Egy földrengés és szökőár anatómiája (1. rész)
(Rovat: Katasztrófák ellen, A GPS rendszer - 2011.03.30 12:15.)

Cikksorozatunkban a 2011. márciusi 9.0 magnitúdójú Tōhoku földrengés és az azt követő szökőár hátteréről, eseményeiről olvashatnak, sok űrkutatási vonatkozással. Az első részben a kiváltó okot, a kéregmozgást ismerhetik meg.

A természet nukleáris energiával fűt. Földünk belsejében a hő kb. 80%-ban radioaktív anyagok bomlásából keletkezik, a többi 20% a bolygó keletkezésének korából maradt ránk. Ez a hő a gömbhéjas felépítésű Föld középső, legnagyobb gömbhéjában, a köpenyben hatalmas anyagáramlatokat indít és tart fenn, amit termikus konvekciónak nevezünk. A Föld külső, merev kőzetburka a litoszféra. A termikus konvekciók, azaz a hőmérséklet hatására létrejövő anyagáramlatok a kőzetlemezekre osztott litoszférát folyamatos mozgásban tartják. Ezt nevezzük lemeztektonikának, ennek tudható be a földrengések, vulkánok, medencék, hegységek keletkezése, s közvetve az emberi léthez kapcsolódóan még sok-sok minden.

A kéregmozgás

A kőzetlemezek mozgását ma már korszerű űrgeodéziai eszközökkel térképezzük fel és követjük nyomon a világ minden táján, Japánban és hazánkban is. Kéregmozgás vizsgálatára hálózatokat telepítünk, nagypontosságú GPS műholdas méréseket végzünk. A pozíció változása, a pontok sebessége meghatározható, ezzel térképezzük fel a földkéreg jelenkori mozgásviszonyait. A japán földrengés esetére vonatkozóan a Minami Tori Shima korallzátonyról is vannak GPS műholdas mérések, amiből ismerhetjük, hogy a Csendes-óceáni-lemez és az Ohotszk-lemez 90 mm/év sebességgel közeledik egymáshoz a Japán-árok, mint lemezhatár mentén. A Japán-szigetek ezen része rajta ül az Ohotszk-lemezen. Az ország a műholdas kéregmozgás-vizsgálatok alapján a földrengés előtt 17-20 mm/év sebességgel nyomódott össze kelet-nyugati irányban. Összehasonlításul: az Adriai-mikrolemez 2,5-4,5 mm/évvel közeledik felénk, s a Pannon-medence 1,5 mm/évvel nyomódik össze a GPS méréseink alapján.

Japánban a GSI Intézet létrehozta a GEONET nevű GPS hálózatot a kéregmozgás vizsgálatára, amely több mint 1200 folyamatosan észlelő állomásból áll. A jelenkori kéregmozgást ennek az 1200 állomásos GPS hálózatnak a folyamatos méréseiből vektorokkal, nyilakkal – melyek a mozgás irányát és nagyságát jelzik – szemléltethetjük (felső ábra). Itt a kéreglemezek határa is jelölve van. Ezekből az adatokból a japán GSI intézet által létrehozott animáció (alsó ábra) pedig mozgásban mutatja, hogyan deformálódik Japán.

(Kép: GSI)

Az animáció itt megtekinthető.

A végbemenő tektonikai folyamat, azaz a földrengés közvetlen eredetét az alábbi ábrán és videón érthetjük meg. Az IRIS szeizmológiai szövetség animációja igen szemléletesen mutatja be azt a tektonikai folyamatot, ami a földrengést okozza: magát a rengést, valamint annak a GPS-es kéregmozgás-megfigyelésekhez való viszonyát. Valójában ez utóbbiból lehetett a bemutatott, a mélységben lezajló tektonikai folyamatra megfigyelést és következtetést tenni.

Az animáció itt megtekinthető.

Az animáción magassági szelvényben látható a mélyben zajló folyamat, amely szerint a Csendes-óceáni-lemez közeledik keletről, majd alábukik az Ohotszk-lemez alá. Ez utóbbin található a Japán-szigeteknek az érintett Tōhoku tartománya. Az alábukás, vagy más néven szubdukció nem egyenletesen zajlik, súrlódás van a két lemez között. Sőt, sok helyütt a két lemez egyáltalán nem is mozog egymáshoz képest, blokkolódtak. A feszültség pedig folyamatosan halmozódik fel a szüntelen közeledés hatására, míg egyszer eléri azt a pontot, ahol törés és földrengés keletkezik. A felszabaduló feszültség hatására hirtelen megugranak a lemezek és földrengéshullámok, majd szökőár érkezését észleljük. Ez a folyamat GPS mérésekkel vizsgálható. A japán partok mentén nyugati irányú mozgás tapasztalható, annak megfelelően, hogy a Csendes-óceáni-lemez tolja a szigetet maga előtt, s gyűri fel a szárazföldi területet. A földrengéskor viszont, ahogy a gyülemlő feszültség felszabadul, nagy ugrás történik az ellentétes, keleti irányba.

A GEONET GPS adatokból már évekkel ezelőtt ismeretes volt, hogy hol valószínű a legnagyobb földrengés, hol halmozódik fel a legnagyobb feszültség. Hol van a két lemez „összetapadva”, nem engedvén, felfogván az egymáshoz képesti mozgást, egyre nagyobb és nagyobb feszültséget felhalmozva a kéregben. Ennek a lemezhatár-blokkolódásnak a mértéke eléri a 100 %-ot néhány helyen, ami azt jelenti, hogy a lemezhatárzónában a két lemez nem mozog egymáshoz képest, megállni látszik az alábukó folyamat, feszültség halmozódik fel. Ez minél tovább tart, annál nagyobb rengésre lehet számítani. A lemezhatár blokkolódásának mértékét felszíni kéregmozgás-mérésekből becsülni lehet. Az alábbi ábrán Loveless és társai már évekkel a rengés előtt bemutatták blokkolódás mértékének modelljét. A piros területek azt jelzik, hogy ott közel 100%-ban összetapad a két lemez, gyülemlik a feszültség, ami idővel nagy földrengés közepette felszabadul, a két lemez hirtelen elmozdulását eredményezvén. A kép közepén lévő piros folt az a hely, ahol később a 9.0 magnitúdójú óriási földrengés kipattant.

A kép forrása (Loveless & Meade 2010)

Az ábrát, az annak közepén lévő foltot érdemes lesz majd összevetni a bekövetkezett földrengés elmozdulását mutató, a következő részben található ábrával. Az egyezés igen szembetűnő. Ahol és amennyire blokkolódott a két lemez mozgása, relatíve olyan mértékű elmozdulást, ugrást tettek a lemezek e drámaian nagy földrengés során.

(Folytatjuk!)

Dr. Grenerczy Gyula
FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatórium
MTA-BME Fizikai Geodézia és Geodinamikai Kutatócsoport