Az utóbbi évtizedek legnagyobb földmozgása itthon (2. rész)
(Rovat: Földmérési és Távérzékelési Int., Navigáció és térképészet , Katasztrófák ellen - 2011.10.22 08:15.)

Az epicentrumtól 9000 km-re, a hazai GPS állomáshálózat mérései alapján sikerült kimutatni a márciusi japán földrengés okozta deformációkat Magyarország területén.

A hazai eredmények

Az alábbi ábra szemlélteti egy hazai GPS állomáson a földrengést megelőző napon és a földrengés napján, a hullámok áthaladásának idején számított koordináta-változásokat a három koordináta-komponensben (észak-dél, kelet-nyugat és magasság). Az adatokból könnyen kimutatható, hogy a földrengéshullám okozta rugalmas kéregmozgás sebessége esetünkben 31 milliószorosa a helyi tektonikára jellemző értéknek. Akár 8 cm elmozdulást is tapasztalhatunk 1 perc alatt. Ezzel a GPS geodinamika teljesen új idődimenzióba lépett.

Egy GPS állomás pozíciójának változása egy órán keresztül, nagy időfelbontású (1 másodperces) GPS adatok alapján, a földrengést megelőző napon (fent) és másnap ugyanabban az időben (lent), a földrengés hullámainak megérkezésekor. Az első, földrengés előtti nap görbéiről a mérésekre jellemző zajszintről szerezhetünk információt. A függőleges tengelyről az állomásra jellemző referencia (0) értéktől való eltérés olvasható le, egy nagy osztás 0,02 m = 2 cm.

Az első jeleket a transzverzális térhullámok beérkezése okozza ~6:09-től. Az első felszíni hullám, a Love-típusú, ~6:19-kor éri el az országot, míg ~6:24-től a felszínt három dimenzióban deformáló Rayleigh-típusú hullám éri el a térséget, s a magassági komponensben is jelentős süllyedést és emelkedést produkál. 2011. március 11-én 6:27:50 és 6:28:50 között például 1 perc alatt több mint 7 cm-t emelkedett az ország a Rayleigh-hullám hatására. Az ehhez fogható mértékű elmozduláshoz több tízmilliószor nagyobb időre van szükség ma a hegységeket építő tektonikus erőknek pl. az Alpok esetében. Esetünkben azonban a deformáció rugalmas, míg a hegységképződés esetén maradandó.

6:09-től a transzverzális térhullámok különböző komponensei érkeznek be és deformálják a Föld felszínét. Ez az egész ország területén időben igen közel jelentkezik, ami nagyon nagy látszólagos terjedési sebességre utal. Ennek oka az alulról történő, vertikálishoz közeli szögű beérkezés. Így horizontális mozgást detektálunk több, a földköpenyben és külső magban terjedő, visszaverődő transzverzális hullámkomponens esetében. A S térhullámok északkelet-délnyugati irányú kéregdeformációt okoztak.

Az összes állomás adatából a transzverzális térhullám okozta deformáció egy pillanatfelvétele, amikor épp északkelet felé húzza szét az országot. Hatására kis időre 3 cm-rel lett szélesebb majd keskenyebb az ország. Felül a GNSSnet.hu állomások vízszintes, alul a függőleges elmozdulásai, a kiválasztott referenciaponthoz (Nagykanizsa) képest. A deformáció nagyságát a nyilak hosszúsága jelzi. Az időpont: 6:11:25 UTC. (A kép nagyobb felbontásban itt elérhető.)

6:19-től jól látható az első felszíni hullámok beérkezése. Ezek Love-típusú horizontális, esetünkben északnyugat-délkeleti irányú elmozdulásokat okozó földrengéshullámok. A legnagyobb ÉK-DNy-i horizontális kitérések között 7-7,2 cm a detektált legnagyobb elmozdulás kb. 1 perc alatt, a két szélső kitérés között. Az áthaladás ÉK-i irányból jól látható, hiszen felszíni hullám: a Föld felszínén Japán felől érkezik a Pannon-medencébe. Diszperzív, de a legnagyobb deformációt okozó komponens terjedési sebessége 4,2 km/s nagyságúnak becsülhető. Az ÉK-ről beérkező Love-hullám közel 1 perc alatt éri el Közép-Magyarországot. Ezt a pillanatot az alábbi ábra mutatja.

Az összes állomás adatából az északkeletről érkező a Love típusú felületi hullám okozta deformáció egy pillanatfelvétele, amikor épp Közép-Magyarországra érkezik és Kelet-Magyarországot kb. 3 cm-rel ÉNy irányba rántja a Dunántúlhoz képest. Felül a vízszintes, alul a függőleges elmozdulások. Az időpont: 6:21:35 UTC. (A kép nagyobb felbontásban itt elérhető.)

A Rayleigh-hullám három dimenzióban deformálja a földkérget. Horizontálisan ÉK-DNy-i irányban mozgatta meg hazánkban a földfelszínt, s emellett a földkéreg emelkedett és süllyedt is. A magassági mozgás maximumai között 8 cm volt a legnagyobb eltérés. Ekkora elmozdulást a Rayleigh-hullám kb. 1 perc alatt generált, a terjedési sebességére 3,8 km/s érték becsülhető.

Az összes állomás adatából a Rayleigh-hullám okozta deformáció egy pillanatfelvétele három dimenzióban. A vertikális deformáció (alul) már a Dunántúlon jár, megemeli az ország nyugati részét átlagosan 4 cm-rel, míg a vízszintes deformáció (felül) éppen eléri Közép-Magyarországot és ÉK felé széthúzza az országot. Az időpont: 6:27:10 UTC. (A kép nagyobb felbontásban itt elérhető.)

Az itt letölthető gyorsított vágatlan filmen megnézhetik a nagy időfelbontású, egy másodperces GPS adatokból számított precíz vízszintes és magassági deformációkat, amit a Tohoku-oki földrengés hullámai okoztak Magyarország területén. 6 óra 9 perctől a transzverzális térhullámok különböző komponensei érkeznek. 6 óra 19 perctől a Love-típusú horizontális deformációt okozó felszíni hullám, míg 6 óra 25 perctől a Rayleigh-típusú, háromdimenziós elmozdulást generáló felszíni hullám érkezik és halad át az országon. A nyilak az adott állomáson, az adott időpillanatban az elmozdulás irányát és nagyságát jelentik.

A Tōhoku-oki földrengés okozta deformációk, a Rayleigh-hullám és a transzverzális hullámkomponensek extrém nagy távolságban való űrgeodéziai detektálása egyedülálló a világon. Ráadásul esetünkben nem csupán detektálásról van szó, hanem a hullámok okozta deformációk térbeli és időbeli áthaladásának feltérképezéséről. A távolságot, a felbontást és a pontosságot tekintve világszinten is egyedülállóak az itt bemutatott eredmények.

Miért nem éreztük, miért nem voltak károk?

Magyarországon történnek nagy károkat okozó földrengések. A fent bemutatott földrengéshullámok áthaladása lényegesen nagyobb kéregmozgásokkal járt, mint a helyi károkat okozó rengések, például a 2011-es oroszlányi rengés. Azonban a jóval nagyobb elmozdulás sokkal hosszabb idő alatt zajlott le, nem hirtelen, és nagyobb területen jelentkezett. A károkat okozó oroszlányi rengés meglehetősen lokális volt, nem remegett bele az ország, és az általa okozott mozgás is messze kisebb volt. Az epicentrum közelében a károkat nem az elmozdulás nagysága, hanem a relatíve nagy gyorsulás okozta. A fenti mozgásokat viszont a kisebb gyorsulás miatt az ember nem érezte, érzékenyebb műszerek, mérlegek sokáig jelezték, hogy valami „más”, mint a megszokott. A földkéreg mozgott alattunk, a hatalmas Tōhoku-oki földrengés hullámai haladtak át, amik különösen nagymértékű rugalmas elmozdulásokat okoztak világszerte.

A nagy időfelbontású GPS adatok alkalmazási területei

Az itt bemutatott nagy időfelbontású, precíz műholdas GPS mozgásvizsgálatok elősegítik a földrengések okozta elmozdulások pontosabb detektálását, a földrengés során és utána keletkezett deformációk feltérképezését, elkülönítését. A legfontosabb, hogy pontosabb, gyorsabb földrengésparaméter-meghatározást tesz lehetővé, segítve a pontos, korai figyelmeztetést, valamint lehetővé teszi a fészekben zajló mozgások jobb megértését. A fenti nagy időfelbontású GPS adatok és feldolgozásuk számos egyéb területen is alkalmazhatók. Ilyenek például a légkör vizsgálata, a troposzféra esetében a kihullható páratartalom, az ionoszférát tekintve a teljes elektrontartalom meghatározása. Ez a meteorológiát, valamint a naptevékenység és hatásai feltérképezését segíti. A katasztrófa-megelőzés is igen jelentős alkalmazási terület. Hasonló GPS adatok a földmozgások, vulkánkitörések tanulmányozásában, előrejelzésében, a földcsuszamlások vizsgálatában, valamint a nagy fontosságú létesítmények stabilitásának monitorozásában használhatók sikerrel.

Dr. Grenerczy Gyula (1,2), Jámbor Tamás (1), Ferenc Marcell (2)
(1) Földmérési és Távérzékelési Intézet, Kozmikus Geodéziai Obszervatórium
(2) MTA-BME Fizikai Geodézia és Geodinamikai Kutatócsoport