2 grudnia 2023 r. o godz. 14:37:07.0 UTC tj. 22:37:07.0 czasu lokalnego w regionie wyspy Mindanao (Wyspy Filipińskie - Południowo-Wschodnia Azja) miało miejsce silne trzęsienie ziemi o magnitudzie M7.5. Epicentrum tego zdarzenia zlokalizowane było na dnie Morza Filipińskiego w bezpośredniej bliskości północno-wschodniego, pacyficznego wybrzeża wyspy Mindanao. Do 15 grudnia 2023 r. było to najsilniejsze zjawisko sejsmiczne zarejestrowane w grudniu br. na kuli ziemskiej oraz piąte pod względem wielkości magnitudy i jednocześnie jedno z 19. bardzo silnych zjawisk sejsmicznych, zarejestrowanych globalnie od 1 stycznia br., których magnituda była równa i większa M7.0.
Według European-Mediterranean Seismological Centre (EMSC) źródło wstrząsu zlokalizowane było na głębokości około 55 km pod dnem Morza Filipińskiego. Lokalizację obszaru epicentralnego pokazano na poniższej mapie w relacji do regionalnych szczegółów geograficznych rejonu.
Parametry zjawiska sejsmicznego z dnia 2 grudnia 2021 r., godz. 14:37:07.0 (UTC), region: Mindanao – Filipiny (wg danych EMSC i NEIC).
Lokalizacja epicentrum podmorskiego trzęsienia ziemi o magnitudzie M7.5 z dnia 2 grudnia 2023 r., godz. 14:37:07.0 UTC w regionie Mindanao - Wyspy Filipińskie (oprac. PSG, mapa bazowa CIA, dane EMSC).
Według oficjalnych danych udostępnionych przez Filipiński Instytut Wulkanologii i Sejsmologii (PIVS) zarówno lokalizacja epicentrum wstrząsów, jak i magnituda oraz głębokość do źródła różnią się w szczegółach od wartości zaprezentowanych w tabeli z parametrami zjawiska. Nie ma to jednak większego znaczenia z uwagi na fakt, że rzeczywistość i modele opisujące trzęsienia ziemi nie odnoszą się do zjawisk punktowych, a przeciwnie do zjawisk, które obejmują pewną przestrzeń ośrodka geologicznego o rozmiarach zależnych od wielkości energii wyzwolonej w trakcie trzęsienia ziemi, a tym samym wielkości magnitudy zjawiska. W przypadku zjawiska sejsmicznego o magnitudzie wielkości M7.5 (M7.4 wg PIVS), lokalizowanego w strefie kontaktu ruchomych płyt skorupy ziemskiej, procesy destrukcji skał i uwalnianie się energii zachodzą na obszarze o rozmiarach ok. 100 km długości i 35 km szerokości. W przypadku zdarzenia z dnia 2 grudnia 2023 r. w regionie Mindanao wielkość rozmiaru epicentralnego pokazana została na mapie intensywności wstrząsów na mapie poniżej (wg USGS).
Mapa intensywności wstrząsów wywołanych trzęsieniem ziemi o magnitudzie M7.6 (wg USGS) w dniu 2 grudnia 2023 r. w regionie sejsmicznym Mindanao – Filipiny (oprac. PSG, mapa bazowa USGS).
Wykorzystując dane z lokalnych sieci sejsmologicznych zarządzanych przez Filipiński Instytut Wulkanologii i Sejsmologii można było stworzyć subiektywny ale w miarę pełny przegląd wydarzeń, które poprzedziły w rejonie wschodniego wybrzeża wyspy Mindanao omawiane zjawisko oraz wydarzyły się w jego następstwie w postaci całej serii wstrząsów wtórnych, w tym także bardzo silnych o magnitudzie równej lub przekraczającej wielkość M6.0. Według danych PIVS w ciągu 24 godzin poprzedzających trzęsienie ziemi z dnia 2 grudnia 2023 z godz. 14:37 (UTC) w regionie Mindanao zarejestrowano zaledwie 13 zjawisk sejsmicznych o magnitudzie od M1.6 do M3.8. Zaś w ciągu następnych 24 godzin zarejestrowano aż 300 trzęsień ziemi, w tym 5 zjawisk, których magnituda była równa lub większa od M6.0. Listę silnych, wtórnych zjawisk sejsmicznych (wg PIVS) wraz ze wstrząsem głównym zaprezentowano w poniższej tabeli.
Lista zjawisk sejsmicznych o magnitudzie M>=6.0 zarejestrowanych w regionie Mindanao w dniach 1-14 grudnia 2023 r. wg PIVS (Poz. 1 – wstrząs główny, Poz. 2-7 – wstrząsy wtórne).
Od momentu wystąpienia wstrząsu głównego w ciągu kilku następujących po sobie dób w regionie Mindanao utrzymywała się bardzo wysoka aktywność sejsmiczna. Średnio zjawiska sejsmiczne w tym czasie pojawiały się z częstością co ok. 6.5 minuty. Większość z nich była zjawiskami słabymi, których magnitudy były poniżej granicy odczuwalności, tj. M<=2.5. Dobową aktywność sejsmiczną w regionie Mindanao zaprezentowano na rysunku poniżej.
Aktywność sejsmiczna w regionie Mindanao – Filipiny mierzona liczebnością zarejestrowanych zjawisk sejsmicznych w interwałach dobowych w okresie od 1 grudnia 2023 godz. 22:37 do 14 grudnia 2023 godz. 20:00 czasu lokalnego.
Ogółem od 1 grudnia 2023 r. od godz. 00:00:00 do 14 grudnia 2023 r. do godz. 20:00:00 (wg. czasu lokalnego – UTC=czas lokalny - 8 godz.) w rejonie Archipelagu Filipin tylko w regionie Mindanao zarejestrowano 2608 trzęsień ziemi o magnitudzie od M1.2 do M7.4 (wg PIVS), w tym 1204 zjawiska kwalifikujące się jako zjawiska odczuwalne. Statystykę tych zdarzeń zaprezentowano w poniższej tabeli.
Statystyka zdarzeń sejsmicznych zarejestrowanych przez PIVS w dniach 1 grudnia 2023, godz. 00:00:00 do 14 grudnia 2023 godz. 20:00:00 (wg czasu lokalnego – UTC - 8 godz.)
Pod względem głębokości hipocentrum niemal wszystkie zidentyfikowane zjawiska w regionie Mindanao (98.47%) zaliczały się do zjawisk płytkich, tj. takich, których źródło wstrząsów położone jest na głębokości nie większej niż 70 km pod powierzchnią ziemi. Cechą charakterystyczną takich zdarzeń jest relatywnie krótki czas trwania wstrząsów ale jednocześnie wstrząsy takie silnie wpływają na powierzchnię ziemi oraz na obiekty znajdujące się na jej powierzchni. W przypadku zdarzenia o magnitudzie M7.4 z dnia 2 grudnia 2023 oraz silnych wstrząsów wtórnych o magnitudzie M>=6.0, ich wpływ na powierzchnię Wyspy Mindanao był ograniczony ze względu na poziomą lokalizację tych zdarzeń. Epicentra każdego z nich zlokalizowane były na obszarze akwenu Morza Filipińskiego z dala od stałego lądu wyspy, co w konsekwencji ograniczyło siłę destrukcyjnego oddziaływania na obiekty i infrastrukturę na lądzie.
Głębokościową charakterystykę zjawisk sejsmicznych zarejestrowanych w dniach 1-14 grudnia 2023 r. zaprezentowano w poniższej tabeli, w odniesieniu do sejsmologicznej, głębokościowej trzystopniowej klasyfikacji zdarzeń.
Głębokościowa klasyfikacja zjawisk sejsmicznych, zarejestrowanych w regionie Mindanao w dniach 1-14 grudnia 2023 r. (oprac. PSG na podstawie danych PIVS – Filipiny).
Lokalizację epicentrów zjawisk sejsmicznych z uwzględnieniem siły zjawisk (magnitudy wstrząsów) zarejestrowanych w okresie pierwszych 14 dni grudnia 2023 r. pokazano na poniższej mapie.
Lokalizacja epicentrów zjawisk sejsmicznych zarejestrowanych w regionie Mindanao (Filipiny) w dniach 1-14 grudnia 2023 r. (oprac. PSG wg danych PIVS).
Na kolejnej mapie pokazano lokalizacje epicentrów tych samych zjawisk, ale w aspekcie głębokości ich hipocentrów. Mapę wykonano dla 5 przedziałów głębokościowych (0-30, 30-70, 70-150, 150-300 i głębokości powyżej 300 km głębokości źródła wstrząsów.
Lokalizacja epicentrów zjawisk sejsmicznych zarejestrowanych w regionie Mindanao (Filipiny) w dniach 1-14 grudnia 2023 r. z uwzględnieniem głębokości do źródła zjawiska, czarną strzałką wskazano prawdopodobną lokalizację głębokiego rozłamu lub obecność głębokiej strefy uskokowej (oprac. PSG wg danych PIVS).
Analizując obraz widoczny na obu mapach łatwo zauważyć, że najsilniejsze wstrząsy (z wyłączeniem wstrząsu głównego) wystąpiły w obrębie wschodniej krawędzi płyty sundajskiej blisko jej kontaktu z płytą filipińską. W regionie Mindanao strefa kontaktowa pomiędzy płytami biegnie z SES na NWN na dnie oceanicznego Rowu Filipińskiego. Granica między płytami jest granicą konwergentną, wzdłuż której zachodzi proces subdukcji płyty filipińskiej pod płytę sundajską. Według danych USGS proces zanurzania się płyty filipińskiej zachodzi z względną prędkością ok. 103-107 mm/rok wzdłuż kierunku SE-NW. Naprężenia powstałe w wyniku wzajemnego nacisku oraz tarcia pomiędzy powierzchniami płyt kumulują się do momentu przekroczenia wytrzymałości skał i gwałtownego rozładowania skumulowanej energii w postaci przerwania ciągłości skał i powstania trzęsień ziemi.
Lokalizacja epicentrów zjawisk sejsmicznych zarejestrowanych w okresie pierwszych 14 dni grudnia br., która uwzględnia aspekt głębokościowy wskazuje, że źródła większości zarejestrowanych zjawisk sejsmicznych umiejscowione były w obrębie otworów budujących płytę sundajską (zjawiska wewnątrz płytowe na głębokościach od 0 do 30 km pod powierzchnią gruntu). Zjawiska głębsze, powstające w spągu płyty sundajskiej, względnie na powierzchni tarcia z odścielającą płytą filipińską, na głębokościach w przedziale 30 – 70 km, lokalizowane były ok. 100 km na zachód od rozciągłości kontaktu płyty sundajskiej z płytą filipińską i w większym zagęszczeniu sytuowały się w strefie brzegowej wschodniego wybrzeża Wyspy Mindanao. W tej strefie w obrazie lokalizacji epicentrum zarejestrowanych zjawisk z uwzględnieniem aspektu głębokości hipocentrum uwidoczniła obecność liniowego elementu biegnącego w odległości ok. 150 km równolegle do rozciągłości kontaktu wschodniej krawędzi płyty sundajskiej z płytą filipińską. O ile nie ma znaczących błędów w wyznaczonych parametrach zjawisk w danych źródłowych PIVS (Filipiński Instytut Wulkanologii i Sejsmologii), wówczas liniowy układ lokalizacji epicentrów wstrząsów oraz głębokości ich źródeł wskazywałby na obecność fragmentu głębokiego rozłamu w skorupie ziemskiej, który został aktywowany lub powstał na głębokościach powyżej 30 km.
Sekwencja czasowa zjawisk sejsmicznych, jakie zarejestrowane zostały w regionie Mindanao przez służby obserwacyjne Filipińskiego Instytutu Wulkanologii i Sejsmologii (PIVS) w okresie 1 grudnia do 14 grudnia godz. 20:00:00 (czas lokalny) pokazana została na poniższym rysunku w odniesieniu do czasu lokalnego i uniwersalnego UTC (UTC = T(lok.) – 8 godz.).
Sekwencja czasowa zjawisk sejsmicznych zarejestrowanych w regionie Mindanao (Filipiny) w dniach od 1 grudnia 2023 do 14 grudnia 2023 godz. 20:00 (czas lokalny) – oprac. PSG na podstawie danych PIVS.
Na wykresach sekwencji czasowej zjawisk sejsmicznych zarejestrowanych w regionie sejsmicznym Mindanao oraz wykresach aktywności sejsmicznej mierzonej ilością rejestrowanych zjawisk w ciągu 1 godziny zaznacza się mniej lub bardziej wyraźna dobowa cykliczność aktywności sejsmicznej (wykresy poniżej). W przypadku wszelkich procesów obserwowanych na Ziemi, które charakteryzują się cyklicznością dobową, przyczyna cykliczności jest zawsze związana z ruchem obrotowym Ziemi wokół własnej osi.
Obserwowane na powierzchni ziemi zjawiska sejsmiczne są przejawem przerwania ciągłości skał w ośrodku geologicznym i uwalniania się energii zgromadzonej w skałach w rezultacie naprężeń pod wpływem ciśnienia warstw nadległych oraz wzajemnych nacisków napierających na siebie i przemieszczającymi się sztywnymi blokami litosfery. Za część naprężeń powstających w litosferze odpowiedzialne są siły grawitacji Słońca i Księżyca, przy czym – ze względu na bliskość Ziemi - najsilniejsze są grawitacyjne oddziaływania księżycowe. Pływy grawitacyjne cechują się zmiennością w czasie. Ich wielkość jest zależna w określonym momencie od wzajemnego położenia względem siebie Ziemi, Słońca i Księżyca. Z uwagi na czas orbitalnego obiegu Ziemi przez swojego satelitę „dobowy” cykl zmienności sił pływowych na Ziemi jest wydłużony do ok. 24 godz. i 50 min.
Sekwencja czasowa zjawisk sejsmicznych zarejestrowanych w regionie Mindanao (Filipiny) w dniach od 1 grudnia 2023 do 14 grudnia 2023 godz. 20:00 (czas lokalny) vs. aktywność sejsmiczna mierzona ilością zarejestrowanych zjawisk w interwałach godzinnych (oprac. PSG wg danych PIVS).
Na poniższym zaprezentowana została zmienność aktywności sejsmicznej w regionie Mindanao mierzona liczebnością rejestrowanych wstrząsów w interwałach godzinnych, które zostały zarejestrowane po głównym wstrząsie o magnitudzie M7.4 (PIVS) w dniu 2 grudnia 2023 o godz. 22:37:07 (czas lokalny). Na wykres aktywności sejsmicznej nałożono wykres zmian sił pływowych jakie miały miejsce na obszarze epicentrum głównego wstrząsu. Zmiany pływowe obliczone zostały dla modelu pływów grawitacyjnych ETGTAB z wykorzystaniem programu TSoft (wersja 2.2.5 – Royal Observatory of Belgium - licencja freewere).
Aktywność sejsmiczna zarejestrowana w regionie Mindanao w dniach od 1 grudnia 2023 do 14 grudnia 2023 godz. 20:00 (czas lokalny) vs. wykres zmienności sił pływowych w skorupie ziemskiej obliczony wg modelu ETGTAB w obszarze lokalizacji epicentrum trzęsienia ziemi o magnitudzie M7.4 w dniu 2 grudnia 2023 godz. 22:37:07 (czas lokalny) – oprac. PSG na podst. danych PIVS.
Złożenie oddziaływań pływowych generuje w sztywnej skorupie powierzchni oraz na jej powierzchni pływy grawitacyjne. Na powierzchni Ziemi pływy są łatwo obserwowalne w formie cyklicznych zmian poziomu wód oceanicznych. W niektórych rejonach planety mających amplitudy dochodzące nawet do kilkunastu m. Siły pływowe w skorupie ziemskiej również dążą do odkształcenia ośrodka geologicznego przyczyniając się tym samym do cyklicznych zmian naprężeń w skałach litosfery. Uprawniona zatem staje się hipoteza, że chociaż siły pływowe mogą być – w głębi skorupy ziemskiej - uważane za oddziaływania słabe (rząd wielkości to ok. 10-7 normalnego przyspieszenia pola grawitacyjnego Ziemi), to - w sprzyjających warunkach - sumowanie się dodatkowych naprężeń może być przyczyną przekroczenia wytrzymałości skał na istniejące naprężenia i w konsekwencji ich destrukcją oraz wyzwoleniem się skumulowanej energii także w postaci trzęsień ziemi.
Wyspa Mindanao podobnie jak cały Archipelag Filipiński stanowi fragment tzw. Pacyficznego Pierścienia Ognia, który okala niemal cały Pacyfik na długości ok. 40 tys. km. Z punktu widzenia tektoniki płyt kontynentalnych Pacyficzny Pierścień Ognia stanowi strefę kontaktu płyty pacyficznej z innymi płytami i blokami skorupy ziemskiej. Bieg strefy pierścienia wyznaczony jest w morfologii powierzchni Ziemi położeniem głębokich rowów oceanicznych, a także przylegającymi doń łańcuchami wysp wulkanicznych oraz krawędziami kontynentów, od Nowej Zelandii z oceanicznymi rowami Hikurangi, Kermadec oraz Tonga począwszy, biegnący wzdłuż wybrzeży Nowej Gwinei, wyspy Indonezji, Filipin, Japonii, Wyspy Kurylskie wraz z Półwyspem Kamczatka, poprzez Rów Aleucki i łańcuch Aleutów oraz zachodnią krawędź kontynentu Ameryki Północnej. Od Kalifornii w kierunku południowym wzdłuż pacyficznego wybrzeża Ameryki Środkowej bieg Pacyficznego Pierścienia Ognia wyznaczony jest północno-wschodnią krawędzią płyty kokosowej, a dalej na południe - kontaktem płyty Nazca z zachodnią krawędzią płyty południowoamerykańskiej. Jest to strefa występowania czynnej aktywności wulkanicznej i sejsmicznej włączając w to najsilniejsze zjawiska sejsmiczne obserwowane w skali globalnej. O wysokiej aktywności sejsmicznej w rejonie Mindanao świadczy mapa sejsmotektoniczna przedstawiona poniżej obejmująca obszar Filipin wraz z otoczeniem.
Mapa prezentuje lokalizację epicentrów zjawisk sejsmicznych o magnitudach M>=5.5 zarejestrowanych w tym regionie w latach 1900 – 2016 (mapa bazowa i opracowanie USGS - www.usgs.gov.us). Mapę sejsmotektoniczną uzupełniono o lokalizację epicentrów wstrząsów o magnitudach równych i większych od M5.5, zarejestrowanych w bazie danych EMSC w okresie od stycznia 2017 do połowy grudnia roku. W granicach obszaru przedstawionego na mapie sejsmotektonicznej zarejestrowane zostały w tym czasie 503 zjawiska sejsmiczne, z czego w przypadku 10 zdarzeń magnituda osiągała lub przekroczyła wartość 7, w tym, między nimi, zjawisko o magnitudzie M7.5 (EMSC) z dnia 2 grudnia 2023 r.
Mapa sejsmotektoniczna rejonu Filipin oraz otoczenia z lokalizacją epicentrów zjawisk sejsmicznych o magnitudzie M>=5.5 zarejestrowanych przez USGS w latach 1900 – 2016, uzupełniona o lokalizację epicentrów zdarzeń o magnitudzie M>=5.5 zarejestrowanych w latach 2017 do 14 grudnia 2023 r. (oprac. PSG, mapa bazowa USGS, dane z lat 2017 – 2023 wg EMSC).
W sieci PSG funkcjonują dwie stacje szerokopasmowe: pierwsza DZIW – w laboratorium geodynamicznym, zlokalizowanym w Dziwiu w gm. Przedecz, w pow. kolskim, druga PG14 zainstalowana jest w laboratorium geodynamicznym PSG w Hołownie w gm. Podedwórze, w pow. parczewskim. Na poniższym rysunku zaprezentowano fragmenty sejsmogramów zarejestrowanych na obu stacjach z obrazami falowymi zdarzenia o magnitudzie M7.5 z dnia 2 grudnia 2023 r. z godz. 14:37:07 UTC w regionie Mindanao - Wyspy Filipińskie (wg danych EMSC).
Fragmenty sejsmogramów zarejestrowane na stacjach szerokopasmowych DZIW i PG14 państwowej służby geologicznej fal powierzchniowych trzęsienia ziemi o magnitudzie M7.5 z dnia 2 grudnia 2023 r., godz. 14:37:07 UTC z epicentrum zlokalizowanym w regionie Mindanao - Filipiny.
Stacja DZIW zlokalizowana jest w odległości ok. 10 400 km od obszaru epicentralnego zjawiska z dnia 2 grudnia 2023 r. w rejonie Wysp Filipińskich. Pierwsze wstąpienia fali P zarejestrowane zostały o godz. 14:50:16 UTC, fali S – o godz. 15:00:44. Fale P dotarły do stacji z opóźnieniem 13 min 9 s w stosunku do momentu zajścia zdarzenia. W przypadku fal S opóźnienie wynosiło 23 min 37 s.
Stacja PG14 zlokalizowana jest w odległości 10 150 km od obszaru epicentralnego zjawiska z dnia 2 grudnia 2023 r. Pierwsze wstąpienia fali P zarejestrowane zostały o godz. 14:50:06 UTC, fali S – o godz. 15:00:48. Fale P dotarły do stacji z opóźnieniem 12 min i 59 s w stosunku do czasu zajścia zdarzenia. W przypadku fal S opóźnienie wynosiło 23 min 41 s.
Informację przygotował zespół z Centrum Geozagrożeń: Mirosław Musiatewicz, Kamila Karkowska, Tomasz Czerwiński i Kaj Michałowski
