Genel Depremler Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Depremler, Kadir Dirik, 2006 1 BÖLÜM 18 DEPREMLER 18.1. G İR İŞ Deprem, yerin sarsılması veya hareket etmesidir. Deformasyon geçirmekte olan kayaçların bir kırık boyunca aniden hareketleri ile olur. Fayın her iki tarafındaki bloklar hareket ederek yer titre şimlerini meydana getirirler. Bu kayma genellikle plaka sınırlarında - kabukta veya üst mantoda - olu şur. San Andreas fayı boyunca meydana gelen 1906 San Fransisko depremi, arazi incelemeleri itibarı ile o zamana kadar en iyi çalı şılmı ş afetlerden biridir. Bu depremden çıkarılan sonuçlardan biri elastik sıçrama (ELASTIC REBOUND) teorisidir ( Şekil 18.1). Bu teoriye göre, deprem olana kadar, fayın ayırdı ğı bloklar belirli bir miktarda deforme olmaktadır. Bu deformasyon, fay boyunca plaka veya blok hareketlerinin devam etmesi sonucu devam eden sıkı şma ve sürtünmelerle olmaktadır. Fayın her iki tarafına ve fay izine dik olarak çizilmi ş sanal do ğru parçalarının zamanla e ğrile şmesi ile bu deformasyonun yüzeysel şekli gösterilmi ştir. Yer kabu ğu içinde sürtünmelerle biriken stresler, fay boyunca bir bölgede bir sıkı şmaya, kilitlenmeye yol açarlar. Sonuçta, bir müddet sonra bu kilitlenme zonunda hızlı bir hareketle (genellikle bir kaç dakika süren) ve metrelerce olabilen bir yerde ği ştirme (atım) ile deprem olu şur. Şekil 18.1. Elastik sıçrama kuramı. Genellikle nokta gibi algılanan olu şma bölgesine odak (FOCUS, HYPOCENTER), bu bölgenin yeryüzüne dik izdü şümüne de merkez üstü/episantr (EPICENTER) denir. Deremin yeryüzünde en fazla hissedildi ği ve hasar yapabilece ği yer episantrdır ( Şekil 18.2). Şekil 18.2. Deprem oda ğı, merkez üstü ve deprem dalgaları. Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Depremler, Kadir Dirik, 2006 2 18.2. DEPREM İNCELEME ÇALI ŞMALARI Depremde ortaya çıkan dalgaları kaydeden ve ka ğıda çizerek incelenmelerini sa ğlayan aletlere sismograf (sismometre bu i şlemleri tamamen sayısal ortamda ve elektronik olarak yapan aletlerdir) denir ( Şekil 18.3). Kayıtlar, ilke olarak, yer sarsıntılarını, yere mümkün oldu ğu kadar az ba ğımlı bir a ğırlı ğın hareketler sırasında oynamaması ile sa ğlanır. Deprem sırasında eylemsizli ği - hareketsiz cismin hareket etmeye kar şı direnci - dolayısı ile, bu a ğırlı ğa ba ğlanan bir yazıcı kalem, hareket eden bir ka ğıt düzlemine depremi "çizer". Uygulamada bu a ğırlık bir yayla ( Şekil 18.3a) veya bir mente şe aracılı ğı ( Şekil 18.3b) ile yere "ba ğlanır". Deprem hareketleri, bu a ğırlı ğa yere göre daha az bir ivme kazandırırlar ve kayıt yapılır. Modern sismometrelerle 10 -18 santimetrelik yerde ği ştirmeler algılanabilmektedir. (a) (b) Şekil 18.3. Sismografların çalı şma ilkeleri. 18.3. S İSM İK DALGALAR Herhangi bir yere yerle ştirilen bir sismograf, birkaç saat içinde yeryüzünde olu şan depremleri kaydetmeye ba şlar. Durgun bir su yüzeyine atılan ta ş örne ğinde oldu ğu gibi deprem oda ğından itibaren yeryüzüne yayılan dalgalar zaman içinde üç dalga grubu halinde gelirler. İlk gelen dalgalara P (PRIMARY) daha sonra gelenlere de S (SECONDARY) dalgaları denir. P ve S dalgaları yer içinde hareket ederler. En son olarak ta dünyanın yüzeyini kateden yüzey dalgaları kayıt edilebilirler ( Şekil 18.4). Şekil 18.4. Deprem dalgaları Fizik olarak, P dalgaları ( Şekil 18.5a), havada hareket eden ses dalgalarını andırırlar. Ses dalgaları gibi, kompresyonel (sıkı ştırıcı) dalgalardır: katı, sıvı veya gaz halindeki maddelerden geçerken madde parçacıklarını dalga hareket yönünde sıkı ştırır (CONTRACTION) veya serbestle ştirirler (RELAXATION). Kayada hızları 5 km/saniye kadardır. S dalgaları ise, katı kayaçtan geçebilirler ( Şekil 18.5b). Hızları P dalgalarınınkinin yarısı kadardır. Katettikleri maddenin parçacıklarını dalga hareket yönüne göre dik yönlerde sallamaları nedeni ile S dalgalarına kesme (SHEAR) dalgaları da denir. Kesme dalgaları sıvı ve gazlarda olu şmazlar. Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Depremler, Kadir Dirik, 2006 3 Şekil 18.5. P ve S dalgaları Yüzey dalgaları ( Şekil 18.6), kumulların olu şabilmesine benzer bir şekilde serbest bir yüzey gereksinirler (kumullarda hava, bu serbest yüzeydir) ve bu nedenle arzın en üst tabakalarında hareket ederler. Bir kısmı e ğrisel hareketler şeklinde ayrılırken di ğer bir kısmı da yanlara do ğru yayılım gösterirler. Şekil 18.6. Yüzey dalgaları Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Depremler, Kadir Dirik, 2006 4 18.4. MERKEZ ÜSTÜNÜN SAPTANMASI Bir depremin merkez üstünün (epicenter) saptanabilmesi için, deprem olgusunun (PHENOMENON, FACT) iyi anla şılmı ş olması gerekir. Bunun üzerinde sismograflardan sa ğlanan verilerle yürütülen çalı şmalar ve varılan sonuç, şu örnekle açıklanabilir. Bir fırtına esnasında olu şan yıldırımın ne kadar uzakta oldu ğunu anlamak için, ses hızı bilindi ğine göre, yıldırımın ı şı ğı ile gökgürültüsünün duyulması arasındakı zaman farkının ölçülmesi gerekir. Deprem örne ğinde, yıldırım ı şı ğı P, gökgürültüsü ise S dalgaları ile e şde ğerdir. P ve S dalgaları arasındaki zaman mesafesi, bu dalgaların yerkabu ğu içindeki seyahat mesafesi ile orantılıdır. Di ğer bir deyi ş ile, dalgaların olu ştu ğu deprem oda ğı ne kadar uzak ise, P ve S dalgaları arasındaki zaman aralı ğı da o kadar uzun olacaktır. Şekil 18.7'de sanal bir deprem oda ğı, odaktan yayılan dalgalar, bu dalgaları kaydeden üç istasyon (18.7a), bu kayıtlar, ve bunlardan itibaren odak saptanması yöntemi anlatılmı ştır. Modern kayıt ve i şlem istayonlarında, bu i şlemler bilgisayarlarla ve optimizasyon yöntemleri kullanılarak - yani tüm kayıtların i şlenerek en uygun episantr, deprem olu ş zamanı ve odak derinli ği ile, depremin hangi kuvvetler etkisi altında olu ştu ğu - yürütülmektedir (ayrıntılı bilgiler için bakınız NEIC/USGS veya Japon ERI siteleri). Episantr, üç istasyondan alınan verilerle saptanır ( Şekil 18.7b). Bunun için her istasyon bilgileri ile elde edilen, istasyon-episantr uzaklı ğını veren çemberler çizilir( Şekil 18.7c,d). Bu çemberlerin kesi şti ği nokta veya alan, episantra kar şılık gelir ( Şekil 18.7d). (a) (b) (c) ( d ) Şekil 18.7. Deprem merkez üstünün bulunması Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Depremler, Kadir Dirik, 2006 5 18.5. B İR DEPREM İN BÜYÜKLÜ ĞÜNÜN ÖLÇÜLMES İ Yerbilimciler için bir depremin olu ştu ğu yeri bilmek kadar o depremin büyüklü ğünü, veya, magnitüdünü saptamakta önemlidir. Bir yerle şim alanı veya stratejik öneme sahip bir bölgede (baraj, nükleer santral, vs) geli şebilecek bir depremin büyüklü ğü in şaatların yapımı ile ilgili parametreleri etkileyecek unsurların ba şında gelir. 18.5.1. Richter büyüklü ğü 1935 yılında Kaliforniya'lı bir sismolog olan Charles RICHTER, astronomide kullanılan ve yıldızların parlaklıklarını bir sayı (kadir) ile ifade etme yöntemini depremlere uyguladı. Buna göre, Richter her depreme bir sayı (Richter büyüklü ğü) atfetti. Bu sayı, deprem sırasında çizilen kayıttaki e ğrinin azami (maksimum) yüksekli ği (amplitüd, AMPLITUDE) ile orantılıdır ( Şekil 18.8). Yıldızların çok de ği şik sayılarla ifade edilen parlaklık de ğerleri gibi, depremlerinde çok de ği şik aralıklarda büyüklükleri vardır. Bunun için Richter ölçe ğini sıkı ştırdı ve logaritmik bir ölçek kullandı. Buna göre, iki depremin arasında yer sarsıntısı amplitüdleri açısından aralarında 10 kat fark varsa, bu fark Richter ölçe ğinde 1 farka kar şılık gelir. Di ğer bir deyi ş ile, bir depremde kayıt amplitüdü örne ğin 2 mm, bir di ğerinde ise 20 mm ise, Richter ölçe ği itibarı ile, bu depremlerin ilkinin büyüklü ğü 2 ise, ikincisininki 3 olacaktır. Depremler sırasında ortaya çıkan enerji açısından dü şünüldü ğünde ise, birbirini izleyen iki Richter büyüklü ğü arasında (örne ğin 2 ve 3) 33 katlık bir fark vardır. Di ğer bir deyi şle, 3 büyüklü ğünde bir depremin enerjisini 33 tane 2 büyüklü ğünde depreme yaratabilir. Şekil 18.8. Uzak mesafeler kateden sismik dalgalarda meydana gelen zayıflamalar nedeni ile, oda ğa uzak istasyonlarda bu uzaklıkla orantılı düzeltmeler yapmak gerekmektedir. Richter'in hazırladı ğı listeler yardımı ile bu düzeltmeler yapılabilmektedir. Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Depremler, Kadir Dirik, 2006 6 18.5.2. Moment Büyüklü ğü (Moment Magnitude) Klasik hale gelen ve halen kullanılan Richter ölçe ğinden sonra sismologlar, bir depremden belirli uzaklıkta bir yerin nasıl sallandı ğından öte, o depremin oda ğında neler oldu ğu ile ilgili yeni bir büyüklük kavramı (moment büyüklü ğü) geli ştirdiler. Buna göre olu şturulan yeni ölçekte, depremde olu şan atım miktarı, fay boyunca ve deprem kırı ğından etkilenen alan ve kayaçların direnci ile ilgili unsurlar ele alınmaktadır. Moment büyüklü ğü, fiziksel anlamda, bir depremle ortaya çıkan enerji ile yakından ilgili bir kavramdır. Her ne kadar moment büyüklü ğü ve Richter büyüklü ğü ile benzer sonuçlara ula şılsa da, moment büyüklü ğü bir depremin sonuçlarından çok nedenleri ile ilgili olması nedeni ile bilim insanları tarafından daha tercih edilmektedir. 18.6. DEPREM ŞİDDET İ İLE İLG İL İ D İĞER UNSURLAR Bir depremin yarattı ğı hasarı anlayabilmek için deprem büyüklü ğü yeterli bir kavram de ğildir. Zira en yakın şehre 2 000 km uzaklıkta meydana gelen ve 8 büyüklü ğünde bir deprem herhangi bir hasara yol açmazken, bir şehrin yakınında olu şacak 6 büyüklüklü bir deprem büyük hasara yol açabilir. De ği ştirilmi ş Merkalli Şiddet Cetvelinde bir deprem ile olu şan hasarlar ele alınmaktadır. Bu cetvelde şiddetler I (çok hafif) ile XII (afet) arasında de ği şmektedir, ve insanlar hissetmeleri ve hasarla ilgilidir. Hasarlar büyüklük, episantra uzaklık, bina ve yapıların dayanımı, temellerin oturdu ğu zemin ve kayaların türü gibi unsurlara ba ğlıdır. 1906 San Fransisko depreminin Merkalli ölçe ğinde şiddeti XI idi. 18.7. PLAKA TEKTON İĞİ VE DEPREMLER Depremler çekme kuvvetleri veya basınç (sıkı ştırma) kuvvetleri altında ( Şekil. 18.9), yeryüzünün üst kesimlerinde çe şitli derinliklerde geli şirler. Çekme kuvvetleri altında kalan plakalar, veya bloklar, normal faylar boyunca birbirlerinden ayrılırlar ( Şekil. 18.9b). Basınç kuvvetleri ise plakaları birbirilerine yakla ştırır, ve ters faylar boyunca depremler yaratırlar ( Şekil. 18.9c). Birbirlerine göre yana do ğru hareket eden plakaların arasında ise bir transform fay bulunur ( Şekil. 18.9d). Bu üç tür plaka sınırında, sı ğ veya derin depremler geli şebilirler. Şekil18.9. Fay çe şitleri. Yakla şan plakalarda hem sı ğ hem de derin ( Şekil 18.10) depremler olu şabilir. Şekil 18.10. Yakınla şan kıta kenarlarındaki faylarda olu şan depremler. Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Depremler, Kadir Dirik, 2006 7 Uzakla şan plaka sınırlarında ve transform faylar boyunca genellikle sı ğ depremler olu şur ( Şekil 18.11). Şekil 18.11. Uzakla şan kıta kenarlarında ve transform faylarda olu şan depremler. Şekil 18.12.. Levha tektoni ği ile ili şkili de ği şik tür levha sınırları ve buralardaki hareket tipleri Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Depremler, Kadir Dirik, 2006 8 18.8. DEPREM HASARLARI Depremlerde hasarlar, sarsıntı sırasında ve sonrasında, özellikle episantra yakın yerlerde yapıların yıkılması ile meydana gelir ( Şekil 18.12). Binalardan dü şen malzemelerle gaz ve elektrik hatlarından çıkan yangınlarla da yaralanmalar ve ölümler olu şmaktadır. Deprem dalgalarının geçti ği zeminin karakteri de deprem hasarlarını etkileyen önemli bir kriterdir ( Şekil 18.13) Depremin kıyıya yakın yerlerde olu şması durumunda ise, tsunami adı verilen dalgalar geli şebilir ( Şekil 18.14). Tsunamiler okyanuslarda saatte 800 km hızla hareket eden, ve sı ğ k ıyıya vardı ğında yükseli ği 20 metreye ula şabilen deprem dalgalarıdır, ve kıyıda önemli hasarlar yaratabilirler ( Şekiller 18.15,16) Şekil 18.12. Ana kaya İyi tutturulmu ş Kötü tutturulmu ş Suya doygun sediman sediman sediman Şekil 18.13. Deprem dalgası amplitüdünün malzemeye ba ğlı olarak de ği şmesi Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Depremler, Kadir Dirik, 2006 9 Şekil 18.14. Tsunaminin olu şmasına neden olan deniz tabanındaki fay Şekil 18.15. Aralık 2004 Endenozya Depremi sonrası olu şan tsunaminin kıyılardaki etkisi Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Depremler, Kadir Dirik, 2006 10 Şekil 18.16.