Trzęsienia ziemi zalicza się do najbardziej niebezpiecznych i najmniej przewidywalnych klęsk żywiołowych z jakimi musi zmierzyć się człowiek. Postęp cywilizacyjny umożliwia coraz to efektywniejszą i skuteczną kontrolę człowieka nad otaczającymi go siłami przyrody. Budując wały przeciwpowodziowe, zbiorniki retencyjne, regulując biegi rzek oraz stosując nowoczesne systemy ostrzegania i reagowania zabezpieczamy się przed skutkami powodzi. Monitoring meteorologiczny oparty na nowoczesnych technologiach pozwala z dużym wyprzedzeniem przewidzieć zmiany w atmosferze i ostrzec ludność przed zbliżającymi się huraganami, cyklonami czy tajfunami. Wybuchy wulkanów najczęściej poprzedzone są wstępnymi zjawiskami o charakterze ostrzegawczym (drgania i wstrząsy, podziemne dudnienia i grzmoty, podwyższenie temperatury otoczenia, wysychanie źródeł, zamieranie wegetacji roślin), które umożliwiają wcześniejszą ewakuację ludności z zagrożonego obszaru. Jednak żadna klęska żywiołowa nie następuje tak nieoczekiwanie, bez wcześniejszych zwiastunów i zapowiedzi jak trzęsienie ziemi. Jeżeli jest odpowiednio silne może spowodować olbrzymie przekształcenia powierzchni ziemi. Jeżeli wystąpi na terenie gęsto zaludnionym niesie śmierć i zniszczenie. W przeciągu kilku minut czy też sekund potrafi zmieść z powierzchni ziemi olbrzymie miasta w gruzach których giną tysiące mieszkańców.

Wraz ze wzrostem zaludnienia kuli ziemskiej oraz zmianą poziomu i warunków życia człowieka zmiana się skala niebezpieczeństwa powodowanego przez trzęsienia ziemi. Dla ludzi pierwotnych, którzy nie budowali stałych siedzib, czy też pasterzy zamieszkujących przenośne jurty trzęsienia ziemi nie były straszne. Chaty bambusowe i trzcinowe budowane w strefie tropikalnej, czy też czumy i jarangi budowane z żerdzi i skór przez mieszkańców stref polarnych nie reagują na podziemne wstrząsy. Najmniej odporne na wstrząsy są ściany kamiennych budynków przeważające na obszarach dogodnych do uprawy stepów i rejonów rolniczych. W związku z szybkim rozwojem dużych aglomeracji miejskich w ostatnich 100-150 latach doszło do katastrofalnych w skutkach trzęsień ziemi takich jak lizbońskie 1755, San Francisco 1906, mesyńskie 1908, tokajskie 1923, aszchabadzkie 1948. Tak dużych zniszczeń nie notowano ani w czasach antycznych ani w średniowieczu (z wyjątkiem obszaru Chin). Wpływ na to miało w zdecydowanym stopniu mniejsze zaludnienie. Dla przykładu w roku 1806 (100 lat przed katastrofalnym trzęsieniem ziemi w San Francisco) na obszarze późniejszej wielkiej aglomeracji miejskiej znajdowały się jedynie drewniane zabudowania małej kolonii rosyjskiej, dla której trzęsienie ziemi nie byłoby tak dotkliwe.

W drugiej połowie XX wieku zarejestrowano kilka katastrof sejsmicznych, które na szczęście miały miejsce na obszarach mało zaludnionych: himalajskie w 1950 roku oraz gobijsko-ałtajskie w 1957 roku.

  • Energia himalajskiego trzęsienia ziemi, które wydarzyło się w wysokogórskiej części Tybetu na pograniczu indyjsko-chińskim odpowiadała energii 100 tys. bomb atomowych. Doprowadziła do ogromnych zmian ukształtowania terenu w pobliżu epicentrum. Powstało wiele osuwisk i obrywów, które tarasowały rzeki, utworzyło się wiele głębokich szczelin i rozpadlin Całkowita masa przemieszczonych skał wynosiła 2 mld ton.
  • Trzęsienie gobijsko-ałtajskie o sile 11-12 stopni nastąpiło na południu Mongolii. Jego ogromna siła, niewielka głębokość ogniska i niemal całkowity brak roślinności sprawiły, że trzęsienie to pozostawiło bardzo wyraźne ślady na powierzchni ziemi. Najpotężniejsze w historii ludzkości trzęsienie ziemi na kontynencie minęło bez rozgłosu i pozostało znane jedynie specjalistom.

Nie wszystkie obszary kuli ziemskiej w jednakowym stopniu narażone są na trzęsienia ziemi. Ich rozmieszczenie pokrywa się w dużym stopniu z regionami występowania czynnych wulkanów, podziemnych ognisk magmatycznych, z młodymi ruchami fałdowymi oraz rozmieszczeniem wielkich rowów tektonicznych. Przyczyną trzęsień ziemi jest przemieszczanie się mas skalnych wzdłuż rozłamów. Im bardziej "żywy" jest rozłam, tym większa siła podziemnego wstrząsu. Największe rozłamy występują w największych strefach fałdowych: pacyficznej i śródziemnomorskiej.

Najdłuższy pas burzących trzęsień ziemi ciągnie się wzdłuż peryferii Oceanu Spokojnego tzw. Pierścień około pacyficzny. W jego obrębie najczęściej zachodzą katastrofalne trzęsienia ziemi. Cechą tej strefy sejsmicznej jest także to, że występuje tu większość najsilniejszych tsunami, ponieważ często epicentra silnych trzęsień ziemi położone są pod dnem oceanu. W tej silnie sejsmicznej strefie pacyficznej znajduje się też większość czynnych wulkanów. Spośród wielu zarejestrowanych na tym obszarze trzęsień ziemi na uwagę zasługuje:

  • Tokijskie z 1923 r. Trzęsienie ziemi, którego epicentrum znajdowało się pod wodami Zatoki Sagami wywołało katastrofalne zniszczenia. W Jokohamie zostało zniszczonych 11 tys. domów, a niemal 59 tys. spłonęło. W Tokio, wskutek silnego wiatru spłonęło 300 tys. budynków (z ogólnej liczby 1 miliona). Znizczeniu uległy mosty, zawaliły się tunele. Fale o wysokości 10m powstałe w Zatoce Sagami runęły na brzeg. Około 100 tys. ludzi zostało zabitych a milion pozostało bez dachu nad głową. Całkowite straty oszacowano wówczas na prawie 3 mld dolarów.
  • Chilijskie z 1960 r. zaliczane do katastrof sejsmicznych drugiej połowy XX wieku. W jego wyniku całkowicie unicestwione zostało miasto Concepcion, a wiele innych runęło w gruzy. Wstrząsy i obrywy skalne objęły obszar ponad 200 tys. km2, tzn. więcej niż powierzchnia Wielkiej Brytanii. Po trzęsieniu ziemi pas przybrzeżny o obszarze 100 tys. km2 obniżyła się poniżej poziomu oceanu i została przykryta dwumetrowa warstwą wody

Druga silnie sejsmiczna strefa (śródziemnomorska) przebiega przez Eurazję równoleżnikowo. Rozpoczyna się ona u wybrzeży Oceanu Atlantyckiego (Gibraltar) i obejmuje cały basen Morza Śródziemnego oraz południową Europę, Azję mniejszą, Iran, Afganistan, Himalaje do Archipelagu Malajskiego. Silne trzęsienia ziemi są jednym z przejawów wysokiej geologicznej aktywności tych stref, trwającej już kilkaset milionów lat. Jednymi z bardziej dotkliwych trzęsień ziemi w tej strefie były:

  • Lizbońskie z 1755 r., zaliczane do najtragiczniejszych trzęsień ziemi w Europie. ¾ miasta zostało zrównane z ziemią. Wstrząsy odczuwane były na obszarze całej Portugalii i Hiszpanii, na obszarze ponad 2,5 mln km2. Trzęsienie w Lizbonie pochłonęło około 60 tys. ofiar, a jego następstwem było podniesienie lądu w okolicach Lizbony powodujące znaczne zmiany wybrzeża Portugalii.
  • Greckie z 1870 r. obejmujące południową część Grecji i ciągnące się przez trzy lata. Oszacowano iż w ciągu 3,5 roku w rejonie epicentrum miało miejsce 0,5-0,7 mln wstrząsów. Wśród nich było 300 silnych i niebezpiecznych powodujących zniszczenia, 50 tys. słabych wstrząsów i 0,5 mln słabych grzmotów. Badania geologiczne Grecji wykazały, iż w przeszłości zdarzały się tu jeszcze straszliwsze katastrofy. Świadczą o tym potężne rozpadliny i rumowiska skalne.

Na ziemi znajduje się jeszcze jedna duża strefa sejsmiczna, powstała zaledwie 5-10 mln lat temu. Ciągnie się ona wzdłuż wschodniej Afryki do Morza Czerwonego i dalej przez Pamir, Tien-szan, jezioro Bajkał i Pasmo Stanowe. Większa jej część położona jest na starych platformach (afrykańska, syberyjska). W obrębie tej niedawno powstałej strefy sejsmiczność jest wysoka. Tam nastąpiły niektóre najsilniejsze trzęsienia ziemi, w tym północno-tiańszańskie w roku 1911 i gobijsko-ałtajskie w roku 1957.

Obszary o umiarkowanej aktywności sejsmicznej znajdują się zwykle na skrajach stref o silnej sejsmiczności, a także tworzą wiele stref samodzielnych.

Strefy słabych lub sporadycznych trzęsień ziemi, pansejsmiczne, ciągną się wzdłuż Uralu i Wielkich Gór Wododziałowych oraz półwyspu Skandynawskiego. Tego rodzaju jest również strefa sejsmiczna Grzbietu Śródatlantyckiego.

Tereny pozbawione trzęsień ziemi, asejsmiczne, znajdują się na starych platformach oraz dnach oceanicznych za wyjątkiem grzbietów i rowów.

Często trzęsienia ziemi nawiedzają obszary znajdujące się w pobliżu głębokich pęknięć skorupy ziemskiej. Gdy są wystarczająco głębokie dosięgają strefy płynnej magmy i powodują jej wydobywanie się na powierzchnie i zintensyfikowanie zjawisk wulkanicznych. Jeden z takich kilkusetkilometrowych rozłamów (uskok San Andreas) biegnie wzdłuż wybrzeży Kalifornii. W wyniku wewnętrznego tarcia i naprężeń uskok ten "odżywa" co jakiś czas powodując trzęsienia ziemi nawiedzające ten region już kilkakrotnie. Na nim zlokalizowane jest San Francisco (zniszczone w roku 1906). W podobnej sytuacji znajduje się Skopje w Jugosławii (zniszczone w wyniku trzęsienia ziemi w roku 1963) leżące na linii dyslokacyjnej typu uskokowego czy też Agadir w Maroku położony na przedłużeniu uskoków odcinających od południa Atlas Wysoki.

Przesunięcia mas skalnych wewnątrz ziemi wywołują drgania rozchodzące się od hipocentrum (z j. greckiego), czyli ogniska trzęsienia ziemi, we wszystkich kierunkach w postaci fal sejsmicznych. Według naukowców większa część ognisk zlokalizowana jest na głębokości wahającej się w granicach od dziesięciu do kilkudziesięciu kilometrów z przewagą tych płytszych. Znane są jednak hipocentra bardzo głębokie, położone nawet poniżej 700 kilometrów.

Wśród fal sejsmicznych możemy wyróżnić:

  • fale wgłębne - rozchodzące się wewnątrz Ziemi,
    • fale podłużne - najszybsze z fal sejsmicznych (5,4 km/s), które najwcześniej docierają do epicentrum drgają w kierunku równoległym do kierunku rozchodzenia się fal; powodują ściskanie i rozciąganie skał, przez które przechodzą; mogą przenosić się również w cieczach, w tym także w stopionym jądrze Ziemi,
    • fale poprzeczne - około dwukrotnie wolniejsze od fal podłużnych (średnio 3,3 km/s); wywołują drgania w płaszczyźnie pionowej lub poziomej, w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fal; mogą przemieszczać się tylko w skałach
  • fale powierzchniowe - rozchodzą się po powierzchni Ziemi, od epicentrum trzęsienia; są najbardziej katastrofalne w skutkach,
    • fale Rayleigha - fale typu grawitacyjnego, ruch cząstek odbywa się po elipsie ustawionej pionowo względem kierunku biegu fali,
    • fale Love'a - wywołują drgania poziome, prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fal.

Wyróżniamy trzy rodzaje trzęsień:

  • Tektoniczne - związane z przemieszczaniem się mas skalnych w skorupie ziemskiej, występują przede wszystkim na granicach między płytami litosfery. Trzęsienia tego typu towarzyszą również uskokom. Są to jedyne z najgroźniejszych, najbardziej katastrofalnych i stanowią 90% ogółu trzęsień notowanych na ziemi.
  • Wulkaniczne - towarzyszą wybuchom wulkanów i przedzieraniu się magmy przez skały. Związane są najczęściej z początkowymi objawami wybuchów wulkanów. Niemal zawsze poprzedzają one wybuch wulkanu, a ich siła wzrasta stopniowo, w przeciwieństwie do trzęsień ziemi tektonicznych, które rozpoczynają się najsilniejszymi wstrząsami , po których później następują słabsze. Są one mniej groźne od tektonicznych i stanowią 7% liczby wszystkich trzęsień.
  • Zapadliskowe - związane z przemieszczaniem się niewielkich mas skalnych, powstają podczas zapadania się stropów jaskiń, wyrobisk górniczych (tąpnięć). Stanowią 3% ogólnej liczby trzęsień.
  • Antropogeniczne - wstrząsy spowodowane tąpnięciami. Do ich powstania może przyczynić się także naruszenie równowagi naprężeń w górotworze, bądź też napełnienie zbiornika zaporowego. Na obszarach gęsto zabudowanych mogą spowodować znaczące szkody materialne. Występują na Górnym Śląsku, w okolicach Bełchatowa, na Dolnym Śląsku i w Pieninach.

Ze względu na głębokość ogniska:

    • płytkie (85%) - poniżej 70 km,
    • średnie (12%) - 70-350 km,
    • głębokie (3%) - 350-700 km.

Ze względu na powiązanie ze wstrząsem zasadniczym:

    • wstępne - o słabej magnitudzie,
    • zasadnicze - o największej magnitudzie,
    • następcze - po wstrząsie zasadniczym, o zmniejszającej się magnitudzie.

Ze względu na częstotliwość występowania trzęsień na danym terenie wyróżnia się obszary:

  • sejsmiczne - częstych i silnych trzęsień ziemi,
  • pansejsmiczne - rzadkich i słabych wstrząsów,
  • asejsmiczne - bez wstrząsów sejsmicznych.

Gdy hipocentrum trzęsienia ziemi znajduje się pod dnem morza może nastąpić gwałtowne obniżenie lub podniesienie części dna wzdłuż uskoku powodujące podniesienie się wielokilometrowego słupa wody powyżej zwykłego poziomu. Przemieszczający się w górę lub w dół słup wody powoduje powstawanie fal powierzchniowych, które rozchodzą się koncentrycznie po całym oceanie w postaci ogromnych fal, zwanych tsunami. Na samym oceanie te fale są słabo zauważalne chociaż przemieszczają się z prędkością do 790 km/h. Mają one formę niewielkiego pagórka o wysokości do 1,5m (nie przewyższającego wielkością podniesienia dna które go wywołało) i długość kilkadziesiąt kilometrów. Gdy zbliżają się do płaskich wybrzeży ich prędkość maleje, natomiast rośnie ich wysokość. Zmniejszanie prędkości prowadzi do tego, że ogromna energia fal zużytkowana jest na zwiększenie ich wysokości. Podstawa fali zatrzymuje się i powstaje ściana wodna. Atakując małe zatoki czy kaniony o wysokich brzegach, tsunami potrafi spiętrzyć się do wysokości ok.30 m na nawet 40-60m., zmiatając wszystko na swojej drodze.

W przeszłości, aby określić intensywność trzęsienia ziemi sejsmolodzy stosowali skalę Richtera, nazwanej tak od nazwiska amerykańskiego naukowca Charlesa F. Richtera, który wprowadził ją w 1935 roku.

Stopień; Możliwe skutki

1. Drgania wykrywalne tylko za pomocą sejsmografów

2-3. Wstrząsy ledwie odczuwalne przez ludzi

4-5. Wstrząsy mogące spowodować niewielkie szkody

6. Wstrząsy dość niszczycielskie

7. Duże trzęsienie ziemi

8-9. Bardzo niszczycielskie, katastrofalne trzęsienie ziemi

Obecnie częściej stosuje się skalę Mercalliego, zaprojektowaną przez włoskiego sejsmologa Giuseppe Mercalliego w 1902 roku. Służy ona do określania intensywności drgań gruntu w danym miejscu na skutek trzęsienia ziemi.

Siła trzęsienia na powierzchni ziemi nie informuje dokładnie o wielkości energii wydzielającej się pod ziemią. Jeżeli hipocentrum leży głęboko to trzęsienie o dużej energii może przejawiać się słabiej w porównaniu do trzęsienia o słabej energii którego ognisko znajduje się płytko pod powierzchnią ziemi. Dlatego do porównania energii trzęsień ziemi naukowcy używają magnitudy - logarytmu stosunku amplitudy wychylenia zapisu sejsmografu do amplitudy trzęsienia wzorcowego. Różnica magnitud dwóch trzęsień ziemi wynosząca jeden oznacza iż amplituda drgań jednego z nich jest dziesięciokrotnie większa niż drugiego. Najsilniejsze na kuli ziemskiej trzęsienie ziemi od momentu pojawienia się nowoczesnych urządzeń rejestrujących nastąpiło w 1906 roku u wybrzeży północnego Ekwadoru oraz w 1933 roku pod dnem oceanu na wschód od Japonii. Pomimo magnitudy wynoszącej 8,9 nie wywołały one zniszczeń, gdyż nastąpiły one z dala od miejsc zamieszkanych. Dla porównania chilijskie trzęsienie ziemi z roku 1960 miało magnitudę 8,5 a gobijsko-ałtajskie - 8,6, czyli dwu i czterokrotnie słabsze od najsilniejszego.

Trzęsienia ziemi są spowodowane ruchami płyt. Przez długie okresy czasu płyty mogą znajdować się w bezruchu utrzymywane przez siły tarcia. Gdy jednak naprężenia stają się większe niż wytrzymałość skał następuje gwałtowne przesunięcie - trzęsienie ziemi. Doświadczenia i prace badawcze prowadzone nad trzęsieniami ziemi na całej kuli ziemskiej świadczą, że w rejonach gdzie nastąpiło silne trzęsienie ziemi kolejne nie nastąpi szybko. Rozładowane zostają bowiem naprężenia długo gromadzone w ziemi. Im trzęsienie jest silniejsze tym z większego obszaru otaczającego hipocentrum uwalniają się naprężenia. Do kolejnego trzęsienia potrzebny jest czas podczas którego naprężenia w skorupie znów osiągają maksimum. Nikt nie jest jednak w stanie dokładnie przewidzieć kiedy może nastąpić trzęsienie ziemi.

Terytorium Polski pod względem występowania zjawisk sejsmicznych można zaliczyć do obszarów asejsmicznych i pensejsmicznych, w których trzęsienia ziemi zdarzają się dość rzadko, dodatkowo nie są to zbyt silne wstrząsy. Strefami o wyższej aktywności sejsmicznej są obszary polskich gór Karpat i Sudetów, a także obszary działalności górniczej, gdzie mamy do czynienia z tzw. tąpnięciami. W czasach historycznych dochodziło jednak do silnych wstrząsów, które wyrządzały znaczne szkody. Ich magnituda oceniana jest w niektórych przypadkach nawet na 6 stopni w skali Richtera. Według danych Instytutu Geofizyki Polskiej Akadami Nauk w ostatnim tysiącleciu na terytorium Polski zanotowano 76 trzęsień ziemi. W bliższych nam czasach najsilniejsze wstrząsy osiągały 4-5 stopni w skali Richtera. Odnotowano je w Beskidzie Niskim (1992-93), na Podhalu (1995, 2004) oraz w Polsce północno-wschodniej (2004).

Źródło: Igor A. Riezanow 1986 " Wielkie katastrofy w historii Ziemi" Warszawa PWN.

Kazimierz Maślankiewicz 1976 "Wulkany i człowiek" Warszawa WsiP.