Dlaczego na Tajwanie jest tyle trzęsień ziemi?

Dwie płyty, jedna wyspa

Zewnętrzna skorupa Ziemi jest podzielona na płyty, które powoli przesuwają się względem siebie. Większość silnych trzęsień ziemi zdarza się tam, gdzie płyty się stykają. Tajwan jest jednym z takich miejsc: na wschodzie i południowym wschodzie leży płyta filipińska, a na zachodzie kontynentalna krawędź płyty euroazjatyckiej.

Geolodzy opisują wyspę jako efekt ukośnego zderzenia, które zaczęło się w ciągu ostatnich kilku milionów lat, między łukiem wulkanicznym Luzon, niesionym przez płytę filipińską, a krawędzią kontynentu euroazjatyckiego. Na mapie Tajwan leży między dwiema strefami subdukcji nachylonymi w przeciwne strony – Rowem Manilskim na południu i Rowem Riukiu na północnym wschodzie – a zderzenie pomiędzy nimi wypiętrzyło pasma górskie wyspy.

Centralna Administracja Meteorologiczna Tajwanu (CWA) mierzy ten ruch bezpośrednio. W 1993 roku zaczęła budować sieć stacji GPS, która ma śledzić ruchy skorupy wywołane zderzeniem płyt euroazjatyckiej i filipińskiej. Jak ta sieć wpisuje się w całe tajwańskie monitorowanie trzęsień, opisuje strona Trzęsienia ziemi.

Jak szybko to się dzieje?

Jeden z pierwszych pełnych obrazów dały pomiary 131 stacji tajwańskiej sieci GPS, wykonane od czterech do sześciu razy w latach 1990–1995 przez badaczy Instytutu Nauk o Ziemi Academia Sinica. Względem stacji Paisha na Peskadorach (Penghu), po stabilnej, euroazjatyckiej stronie, wyspa Lanyu (Lan-Hsu) u południowo-wschodnich wybrzeży Tajwanu przesuwała się o 81,5 ± 1,3 milimetra rocznie w kierunku azymutu 306°, czyli na północny zachód. Autorzy zauważyli, że to praktycznie ten sam kierunek, który niezależnie oszacowano dla ruchu płyty filipińskiej względem Eurazji.

Osiem centymetrów rocznie to w geologii dużo. Ruch nie rozkłada się równo. Te same pomiary pokazały wyraźny skok prędkości w poprzek Doliny Podłużnej we wschodnim Tajwanie, między Pasmem Nadbrzeżnym a resztą wyspy. Tam, gdzie skały nie mogą się płynnie przesuwać, odkształcenie gromadzi się latami albo stuleciami i uwalnia w trzęsieniach ziemi.

Dlaczego Tajpej jest inne

Zderzenie nie wygląda tak samo na całej wyspie. Praca o pomiarach GPS z lat 1995–2005 w północnym Tajwanie opisuje północ jako pas górski „pokolizyjny”: zderzenie już tam nie zachodzi, a region przechodzi w strefę wpływu Rowu Riukiu, gdzie płyta filipińska zanurza się pod łuk Riukiu. Dalej na północny wschód, przy Równinie Yilan na zachodnim krańcu otwierającego się Rowu Okinawskiego, skorupa jest rozciągana, a nie ściskana.

W tej pracy okolice Tajpej przesuwają się względem stabilnej krawędzi kontynentu tylko o 1,0–7,8 milimetra rocznie, dużo wolniej niż wschód wyspy. Tajpej nie jest jednak bezpieczne. Sejsmolodzy badający Taipei 101 zwracają uwagę, że drgania gruntu o długim okresie wywołane dużymi trzęsieniami są jedną z głównych przyczyn szkód w wysokich budynkach, a miękkie osady Kotliny Tajpej, opisane na stronie Miasto i region, wpływają na to, jak trzęsie się tam grunt.

Własny uskok Tajpej

Zachodni skraj Kotliny Tajpej wyznacza uskok Shanchiao, biegnący z północy na południe wzdłuż granicy aglomeracji. W odróżnieniu od uskoków, które budują góry, jest to uskok normalny (zrzutowy): jedno skrzydło obniża się względem drugiego i właśnie tak kotlina się zapada.

Jego dawne trzęsienia zapisały się pod ziemią. Badacze, którzy wykonali odwierty wzdłuż uskoku, znaleźli ślady powtarzających się nagłych obniżeń we wczesnym i środkowym holocenie – mniej więcej 11 000, 9000–9300 i 8400–8600 lat temu – z przemieszczeniami od 2,3 do 4,5 metra w jednym zdarzeniu. Tak duże przesunięcia odpowiadają trzęsieniom o magnitudzie około 6,9–7,1, a autorzy wnioskują, że silne trzęsienia na tym uskoku są jednym z głównych zagrożeń sejsmicznych dla aglomeracji Tajpej.

Inna praca, oparta na pomiarach GPS, szacuje, że przyszłe trzęsienie w systemie uskoków Chinshan–Shanchiao mogłoby osiągnąć magnitudę momentu około 6,85, z możliwym okresem powtarzalności około 335 lat. Obie prace stosują różne metody, a ich liczby to szacunki obarczone dużą niepewnością; żadna nie mówi, kiedy nastąpi następne trzęsienie na tym uskoku.

Gdzie – tak, kiedy – nie

Znajomość tektoniki mówi sejsmologom, gdzie trzęsienia są prawdopodobne i mniej więcej jak silne mogą być. Nie mówi, kiedy. Służba Geologiczna Stanów Zjednoczonych (USGS) stawia sprawę jasno: ani ona, ani żadni inni naukowcy nigdy nie przewidzieli silnego trzęsienia ziemi i nie spodziewają się, że w dającej się przewidzieć przyszłości będą wiedzieć, jak to zrobić. Prawdziwa prognoza musiałaby podać datę i godzinę, miejsce oraz magnitudę.

Nauka może za to podać prawdopodobieństwo dla danego regionu w perspektywie kilkudziesięciu lat, a kiedy trzęsienie już się zaczęło – kilka sekund ostrzeżenia. Tajwański system wczesnego ostrzegania, który wysyła alarmy na telefony po rozpoczęciu silnego trzęsienia, opisuje strona Trzęsienia ziemi. Trzęsienie, które najbardziej ukształtowało ten system, Chi-Chi z 1999 roku, ma osobny artykuł: Trzęsienie ziemi Chi-Chi z 1999 roku: co się stało i co zmieniło.

Dla porównania: Polska

Polska leży daleko od granic płyt i to widać. Według Instytutu Geofizyki Polskiej Akademii Nauk najbardziej aktywne sejsmicznie są u nas Karpaty, co wiąże się z młodym wiekiem tych gór, a platformy wschodnio- i zachodnioeuropejska wykazują niewielką naturalną aktywność sejsmiczną. Za najsilniejsze trzęsienie w historii Polski uważa się wstrząs z 3 grudnia 1786 roku z epicentrum w rejonie Beskidu Średniego.

Najsilniejsze naturalne trzęsienie w epoce pomiarów instrumentalnych nawiedziło Podhale 30 listopada 2004 roku. Instytut podaje jego magnitudę na jednej ze swoich stron jako 4,5, a na innej jako 4,7. Większość wstrząsów odczuwanych w Polsce nie jest jednak naturalna, tylko wywołana górnictwem – na Górnym Śląsku, w Legnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym i w rejonie Bełchatowa; najsilniejsze wstrząsy górnicze osiągnęły magnitudę 4,5 w zagłębiu miedziowym w 1977 roku i 4,6 w Bełchatowie w 1980 roku.

Magnituda jest skalą logarytmiczną: jedna cała jednostka to około 32 razy więcej uwolnionej energii. Trzęsienie Chi-Chi na Tajwanie w 1999 roku miało magnitudę momentu 7,6, czyli około trzech jednostek więcej niż Podhale w 2004 roku. W zależności od tego, którą wartość dla Podhala przyjmiemy, to w bardzo dużym przybliżeniu od 20 000 do 45 000 razy więcej energii; porównanie jest tylko orientacyjne, bo magnitudy małych i dużych trzęsień często mierzy się w różnych skalach.