Maavärinad ja seismilised lained

Maavärinad on suurimad hävingut põhjustavad loodusnähtused. Maavärin on maapinna lühiajaline ja äkiline liikumine (vappumine), millega võib kaasneda kõmin. Tugeva maavärina puhul purunevad hooned ja rajatised, maapinda tekivad lõhed, merel esinevad hiidlained. Maavärinaid põhjustavad enamasti maakoorelaamade liikumisel tekkivad pinged, mis aeg-ajalt kutsuvad esile maakooreplokkide omavahelisi nihkeid ja ning vallandavad hiigelenergia. Maavärinad on sageli seotud vulkaanipursetega, eriti plahvatuspursetega. Nõrgemaid, piiratud levikuga maavärinaid võivad põhjustada varingud maa-alustes koobastes või laviinid. Tehismaavärinaid kutsuvad esile lõhketööd kaevandustes ja karjäärides, tuumakatsetused, õppepommitamised.

Seda kohta maakoores, kus maavärina puhul toimub kihtide omavaheline liikumine, kutsutakse maavärina koldeks ehk hüpotsentriks. Epitsenter ehk kese on maapinnal hüpotsentri kohal olev punkt, kus maavärin on kõige tugevam. Pindmiste (vulkaanid, langatused, laviinid) ja tehislike maavärinate puhul langeb kolle epitsentriga enam-vähem kokku. Hüpotsenter jääb tavaliselt maakoore piiresse, so. kuni 60 kilomeetri sügavuseni maapinnast. Mõnedel juhtudel võib süvavärina kolle paikneda vahevöös kuni 700 kilomeetri sügavusel subduktsioonivööndis.

Kõik tugevamad ja ohtlikumad maavärinad on seotud tektooniliselt ja vulkaaniliselt aktiivsete maakoorelaamade servadega. Eriti just laamade põrkeservadega, kus vastakuti liikuvad laamad tekitavad maakoorekihtide deformatsioone: kurde, nihkeid ja murranguid. Maavärinad on väga erineva tugevusega, alates inimesele tajumatust võbinast kuni täieliku laastamistööni, kusjuures maavärina tugevus mingis punktis sõltub maavärina kolde kaugusest ja seal vallandunud energia hulgast. Maavärina võimsuse hindamiseks kasutatakse Richteri skaalat (hinnatakse vabanevat energiahulka magnituudides). Maavärina tagajärgede hindamiseks kasutatakse Mercalli skaalat (hinnatakse visuaalselt purustuste tugevust ja kahjustuste suurust pallides).

 

Tabel. Mercalli ja Richteri skaalade võrdlus

 

Pallid Mercalli skaala järgi	Magnituud Richteri skaala järgi
1 – 3	0 – 4,3
4 – 5	4,3 – 4,8
6 – 7	4,8 – 6,2
8 – 10	6,2 – 7,3
11 – 12	7,3 – 8,9

 

Maavärina poolt tekitatud seismilised lained läbivad tuhandeid kilomeetreid ja deformeerivad sealjuures läbitavat keskkonda elastselt. Seismomeetri abil saab katkematult registreerida nende lainete saabumisaega, amplituudi ja faasi. Lainete saabumisaeg on seotud levikukiirusega, mis ei sõltu maavärina intensiivsusest, vaid läbitava keskkonna tihedusest, olekust ja elastsetest omadustest, mida kergem on materjali deformeerida, seda aeglasem on laine.

Seismiline laine on elastsete deformatsioonide laineline levimine maapinnas. Nende allikast (maavärina fookusest, koldest e. hüpotsentrist) levivad sfäärilise frondina eemale kaht erinevat tüüpi lained: a) ruumi ehk kehalained, so. lained, mis levivad Maakere sees sfäärilise frondina nagu helilained õhus: b) pinnalained, mis levivad maavärina epitsentrist eemale piki maapinda. Pinnalainetel on suurem amplituud, mistõttu seostuvad nendega maavärinatega kaasnevad purustused. 

Seismiliste pinnalainetega levivad kivimi deformatsioonid sumbuvad sügavuse suurenemisega täpselt nagu veelained ookeanis sumbuvad sügavuse suurenedes.

Ruumilained jaotatakse kaheks: pikilained ehk P-lained ja ristlained ehk S-lained. Tähistus tuleneb ladinakeelsete sõnade primus (inglise k. primary) ja secundus(inglise k. secondary) esitähtedest ning viitab sisuliselt nende päralejõudmise järjekorrale seismograafini. 

Pinnalained levivad vaid elastse keskkonna vabal pinnal, st kas siis maapinnal või merepõhjal. Nad on seismilistest lainetest kõige aeglasema levikuga ja saabuvad seismograafini alati viimastena. Samas on maavärinate tagajärjel tekkivad pinnalained kõige suurema purustusvõimega, kuna pinnalained tekitavad kõige suurema amplituudiga liikumisi maapinnal ja oma aeglase leviku tõttu kestab nende mõju kõige kauem. 

Tugevatest maavärinatest põhjustatud seismilised lained läbivad kogu maakera. Registreerides lainete saabumisaega maailma eri paikades, mõõdavad geofüüsikud nende levimiskiirust Maa sisemuses. Selle kaudu arvutatakse välja läbiva aine tihedus ja mitmed muud füüsikalised omadused, mille alusel tehakse oletusi Maa sisesfääride koostise ja seisundi kohta. 

Maavõrinaga kaasnevateks suurimateks ohtudeks on Maa kõikumisest tekitatud purustused ning gaasi- ja elektritrasside purunemisel tekkivad tulekahjud, maalihked ja tsunamid ehk hiidlained. Tsunamid on erakordselt ohtlikud, kuna nad tekivad meres ning seejärel liiguvad suurel kiirusel maismaa suunas, kus ilma eelhoiatuseta purustavad kõik oma teel. Kuigi tsunami lained liiguvad kiiresti, ei ilmu nad tänapäeval nii ootamatult kui maavärinad, sest seismilised lained, mis annavad märku maavärina toimumisest, levivad tsunamist oluliselt kiiremini.