eredmények bemutatásával!
Dr. Grenerczy Gyula (1,2), Jámbor Tamás (1), Ferenc Marcell (2) Kapcsolódó cikkek:
(1) Földmérési és Távérzékelési Intézet, Kozmikus Geodéziai Obszervatórium
(2) MTA-BME Fizikai Geodézia és Geodinamikai Kutatócsoport
Egy földrengés és szökőár anatómiája (1. rész)
Egy földrengés és szökőár anatómiája (2. rész)
Egy földrengés és szökőár anatómiája (3. rész)
A GPS technika csúcspontossága: kéregmozgás-vizsgálat (1. rész)
A GPS technika csúcspontossága: kéregmozgás-vizsgálat (2. rész)
Így mozog a földkéreg alattunk: az oroszlányi földrengés háttere
Az utóbbi évtizedek legnagyobb földmozgása itthon (2. rész)
Hihetetlennek tűnhet, hogy a Földtől több mint 20 ezer km-re lévő és közel 14 ezer km/óra sebességgel száguldó műholdak azok, amelyekkel közvetlenül a talpunk alatt lévő földkéreg számunkra érzékelhetetlenül lassú mozgásai kimutathatók és feltérképezhetők, de így van!
