Maanjäristys

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Maanjäristyksen tuhoama koulu El Salvadorissa.
Maanjäristystoiminta. Maanjäristykset, jotka olivat voimakkuudeltaan yli 4,5 Richterin asteikolla, 1973-2004. Väri kuvaa maanjäristyksen esiintymissyvyyttä.
Maanjäristysten keskipisteet 1963-1998. 358 214 järistystä.
Maanjäristysaaltojen eteneminen Maan sisuksissa.
San Franciscon raunioita vuoden 1906 maanjäristyksen jälkeen

Maanjäristys on Maan peruskallion tärähtelyä, joka on voimakkaana hyvin tuhoisaa rakennuksille ja ihmisille. Heikko järistys heiluttaa lamppuja, voimakas järistys romahduttaa talot, hyvin voimakas myllää maaperääkin. Meren pohjassa tapahtunut maanjäristys voi aiheuttaa voimakkaan hyökyaallon, tsunamin. Maanjäristyksen voimaa mitataan yleensä Richterin asteikolla ja tuhoisuutta Mercallin asteikolla. Järistykset, jotka ovat voimakkuudeltaan yli seitsemän Richterin asteikolla, ovat hyvin tuhoisia. Maanjäristyksiä syntyy muun muassa mannerlaattojen liikkuessa toistensa suhteen, tulivuorenpurkauksen, asteroiditörmäyksen, maanvyöryn tai ydinräjähdyksen takia. Maanjäristyksiä esiintyy eniten mannerlaattojen raja-alueilla, joissa on runsasta tulivuoritoimintaakin. Maanjäristyksen maanalainen tapahtumapaikka on hyposentrumi, ja maanpintakeskus episentrumi. Hyposentrumi voi olla satojen metrien tai jopa satojen kilometrien syvyydessä.

Maanjäristyksiä pystytään toteamaan kaukaakin seismometriksi kutsutulla laitteella. Maanjäristysaallot jaetaan pitkittäisiin ja poikittaisiin. Järistysaaltojen heijastumisia tutkimalla voidaan selvittää jossain määrin peruskallion ja koko Maan rakennetta.

Synty[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Laattatektoniikka[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Yli 90 prosenttia kaikista maanjäristyksiä syntyy mannerlaattojen reunoilla.[1] Merkittävin maanjäristysalue seuraa niin sanottua Tyynenmeren tulirengasta, jonka alueella vapautuu 80 prosenttia kaikesta maanjäristyksissä vapautuvasta energiasta. Toinen merkittävä maanjäristysalue Alppien–Himalajan orogeeninen vyöhyke, jonka maanjäristyksissä vapautuu 15 prosenttia maanjäristysenergiasta ja joka yhtyy Tyynenmeren tulirenkaaseen Malaijien saaristossa. Muita tektonisesti aktiivisia alueita ovat valtamerten keskiselänteet ja Iso hautavajoama.[2] Suuria järistyksiä voi tapahtua kuitnekin myös mannerten sisäosissa.[3]

Laattatektoniikasta johtuvien järistysten syntymekanismia selitetään niin sanotulla kimmahdusteorialla.[2] Laattojen välistä liketta vastustaa niiden välinen kitka. Kun kitka on suurempi kuin rajapinnalla vaikuttava jännitysvoima, laatat eivät liiku toisiinsa nähden ja syntyy jännityskertymä. Jännitys jatkaa kasvamistaan, ja lopulta se purkautuu äkisti maanjäristyksenä.[4] Hyposentriksi eli fokukseksi kutsutaan paikkaa, jossa jännityksen purkautuminen alkaa.[5]

Tulivuoritoiminta[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tulivuoritoimintaan liittyy myös niin sanottuja vulkaanisia maanjäristyksiä. Todennäköisesti tällaisissakin maanjäristyksissä tapahtuman syy kiviaineksen välisessä kimmahdusenergiassa. Jännitystilaan on kuitenkin saattanut tallentua energiaa, joka on peräisin magman liikkeistä aiheutuneesta lämmöstä.[2]

Ihmistoiminta[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ihminen aiheuttaa jonkin verran maanjäristyksiä myös omalla toiminnallaan. Esimerkiksi kaivoksista poistettu kiviaines saattaa muuttaa jännitystiloja kaivostunnelien ympärillä ja toisaalta nesteiden pumppaaminen syviin kaivoihin saattaa voidella siirrospintaa sen verran, että jännitys pääsee laukeamaan.[2]

Suurten tekojärvien täyttäminen on aiheuttanut yli 20 merkittävää seismisen aktiivisuuden kasvamista. Suurin osa tapauksista liittyy tekojärviin, joiden syvyys on yli 100 metriä ja tilavuus yli kuutiokilometrin. Todennäköisesti tekojärvien alueella on ollut jo paikallisia jännitteitä, jotka veden lisäpaine on saanut laukeamaan. Tekojärviin liittyneitä maanjäristyksiä on usein vaikea liittää suoraan järven täyttämiseen, sillä tapahtumaa edeltäneeltä ajalta ei ole vertailuaineistoa.[2]

Aaltotyypit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: maanjäristysaalto

Maanjäristyspesäkkeestä syntyy useita erilaisia aaltoja. Ensimmäisenä tulevat P-aallot eli pitkittäisaallot ja siitä muutaman minuutin päästä S-aallot eli poikittaisaallot.[6] Niitä seuraa pitkiä ja voimakkaita aaltoja, joiden periodi lyhenee hiljalleen. Näitä aaltoja kutsutaan pinta-aalloiksi. Viimeisenä tulee vielä niin sanottuja vapaita värähtelyitä eli maapallon värähtelyitä, joita syntyy suurissa maanjäristyksissä.[7]

P- ja S-aallot ovat seismisiä perusaaltoja. Ne voivat kulkea suoraan maan sisäosien halki ja toisaalta heijastua tai taittua kuoren, vaipan tai ytimen rajoilla. P-aallossa aaltoliikeen etenemissuuntaan nähden tapahtuu kokoonpuristuvia liikkeitä ja tilavuuden muutoksia, kun aalto kulkee väliaineen läpi. S-aallossa puolestaan muodonmuutokset ja leikkausjännityksestä aiheutuvat muutokset tapahtuvat aaltoliikeen etenemissuuntaan vastaan kohtisuorasti.[5] SH-aalloissa värähtely on vaakasuuntaista, kun taas SV-aalloissa pystysuuntaista.[6] Kaikkia alueita P-aallot eivät saavuta, koska edetessään ne kääntyvät kohti Maan pintaa ja taipuvat vaipan ja ytimen rajalla. Ytimen ohi kulkevat aallot kulkevat etäisimmillään 103 asteen päähän järistyskeskuksesta. Ytimen läpäisseet aallot puolestaan peittävät noin 20 asteen säteisen alueen vastapuolella. Sekundaariaallot ovat poikittaista aaltoliikettä, joka ei voi edetä nesteessä eikä siten läpäise Maan ydintä. P-aaltojen tavoin S-aallot voidaan havaita 103 asteen säteisellä vyöhykkeellä järistyspaikasta, mutta ei kuitenkaan sen ulkopuolella.

Aaltojen etenemisnopeus vaihtelee väliaineen ominaisuuksien mukaan, eivätkä S-aallot etene nesteessä.[5] Mantereisessa maankuoressa P-aaltojen nopeus on 6,0–7,8 kilometriä sekunnissa ja S-aaltojen 3,5–4,5 kilometriä sekunnissa. Perusaallot taittuvat, heijastuvat ja niiden nopeus muuttuu hyppäyksellisesti, kun ne kohtaavat Maan rakenteellisten kerrosten välisiä rajapintoja, joissa tiheys tai jäykkyys tai molemmat muuttuvat paljon lyhyellä matkalla.[8]

Pinta-aaltojen nopeus on noin 4 kilometriä sekunnissa. Niitä on kahta perustyyppiä. Rayleigh-aallot kulkevat kaikissa rakenteissa, mutta Love-aallot vain kerrostuneissa materiaaleissa eivätkä ollenkaan nesteissä.[5] Love-aallot liikkuvat näistä hieman nopeammin.[6]

Voimakkuus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vapautuva energia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Maanjäristyksessä vapautuu jännitysenergiaa, jota kallioon on kerääntynyt 50–100 vuotta. Se vapautuu kalliosta enintään muutaman minuutin aikana. Elastista energiaa voi vapautua 100 joulea jokaista kalliokuutiometriä kohti. Jos maanjäristyksen aiheuttama siirros on esimerkiksi tuhat kilometriä pitkä ja sata kilometriä syvä, energiaa vapautuu kaikkiaan 1018 joulea.[9]

Intensiteetti[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vanhin maanjäristyksen voimakkuuden ilmoittamiseen käytetty suure on intensiteetti. Se perustuu järistyksien aiheuttamien näkyvien vaikutusten havainnointiin. Tällaiten vaikutusten mittaamiseen on kehitetty Mercallin asteikko, jota on sittemmin muokattu paljon. Niin sanottu muunnettu Mercallin asteikko jakaa järistykset 12 luokkaan. Luokka I on vaikutuksiltaan pienin ja luokka XII suurin. Luokan I järistyksen pystyy havaitsemaan vain laitteilla, kun luokan XII järistys tarkoittaa täydellistä tuhoa. Luokka II on ihmisaistein havaittavissa ja luokan VI järistykset aiheuttavat jo vähäistä vahinkoa.[10]

Maanjäristyksen vaikutusalueelta kootun tiedon perustella voidaan laatia isoseisti-kartta. Siinä karttaan on piirretty tuntuvuusalueen rajat. Intensiteetin vaihtelu kuvastaa hyvin järistyspesäkettä ympäröivän kallioperän geologistektonista rakennetta.[10]

Intensiteettiä on hyvin vaikea tai jopa mahdoton määritellä asumattomilla alueilla tai merellä tapahtuneiden maanjäristyksen kohdalla. Sama ongelma on myös niiden maanjäristyksen kohdalla, jotka tapahtuvat syvällä.[10]

Magnitudi[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Magnitudilla mitataan maanjäristyksen suuruutta fysikaalisena tapahtumana ja sen voimakkuutta itse järistyslähteessä. Magnitudiasteikot perustuvat laitehavaintoihin ja seismogrammin rekisteröimään jälkeen. Magnitudiasteikkoja on useita, ja niillä saadaan yleensä hieman toisistaan poikkeavia arvoja. Asteikot ovat tyypillisesti logaritmisia, jolloin asteen nousu tarkoittaa maanjäristyksen voimakkuuden kymmenkertaistumista. Käytetyin asteikko on niin sanottu Richterin asteikko (ML) lähijäristyksille sekä pinta-aaltomagnitudi (Ms) ja perusaaltomagnitudi (mb) kaukana sattuneille järistyksille. Nämä asteikot toimivat hyin vain tietyllä taajuus- ja etäisyysvälillä, minkä takia on kehitetty momenttimagnitudi (Mw), joka antaa luotettavimman arvion voimakkuudesta.[11]

Magnitudiasteikon loi 1935 yhdysvaltalainen Charles Richter. Niin sanotun Richterin asteikon kantalukuna on 10, se voidaan esittää kaavana m = log(a/T) + B, missä m on magnitudi, a seismogrammin suurimman heilahduksen amplitudi seismografin suurennuksella jaettuna, T heilahdusaika ja B vaimennus. Richter valitsi asteikon perustaksi nollamagnitudin suuruisen tärinän. Se on valittu tarkoituksella pieneksi, jotta havaitut magnitudit olisivat pääsääntöisesti positiivisia.[10]

Luotettavimpana asteikkona pidetään momenttimagnitudia, jota olivat 1970-luvulla kehittämässä japanilainen Hiroo Kanamori ja yhdysvaltalainen Thomas C. Hanks. Momenttimagnitudi määritellään yleensä vain yli 3,5 magnitudin paikallisille ja yli 5,5 magnitudin kaukojäristyksille. Pienemmissä maanjäristyksissä ei yleensä vapaudu tarpeeksi energiaa, jotta momenttimagnitudia pystyttäisiin määrittelemään.[5]

Mittaaminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Rekisteröinti[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Maanjäristysten rekisteröimiseen tarkoitettua laitetta kutsutaan seismografiksi.[12] Siihen kuuluu seismometri, jonka tarkoituksena on vastaanottaa maanpinnan liikkeet. Seismometri on laite, jossa on löysästi kiinnitetty massa ja induktiokela. Massa ja siihen kiinnitetty magneetti jäävät jälkeen maanpinnan liikkeestä, jolloin kelan ja magneetin välisestä suhteellisesta liikkeestä syntyy kelaan pieni sähkövirta. Sitä vahvistamalla ja sopivalla laitejärjestelyllä se saadaan näkyvään muotoon.[5] Elektroniikka ja tietokoneita hyödyntyävät seismografit voivat mitata jopa senttimetrin sadasmiljoonasosan suuruiset liikahdukset.[13]

Kallioperän liikettä pitää havainnoida kolmesta suunnasta, jotta sen liike pystyttäisiin havaitsemaan täydellisesti. Suunnat ovat pystysuunnan vertikaaliliike sekä kahden pääilmansuunnan horisontaaliliike. Seismografit jaetaan tämän perusteella vertikaali- ja horisontaaliheilureihin.[12] Aikaisemmin seismografit piirsivät paperille värähtelyä osoittavan käyrän, mutta seismogrammit tallentuvat nykyään tietokoneelle. Ne välittyvät myös tiedonsiirtoolinjaa pitkin keskusasemille, joissa eri asemien rekisteröinnit kerätään talteen.[13]

Seisminen monipisteasema koostuu keskusasemasta ja laajalle alueelle sijoitetuista seismometreistä, joita voi olla jopa useita satoja.[12] Ne on sijoitettu optimietäisyyksien päälle, ja niiden rekisteröintitietojen avulla voidaan saada tietoja jopa pienimmistäkin seismisistä tapahtumista.[5]

Vaikutukset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Geomorfologiset muutokset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Maanjäristyksillä on voimaa aiheuttaa suuria geomorfologisia muutoksia. Maanjäristysten seurauksena maa voi liikkua siirrosalueilla, pinta nousta, laskea tai kallistua, pohjaveden virtaus muuttua, maaperä vettyä. Lisäksi maanjäristykset voivat aiheuttaa maanvyöryjä ja mutavyöryjä.[2]

Tsunamit ja seiche-ilmiö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Meressä tapahtuva maanjäristys voi aiheuttaa tsunamin, joka syntyy, kun meressä oleva vesipatsas menee epätasapainoon. Maanjäristyksen lisäksi myös merenalaiset maanvyöryt ja tulivuorenpurkaukset voivat aiheuttaa tsunameita.[14]

Kun merellisten laattojen subduktiovyöhykkeellä toinen laatta työntyy toisen alle, se taivuttaa jälkimmäisen laatan reunaa. Se aiheuttaa jännitystilan, jonka lauetessa laattareunan yläpuolella oleva vesipatsas nousee ylöspäin ja siirtyy epävakaaseen tilaan. Kun aiheutunut tila pyrkii tasoittumaan syntyy tsunami.[14]

Seiche-ilmiöllä viitataan tilanteeseen, jossa esimerkiksi lähes kokonaan maan ympäröimien lahtien tai järvien vesi päätyy rytmiseen liikkeeseen. Tällainen heiluriliike voi kestää muutamasta tunnista jopa muutamaan päivään.[2]

Varautuminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ennustaminen ja ennakointi[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Maanjäristyksiä ei pysty ennustamaan, jos sillä tarkoitetaan lyhyen ajanjakson, kuten vuoden sisällä tietyssä paikassa tapahtuman maanjäristyksen ajoittamista etukäteen. Ennakointi on kuitenkin mahdollista, jolloin esimerkiksi voidaan arvioida muutaman vuosikymmenen aikana tapahtuvaa järistystä.[15] Tieteellisten ennustamismenetelmät perustuvat geofysikaalisten ilmiöiden seurantaan. Suuria maanjäristyksiä edeltää usein:[16]

  • tietyllä kaavalla toistuvat esijäristykset
  • maan pintakerrosten deformoituminen
  • siirroslinjoilla tapahtuvat epätavalliset maanjäristyksettömät eli aseismiset maankuoren liikkeet
  • laattojen välisen puristuksen muuttuminen
  • laattojen lukkiutuminen
  • kallion hienorakenteen muuttuminen siirroslinjan lähellä
  • pohjaveden virtauksen muuttuminen
  • kaasujen vapautuminen maasta
  • sähköisiä ja magneettisia häiröitä.

Joskus ennakoinnissa päästään kohtalaiseen tarkkuuteen. Esimerkiksi Turkissa on havaittu maanjäristysten seuraavan toisiaan muutaman vuoden välein, ja aina noin saman verran edellistä lännempänä. Vuoden 1999 voimakas järistys oli surullinen todiste tutkijoiden tuloksille. Seuraavan suurjäristyksen Turkissa ennustetaan sattuvan Istanbulin lähellä.

Suurta maanjäristystä seuraa usein heikompia jälkijäristyksiä. Niiden esiintymisessä on usein joitakin säännönmukaisuuksia. Järistysalueella jälkijäristyksiin on hyvä varautua, ja voimakkaiden järistysten jälkeen niitä on jopa tuhansia usean vuoden aikana.[15]

Maapallolla on tiettyjä seutuja, joilla järistyksiä sattuu tiheään. Alttiita alueita ovat esimerkiksi Turkki, Iran, Kalifornia ja Japani. Voimakas järistys voi tuhota kokonaisen kaupungin, jos se sattuu sijaitsemaan lähellä järistyskeskusta. Tuhoja yritetään lieventää rakentamalla maanjäristyksen kestäviä rakennuksia ja muita rakenteita.

Merkittäviä maanjäristyksiä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Earthquake Encyclopædia Britannica. 2017. Encyclopædia Britannica, Inc. Viitattu 18.10.2017. (englanniksi)
  • Kakkuri, Juhani: Muuttuva Maa. Helsinki: WSOY, 2007. ISBN 978-951-0-32275-8.
  • Kakkuri, Juhani & Hjelt, Sven-Erik: Ympäristö ja geofysiikka. Helsinki: Tähtitieteellinen yhdistys Ursa, 2000. ISBN 952-5329-05-4.

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Kakkuri & Hjelt, s. 157.
  2. a b c d e f g Encyclopædia Britannica.
  3. Kakkuri, s. 128.
  4. Korja, Annakaisa & Heikkinen, Pekka & Karkkulainen, Kati: Miksi maapallolla tärisee?. Dimensio, 4/2005, 69. vsk, s. 7. Helsinki: Matemaattisten aineiden opettajien liitto. Artikkelin verkkoversio (pdf) Viitattu 18.10.2017.
  5. a b c d e f g Sanasto Seismologian laitos, Helsingin yliopisto. Viitattu 18.10.2017.
  6. a b c Kakkuri & Hjelt, s. 138.
  7. Kakkuri, s. 127.
  8. Kakkuri & Hjelt, s. 139–140.
  9. Kakkuri, s. 126.
  10. a b c d Kakkuri & Hjelt, s. 142–143.
  11. Maanjäristyksen voimakkuus Seismologian laitos, Helsingin yliopisto. Viitattu 15.10.2017.
  12. a b c Kakkuri & Hjelt, s. 136–137.
  13. a b Kakkuri, s. 124–125.
  14. a b Tsunamin synty Geotietieden ja maanteiteen, Helsingin yliopisto. Viitattu 15.10.2017.
  15. a b Voiko maanjäristyksien esiintymistä ennakoida? Seismologian laitos, Helsingin yliopisto. Viitattu 15.10.2017.
  16. Kakkuri, s. 131.
  17. Amos, Jonathan: 'Risks remain' after Chile quake BBC News. 31.1.2011. Viitattu 11.3.2011. (englanniksi)
  18. Tuhoisa tsunami iski Japaniin YLE Uutiset. 11.3.2011. Viitattu 11.3.2011.

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Maanjäristys.