Badanie zjawisk związanych z trzęsieniami ziemi w przeszłości jest ważne z punktu widzenia przewidywania przyszłych trzęsień w prognozach długoterminowych (zob. Przewidywanie i zapobieganie trzęsieniom ziemi ). Badania te zajmują się:
- zapisem tektonicznym,
- zapisem sedymentologicznym.
Z praktycznego punktu widzenia związanego z prognozowaniem najważniejsze jest badanie zjawisk w nieodległej przeszłości, a więc w holocenie, a w szczególności w przeszłości historycznej. Wielkie trzęsienia ziemi, takie jak San Francisco w 1906 roku, czy u wybrzeży Kanady (Great Banks) w 1929 roku, pozostawiły po sobie wyraźny ślad w morfologii, tektonice, a także w osadach. Ślad ten jest wynikiem samych wstrząsów, jak również zjawisk towarzyszących, takich jak tsunami.
Trzęsienie ziemi w San Francisco było spowodowane aktywnością wielkiego uskoku San Andreas (zob. Geneza trzęsień ziemi ). W wyniku tej aktywności nastąpiło przemieszczenie poziome wzdłuż uskoku, zaobserwowane między innymi w przesunięciu płotów zlokalizowanych w poprzek uskoku. Przesunięcia poziome starsze, z okresu kiedy nie było jeszcze konstrukcji zbudowanych przez ludzi, odnotowywane są w zmianach cieków wodnych. W przypadku strumienia Wallace'a Creeka ( Rys. 1 ) rozcięte aluwia strumienia zostały wydatowane metodą radiowęglową na około 3700 lat. Metoda ta jest dość dokładna dla holocenu, okresu obejmującego ostatnie 12000 lat. 3700 lat temu nastąpiło uaktywnienie uskoku San Andreas. Od tego czasu strumień Wallace Creek został przesunięty około 130 m. Przesunięcie to jest wynikiem szeregu trzęsień ziemi, między innymi w roku 1857 i 1906 [1], [2].
.
Uskok San Andreas jest uskokiem prawoskrętnym (zob. Granice transformujące ) to znaczy, że płyta pacyficzna przesuwa się na północny zachód, a płyta północnoamerykańska na południowy wschód. Podobne przesunięcia odnotowano między innymi wzdłuż uskoku anatolijskiego w Turcji, czy uskoku Kunlun w Tybecie [3].
W 1929 roku wielkie trzęsieni ziemi u wybrzeży Kanady, na południe od Nowej Fundlandii, o magnitudzie około 7,2 (zob. Trzęsienia ziemi - definicje podstawowe ) spowodowało przemieszczenie ponad 100 \( km^3 \) osadów. Osuwiska podmorskie i prądy zawiesinowe (turbidyty) przemieściły osady na odległość do 25 km od wybrzeży Atlantyku, uszkadzając położone na dnie oceanu kable telekomunikacyjne [4]. Przemieszczenie osadów było prawdopodobnie spowodowane przez zjawisko wtórne, jakim było tsunami (zob. Skutki trzęsień ziemi ).
Fala tsunami ma znaczącą siłę nośną i może redeponować materiał pochodzący z erozji na stoku kontynentalnym i na dnie głębokiego basenu ( Rys. 2 ). Można wyróżnić następujące etapy charakteryzujące działalność tej fali [5], [6]:
- przesuwanie się fali w kierunku lądu,
- erozja wybrzeża i przerabianie materiału,
- transport materiału w kierunku głębokiego morza,
- depozycja materiału w postaci spływów kohezyjnych i turbidytów.
Osuwiska podmorskie i tsunami towarzyszyły również wielkiemu trzęsieniu ziemi na Alasce w 1964 roku [7].
Badania trzęsień ziemi w regionie Cascadia między południową Kolumbią Brytyjską, a północną Kalifornią, stwierdziły częstotliwość wielkich trzęsień co 300 do 500 lat. 19 lub 20 gigantycznych trzęsień ziemi o sile 9 miało miejsce w ciągu ostatnich 10 000 lat [8]. Wydarzenia te związane były z aktywnością strefy subdukcji, w której płyta Juan de Fuca zanurza się pod płytę północnoamerykańską. Aktywność tej strefy dokumentują podmorskie osuwiska i turbidyty. Osuwiska mogły być wywołane bezpośrednio przez trzęsienia ziemi ( Rys. 3 ), zaś turbidyty przez fale tsunami.
; B: aluwia zaburzone trzęsieniami ziemi. Fot. – archiwum aut.
Zgodnie z zasadą aktualizmu geologicznego, porównanie zapisu tych wydarzeń z zapisem wydarzeń w przeszłości geologicznej może prowadzić do wniosku, że większość utworów w kopalnych strefach konwergentnych jest związanych z trzęsieniami ziemi. W Karpatach Zewnętrznych przykładem utworów związanych z trzęsieniami ziemi są olistostromy ( Rys. 4 ), [9], [10], zaś utworów związanych z falami tsunami - sekwencje turbidytowe we fliszu karpackim.
Zjawiskami związanymi z trzęsieniami ziemi w przeszłości zajmuje się paleosejsmologia, gałąź nauk o Ziemi [11], [12]. Wprowadzone zostały terminy sejsmity (utwory związane bezpośrednio z trzęsieniami ziemi) i tsunamity (utwory związane z falami tsunami) [13], [14], [15]. Osady związane z trzęsieniami ziemi w pasmach orogenicznych są pospolite. Zwrócono jednak uwagę [5], [6], że terminów sejsmity i tsunamity nie powinno się stosować dla utworów głębokomorskich, gdyż istnieją już inne ugruntowane nazwy takie jak turbidyty, debryty, czy olistostromy. Ogranicza to ich stosowanie dla utworów płytkomorskich i lądowych, a te są stosunkowo rzadkie [15]. W przypadku sejsmitów ogranicza się to do pierwotnie upłynnionych nieskonsolidowanych osadów drobnoziarnistych, które zostały następnie lityfikowane ( Rys. 5 ).
; B: fot. Mark. A. Wilson, licencja PD, źródło: Wikimedia Commons.
Bibliografia
1. K. Sieh, R. E. Wallace: The San Andreas fault at Wallace Creek, San Luis Obispo County, California. In: Cordilleran Section of the Geological Society of America. Centennial Field Guide. Vol. 1, Geological Society of America, Boulder, CO 1987.2. J. Liu‐Zeng, Y. Klinger, K. Sieh, C. Rubin, G. Seitz: Serial ruptures of the San Andreas fault, Carrizo Plain, California, revealed by three‐dimensional excavations, Journal of Geophysical Research: Solid Earth 2006, Vol. 111, iss. B2, pp. 1-34.
3. J. C. Duarte (Ed.): Transform Plate Boundaries and Fracture Zones, Elsevier, Amsterdam 1984.
4. B. C. Heezen, W. M. Ewing: Turbidity currents and submarine slumps, and the 1929 Grand Banks [Newfoundland] earthquake, American Journal of Science 1952, Vol. 250, Iss. 12, pp. 849-873.
5. G. Shanmugam: The tsunamite problem, Journal of Sedimentary Research 2006, Vol. 76, pp. 718-730.
6. G. Shanmugam: Process-sedimentological challenges in distinguishing paleo-tsunami deposits, Natural Hazards 2012, Vol. 63, iss. 1, pp. 5-30.
7. T. Parsons, E. L. Geist, H. F. Ryan, H. J. Lee, P. J. Haeussler, P. Lynett, P. E. Hart, R. W. Sliter, E. C. Roland: Source and progression of a submarine landslide and tsunami: The 1964 Great Alaska earthquake at Valdez, Journal of Geophysical Research Solid Earth 2014, Vol. 119, iss. 11, pp. 8502-8516.
8. B. F. Atwater, G. B. Griggs: Deep-Sea Turbidites as Guides to Holocene Earthquake history at the Cascadia Subduction Zone: Alternative Views for a Seismic-Hazard Workshop, US Geological Survey Open-File Report 2012, Vol. 1043, p. 58.
9. M. Cieszkowski, J. Golonka, M. Krobicki, A. Ślączka, A. Waśkowska, M. Wendorff: Olistolity w serii śląskiej i ich związek z fazami rozwoju basenu śląskiego. Olistolith within the Silesian Series and their connections with evolutionary stages of the Silesian Basin, Kwartalnik AGH. Geologia 2009, Vol. 33, iss. 2/1, pp. 13-21.
10. J. Golonka, M. Krobicki, A. Waśkowska, M. Cieszkowski A. Ślączka: Olistostromes of the Pieniny Klippen Belt, Northern Carpathians, Geological Magazine 2015, Vol. 152, iss. 2, pp. 269-286.
11. J. P. McCalpin: Paleoseismology, Elsevier, Amsterdam, New York 1996.
12. R. S. Yeats, K. E. Sieh, C. A. Allen: The Geology of Earthquakes, Oxford University Press, New York 1997.
13. A. Seilacher: Fault-graded beds interpreted as seismites, Sedimentology 1969, Vol. 13, pp. 155-159.
14. S. Belzyt, M. Pisarska-Jamroży: W jaki sposób badać sejsmity? Przegląd metod badawczych, Acta Geographica Lodziensia 2017, Vol. 106, pp. 171-180.
15. P. Łuczyński: Problem tsunamitów. Dlaczego tak mało jest kopalnych osadów tsunami?, Przegląd Geologiczny 2012, Vol. 6, iss. 11, pp. 598-604.