Maavärin on üks looduse kõige võimsamatest ja ettearvamatutest nähtustest, mis on läbi inimkonna ajaloo kujundanud nii meie planeedi füüsilist pinda kui ka meie kultuuri, mütoloogiat ja teaduslikku arusaama maailmast. Kui maapind jalge all äkitselt vappuma hakkab, meenutab see meile, et elame planeedil, mis on pidevas liikumises, isegi kui see meile igapäevaselt stabiilne tundub. Mõistmaks, mis maavärin tegelikult on ja miks see toimub, peame sukelduma sügavale Maa sisemusse, kus toimuvad protsessid, mida me oma silmaga näha ei saa, kuid mille tagajärgi võime tunda tuhandete kilomeetrite kaugusel.
Mis on maavärin füüsikalisest vaatenurgast?
Kõige lihtsamalt öeldes on maavärin Maa koorikus tekkiv äkiline energia vabanemine, mis tekitab seismilisi laineid. Need lained levivad läbi Maa siseosade ja pinna, põhjustades maapinna värisemist, nihkumist või purunemist. Maavärinad ei ole juhuslikud sündmused; need on otsene tagajärg Maa sisemuses toimuvast kuumuse ülekandest ja tektooniliste plaatide liikumisest.
Et paremini mõista, kuidas maavärin tekib, kujutage ette kahte suurt, karedat kivimitükki, mida surutakse üksteise vastu. Hõõrdejõud hoiab neid paigal, kuigi neid lükatakse pidevalt erinevates suundades. Aja jooksul kuhjub nende vahele suur pinge. Kui see pinge ületab kivimite tugevuse või hõõrdejõu, toimub järsk libisemine. See vabanemine saadab välja tohutus koguses energiat vibratsioonidena, mida me tunneme maavärinana.
Maa ehitus ja tektoonilised plaadid
Maavärinate mõistmise võti peitub teadmises, et Maa välimine kiht – litosfäär – ei ole ühtne ja terviklik kest. See koosneb mitmest hiiglaslikust tektoonilisest plaadist, mis “ujuvad” pehmema ja plastilisema astenosfääri peal. Need plaadid liiguvad küll väga aeglaselt, umbes mõne sentimeetri aastas – ehk samas tempos, millega kasvavad inimese küüned –, kuid nende mass on nii tohutu, et liikumine tekitab valtst jõude.
Plaadid liiguvad kolmel peamisel viisil, millest igaüks on seotud erinevate geoloogiliste protsessidega:
- Divergentsed piirid: Plaadid liiguvad üksteisest eemale. See juhtub sageli ookeanide keskahelikes, kus magma tõuseb sügavusest üles, luues uut maakoort. Siin tekivad sageli madalad ja vähem intensiivsed maavärinad.
- Konvergentsed piirid: Plaadid põrkuvad kokku. Kui ookeaniline plaat kohtab mandrilist plaati, sukeldub raskem ookeaniline plaat mandrilise alla (seda protsessi nimetatakse subduktsiooniks). See on kõige vägivaldsem ja ohtlikum piirkond, kus tekivad Maa kõige tugevamad maavärinad ja vulkaaniline aktiivsus.
- Transformsed piirid: Plaadid libisevad külgsuunas üksteisest mööda. Üks kuulsamaid näiteid on San Andrease murrang Californias. Siin ei teki uut maad ega hävi vana, kuid kivimid takerduvad üksteise taha ja vabastavad pingeid äkiliste hüpetega.
Seismilised lained: kuidas energia liigub
Kui maavärina koldekeskmes ehk hüpotsentris vabaneb pinge, eraldub energia seismiliste lainetena. Need lained sarnanevad helilainetega, kuid levivad läbi kivimite ja Maa sisemuse. Seismoloogia eristab kahte peamist lainete tüüpi:
Kehalained
Need lained levivad läbi Maa sisemuse ja jagunevad omakorda kaheks:
- P-lained (primaarlained): Need on kõige kiiremad lained, mis jõuavad seismograafideni esimesena. Need on kompressioonilained, mis suruvad ja venitavad kivimit samas suunas, milles laine liigub. P-lained suudavad läbida nii tahkeid kui ka vedelaid kihte.
- S-lained (sekundaarlained): Need liiguvad aeglasemalt kui P-lained ja liigutavad maapinda risti laine levimise suunaga. Tähtis on teada, et S-lained ei saa läbida vedelikke, mis on aidanud teadlastel avastada, et Maa välistuum on vedelas olekus.
Pinnalained
Kui kehalained jõuavad Maa pinnale, muunduvad need pinnalaineteks. Need lained liiguvad mööda maakoore pinda ja põhjustavad tavaliselt kõige suuremaid purustusi. Nende liikumine on aeglasem, kuid amplituud ja kestus on suuremad, mis tähendab, et hooned peavad nende “loksuvale” liikumisele vastu pidama pikema aja vältel.
Maavärinate mõõtmine ja intensiivsus
Maavärinate kirjeldamiseks kasutatakse peamiselt kahte mõistet: magnituud ja intensiivsus. Sageli aetakse need segi, kuid need tähendavad täiesti erinevaid asju.
Magnituud on mõõt, mis näitab maavärina koldekeskmes vabanenud energia hulka. See on konkreetne number, mis arvutatakse seismograafide andmete põhjal. Tänapäeval kasutatakse sageli hetke-magnituudi skaalat (Mw), mis on täpsem suurte maavärinate puhul kui tuntud, kuid aegunud Richteri skaala. Oluline on mõista, et magnituudi skaala on logaritmiline – see tähendab, et magnituudi tõus ühe ühiku võrra (näiteks 5-lt 6-ni) tähendab maapinna liikumise amplituudi kümnekordistumist ja ligikaudu 32-kordset energia vabanemise kasvu.
Intensiivsus seevastu kirjeldab seda, kui tugevalt maavärinat kindlas kohas tunti ja milliseid purustusi see põhjustas. Intensiivsus sõltub suuresti kaugusest epitsentrist, kohalikust geoloogiast (näiteks pehme pinnas võib võimendada värisemist võrreldes kaljupinnasega) ja ehitiste kvaliteedist. Selleks kasutatakse Mercalli skaalat, mis väljendub rooma numbritega I kuni XII.
Korduma kippuvad küsimused
Kas maavärinaid saab ette ennustada?
Praeguse teadusliku taseme juures ei ole võimalik maavärinaid täpselt ette ennustada – ei nende toimumise aega, asukohta ega tugevust. Teadlased saavad teha vaid tõenäosuslikke prognoose, hinnates, millistes piirkondades on oht lähikümnenditel suurem, tuginedes ajaloolistele andmetele ja geoloogilistele uuringutele.
Mis on järeltõuked ja miks need tekivad?
Pärast suurt maavärinat püüab maakoor end uuesti stabiilsesse olekusse sättida. See protsess hõlmab väiksemaid kivimite nihkumisi murrangujoone ümber, mis tekitavad uusi, väiksemaid maavärinaid. Need ongi järeltõuked. Need võivad kesta päevi, kuid või isegi aastaid pärast peamist maavärinat.
Miks mõned maavärinad on purustavamad kui teised?
Purustuste ulatus sõltub mitmest tegurist: magnituudist, sügavusest (madalad maavärinad on üldiselt ohtlikumad kui sügaval toimuvad), kaugusest asustatud punktidest ning kohalikust ehitustavast. Piirkondades, kus hooned on ehitatud maavärinakindlalt, on purustused sageli oluliselt väiksemad kui piirkondades, kus ehitusnormid on nõrgad.
Kas inimtegevus võib maavärinaid esile kutsuda?
Jah, teatud inimtegevused võivad vallandada niinimetatud indutseeritud seismilisust. See hõlmab suurte tammide veehoidlate täitmist, kaevandamist, nafta ja gaasi ammutamist ning reovee süstimist sügavale maapinda. Need tegevused võivad muuta rõhku ja pinget kivimikihtides, põhjustades väiksemaid maavärinaid.
Geoloogiliste riskide hindamine ja ehitusohutus
Kuna me ei saa maavärinaid vältida ega täpselt ette ennustada, on inimkonna parim strateegia keskenduda vastupidavuse suurendamisele. Tänapäevane inseneriteadus on teinud suuri edusamme maavärinakindlate hoonete projekteerimisel. Peamine põhimõte ei ole ehitada hooneid, mis on täiesti jäigad, vaid pigem hooneid, mis suudavad energiat hajutada ja painduda ilma kokku varisemata.
Ehitusmeetodid hõlmavad näiteks baaseraldust, kus hoone seisab amortisaatoritel või liuguritel, mis isoleerivad hoone maapinna liikumisest. Samuti kasutatakse tugevdatud teraskonstruktsioone, mis võimaldavad raamil deformeeruda ja tagasi oma kohale naasta. Oluline on ka tsoneerimine – piirkondade kaardistamine, kus seismiline oht on kõrge, ja seal rangemate ehitusnõuete kehtestamine. Need meetmed päästavad igal aastal lugematul hulgal inimelusid ning vähendavad maavärinate majanduslikku mõju, muutes katastroofid hallatavateks väljakutseteks.
