Krótka lekcja sejsmologii

Dla łatwiejszego zrozumienia zjawiska trzęsienia ziemi na północy Polski rozpoczynamy od wyjaśnienia kilku najczęściej używanych sejsmologicznych terminów.

Trzęsienie Ziemi to gwałtowne zaburzenie stanu równowagi w skorupie ziemskiej lub głębiej – we wnętrzu Ziemi, któremu towarzyszy naruszenie ciągłości warstw skalnych i powstanie rozchodzących się we wszystkich kierunkach fal sejsmicznych. Prędkość fal zależy od własności sprężystych ośrodka, w którym się rozchodzą i od jego gęstości. Fale te przy przejściu przez granicę pomiędzy dwoma warstwami odmiennych skał (inaczej pomiędzy dwoma ośrodkami) ulegają odbiciu i załamaniu. Po dotarciu na powierzchnię Ziemi wykazują ogromną siłę niszczącą.

Miejsce, najczęściej głęboko pod powierzchnią ziemi, w którym nastąpiło nieodwracalne naruszenie warstw skalnych i ich stała deformacja, czyli rodzaj „centrum trzęsienia” nosi nazwę ogniska trzęsienia ziemi (inaczej hipocentrum). Z tego miejsca fale sejsmiczne rozchodzą się we wszystkich kierunkach; część z nich wnika w głąb Ziemi, część dochodzi do jej powierzchni objawiając się jako krótkie wstrząsy.
Kolejne ważne określenie to epicentrum trzęsienia Ziemi, czyli miejsce, które położone jest na powierzchni Ziemi, w najbliższej odległości od hipocentrum, czyli prostopadle ponad ogniskiem. Jest to najwcześniej uderzony punkt na powierzchni – miejsce, w którym trzęsienie ziemi odczuwane jest najwcześniej i najsilniej. Obszar wokół tego punktu zwany jest obszarem epicentralnym.

Wielkość drgań gruntu mierzona jest przez sejsmografy. Przyrządy te wykrywają i rejestrują drgania gruntu wywołane wstrząsami naturalnymi lub sztucznymi. Zapis drgań pozwala na odczytanie amplitudy, okresu i czasu przyjścia fal sejsmicznych do stacji sejsmologicznej.

Skala intensywności trzęsienia ziemi oparta jest głównie na ocenie szkód na powierzchni Ziemi. Do ściślejszej oceny trzęsień ziemi używa się skali wielkości – magnitudy (od angielskiego magnitude) opracowanej przez C. F. Richtera (inaczej skala Richtera). Skala wielkości jest tak ułożona, że każda jednostka oznacza ilość energii 60 razy większą od energii poprzedniej jednostki. Zbudowana jest z 10 stopni.
Strefy sejsmiczne, to obszary, na których często występują silne trzęsienia ziemi. Gromadzą się one przede wszystkim w strefie kontaktu płyt tektonicznych (Strefa Okołopacyficzna z 80 proc. wszystkich trzęsień – m.in. wyspy japońskie i Strefa Śródziemnomorska i Transazjatycka, zwana też Medyterańską z przedłużeniem wschodnim z 15 proc. trzęsień – m.in. płn. Indie, Turcja) i na obszarach jeszcze czynnych orogenicznie – w alpidach (np. Alpy, Himalaje).

Obszar Polski należy w zasadzie do obszarów asejsmicznych, wolnych od trzęsień ziemi. Wyjątek stanowić mogą Karpaty, Sudety i ich przedgórza, gdzie choć bardzo rzadko, to jednak zdarzają się słabe trzęsienia. W Polsce Północnej do tej pory, do 21 września 2004 r. nie rejestrowano tak silnych wstrząsów.

Trzęsienie Ziemi 21 września 2004 roku

Po tym krótkim wstępie i opanowaniu cząstki podstawowej „wiedzy sejsmologicznej”, możemy przejść do trzęsienia ziemi, jakie zostało zanotowane 21 września 2004 r. na pograniczu Polski i Rosji. Jego epicentrum miało miejsce w rejonie Półwyspu Sambijskiego, w pobliżu Kaliningradu, na 54.80 szer. geogr. płn. i 200 dł. geogr. zach., czyli na terenie zaliczanym do obszarów asejsmicznych.
Obszary asejsmiczne, to takie partie skorupy ziemskiej, które od dawien dawna nie podlegały żadnym gwałtownym ruchom górotwórczym. Uległy one sfałdowaniu jeszcze przed erą paleozoiczną, czyli ponad 545 mln lat temu i od tego czasu pozostawały w spoczynku. Należą do nich Syberia, Kanada, Brazylia, większa część Afryki i Australii oraz Europa Wschodnia. Rejon Kaliningradu leży właśnie na takiej starej, spokojnej i sztywnej platformie wschodnioeuropejskiej. I nikt nie spodziewał się tu tak silnego trzęsienia ziemi.

Przebieg trzęsienia ziemi

Na Warmii, Mazurach i Pomorzu 21 września, wystąpiły dwa odczuwalne przez ludzi wstrząsy sejsmiczne. Zostały one zarejestrowane przez wszystkie polskie obserwatoria sejsmologiczne. Pierwszy ze wstrząsów miał miejsce o godz. 13:05, drugi o 15:32. Magnituda zjawiska wynosiła około 5 (Europejskie centrum sejsmologiczne ORFEUS/EMSC wielkość pierwszego wstrząsu określiła na 4.8, drugiego – 5.0, polskie obserwatoria podały wartości 5.0 do 5.2). Drugi wstrząs był nieznacznie silniejszy. Według danych z ORFEUS/EMSC: 5.0, według polskich: 5.2 – 5.7. Ponadto po drugim zjawisku zaobserwowano tzw. wstrząsy następcze, znacznie słabsze, wykrywalne tylko przez przyrządy sejsmiczne i zniepokojone zwierzęta.
Głębokość hipocentrum określono na około 10 km lub płytszą. Precyzyjne jej obliczenie wymaga dokładniejszego rozważenia budowy poszczególnych warstw geologicznych. Ogniska rozmieszczone na głębokości do 10 km zaliczane są do płytkich.

Epicentrum trzęsienia znajdowało się w obwodzie kaliningradzkim, na morzu, w rejonie Półwyspu Sambijskiego. Obliczono, że odległość od Kaliningradu wynosiła 30 km, od Gdańska 100 km, Kłajpedy na Litwie – 125 km, a Moskwy – 1125 km.

Wstrząs ten był największym jaki kiedykolwiek odnotowano na terenach północnej Polski. Mieszkańcy odczuli go jako silne drgania trwające kilkanaście sekund. Zatrzęsły się szklanki, poprzesuwały stoły i leżące na nich talerze, kwiaty na parapetach. Zadrżały monitory komputerów, z półek powysuwały się książki. Po drugim, nieco dłuższym wstrząsie w Suwałkach zauważono zarysowania na ścianach kilku budynków, gdzieś pękła szyba. W Braniewie ewakuowano jedna ze szkół, w Olsztynie pracowników centrum handlowego. Nikt nie został ranny.
Wstrząsy naruszyły rozkład naprężeń w skorupie ziemskiej w tym rejonie, należy więc sądzić, że w najbliższym czasie dojdzie do wystąpienia kolejnych wstrząsów, zwanych wstrząsami następczymi, aż do czasu ustalenia się nowego stanu równowagi naprężeń. Z reguły jednak kolejne wstrząsy stają się coraz słabsze i następują w coraz większych odstępach czasu. W Kaliningradzie, 23 września zanotowano właśnie takie następcze trzęsienie. Jego wielkość była jednak na tyle mała, że ludzie nie odczuli jego skutków.

Przyczyny trzęsienia ziemi na pograniczu Rosji i Polski

Trudno w tej chwili podać jednoznaczną przyczynę tego trzęsienia. Najprawdopodobniej tkwi ona w niedawnej, jak na czas geologiczny historii Skandynawii, bo sięgającej tylko do czwartorzędowej epoki lodowcowej. Wówczas cała Skandynawia znajdowała się pod niewyobrażalnie ciężkimi masami lodu, który swoim ciężarem wciskał paleozoiczne skały w głąb Ziemi. Znaczna część platformy wschodnioeuropejskiej ugięła się wówczas pod tym ciężarem. Około 12 000 lat temu klimat ocieplił się na tyle, że lodowce zaczęły topnieć, a ich masa stopniowo malała. Do dzisiaj pozostały z nich tylko niewielkie lokalne płaty. Odciążone skały zaczęły stopniowo wracać do swej dawnej pozycji. Tak więc Półwysep Skandynawski wraz ze swym otoczeniem od kilku tysięcy lat unosi się pionowo do góry. Jest to ruch niezwykle powolny – rzędu kilku milimetrów rocznie, ale wystarczający, by w ciągu kilkuset lat nagromadzić naprężenia, które rozładowują się w postaci trzęsień ziemi.
Nieco inną przyczynę podają geolodzy z Kaliningradu. Ich zdaniem wstrząsy mogły nastąpić w wyniku wypłukania przez wody grubych, podmorskich pokładów solnych. W rezultacie wypłukania powstały pustki skalne. Zawalenie się takiej pustki mogło doprowadzić do powstania wstrząsów i naprężeń.
Analiza danych sejsmologicznych wyklucza raczej możliwość wywołania zaistniałych wstrząsów w sposób sztuczny.
Trzęsienia ziemi w Polsce
W ciągu ostatniego tysiąca lat odnotowano w Polsce ponad 70 trzęsień ziemi. Do największych zaliczyć można trzęsienie, które nastąpiło w 1443 r. w rejonie Wrocławia. Spowodowało one straty w znacznym promieniu od epicentrum – w Krakowie zawaliło się sklepienie kościoła św. Katarzyny. Kolejne z 1662 r. miało miejsce w Tatrach. Obniżył się wówczas o 300 m jeden z tatrzańskich szczytów. Do dużych zaliczyć też można wstrząsy z 1786 r. z epicentrum pomiędzy Cieszynem a Opawą. W Cieszynie runęły murowane budynki, w pobliskich miejscowościach zniszczeniu uległy wieże kościelne. W odległym Bytomiu rozdzwoniły się dzwony kościelne. Po trzęsieniu w grudniu tego samego roku, z epicentrum w rejonie Myślenic, ucierpieli nawet mieszkańcy Krakowa. Jak informowała „Gazeta Krakowska” – „przestraszenie obywatelów było tak wielkie, że niektórym musiano krew puszczać.” Ostatnie z silniejszych wstrząsów, o magnitudzie dochodzącej do 4.6 w skali Rychtera, zanotowano w latach 1992-1993 w rejonie Beskidu Sądeckiego i Niskiego.

Relacje świadków

Magdalena O. z Olsztyna
Byłam pochłonięta codziennymi zajęciami domowymi, gdy zaalarmowało mnie głośne brzęczenie naczyń w kredensie, i poruszanie się rozmaitych przedmiotów i sprzętów w mieszkaniu tak, jakby ulicą przejeżdżał jakiś bardzo ciężki pojazd, bo wyraźnie czuło się, jak trzęsie się cały dom. Drgania domu były tak silne, że z kwietnika spadł na podłogę kwiatek w doniczce. Odruchowo wyjrzałam na ulicę, czy nie przejeżdża tam jakiś ciężki pojazd, ale ulica była pusta… Wyjrzałam na klatkę schodową, gdzie w otwartych drzwiach mieszkania stał zaniepokojony sąsiad… Zbiegliśmy po schodach na dół, gdzie spotkaliśmy innych mieszkańców domu. Nasz dom nie ucierpiał, ale później oglądałam poza Olsztynem budynki z zarysowanymi ścianami. Podobno jeśli już trzęsienie ziemi się zdarzyło, można spodziewać się następnych, mam nadzieję, ze nie będą silniejsze…

Jerzy W. z Suwałk
Zupełnie nie wiedziałem co zrobić gdy książki zaczęły wylatywać z półek regału i w pierwszej chwili myślałem że cały, wysoki regał razem z książkami i segregatorami przewróci się na mnie. Kiedy zauważyłem, że podskakuje biurko i stojące obok niego krzesło, i że czuję jak cały pokój „pływa” pomyślałem, że to chyba dom się wali. Po tych wstrząsach słyszałem, że w Suwałkach zarysowały się ściany w kilkudziesięciu budynkach. Wszyscy u nas boją się, że wstrząsy się powtórzą… Kto by pomyślał, że w Suwałkach będzie trzęsienie ziemi?

Ewa G. z Olsztyna
Obydwa wstrząsy były bardzo wyraźnie odczuwalne. Siedziałam na tapczanie, gdy to się zaczęło i czułam jak chwieje się podłoga. Trząsł się duży, wypakowany różnymi rzeczami regał i głośno dzwoniły w nim przesuwane szyby. Stojące na okiennych parapetach kwiaty w doniczkach podskakiwały. Od razu wiedziałam, że to trzęsienie ziemi, chociaż dzisiaj nikt z moich znajomych z innych rejonów Polski nie chce w to uwierzyć, bo przecież mieszkamy w strefie asejsmicznej. Moja ciocia z Warszawy mówi, że do głowy by jej to nie przyszło, myślałaby, że to jakiś wybuch, albo coś przejeżdża…

Dr Marzena Stempień-Sałek IG PAN (wpis archiwalny z 2004r.)

Foto: aitoff / pixabay