13 lutego 2021 r. o godz. 14:07:52.1 UTC, tj. 13 lutego 2021 r., godz. 23:07:52.1 czasu lokalnego w pobliżu wschodniego wybrzeża wyspy Honsiu miało miejsce bardzo silne, podmorskie trzęsienie ziemi. Jego magnitudę oceniono na M7.1. Było to już trzecie zdarzenie w bieżącym roku, którego magnituda przekroczyła wielkość M7.

Epicentrum zjawiska znajdowało się pod dnem Oceanu Spokojnego, około 63 km na ENE od Namie i około 93 km na SE od Sendai. Źródło wstrząsów według European Mediterranean Seismological Centre (EMSC) zlokalizowane zostało na głębokości około 60 km.

 

honsiu mapa 1

Lokalizacja epicentrum podmorskiego trzęsienia ziemi z 13 lutego 2021 r., godz. 14:07:52.1 UTC w regionie wschodniego wybrzeża wyspy Honsiu (oprac. PSG, dane EMSC i mapa bazowa USGS).


Parametry zjawiska sejsmicznego z 13 lutego 2021 r., godz. 14:07:52.1 UTC w regionie wschodniego wybrzeża wyspy Honsiu.

honsiu tab 1


Opisywane zjawisko było skutkiem rozładowania się naprężeń powstających w strefie kontaktu płyty pacyficznej z płytą północnoamerykańską. Linia graniczna pomiędzy płytami znajduje się wzdłuż rozciągłości Rowu Japońskiego, którego oś biegnie równolegle do linii wschodniego wybrzeża Honsiu, w odległości około 225–250 km od lądu. Strefa kontaktu obu płyt jest jednocześnie strefą subdukcji, w której płyta pacyficzna napiera na płytę północnoamerykańską i wsuwa się pod nią pod niewielkim kątem. Względna prędkość przemieszczania się płyty pacyficznej dochodzi do około 90 mm/rok. Według analiz specjalistów amerykańskiej służby geologicznej (USGS) tak silne trzęsienie ziemi w pobliżu wybrzeża wyspy Honsiu stanowiło niewielkie zagrożenie w postaci osunięć gruntu w strefie brzegowej. Nie stwierdzono zagrożenia w postaci fal tsunami.


honsiu mapa 2

Zasięg odczuwalności i intensywność zjawiska z 13 lutego 2021 r. z epicentrum w regionie wschodniego wybrzeża wyspy Honsiu (oprac. PSG, dane i mapa bazowa USGS).

Wyspy Japońskie zlokalizowane są w północno-zachodnim fragmencie pacyficznego pierścienia ognia, rozciągającego się od Nowej Zelandii poprzez rowy oceaniczne i archipelagi wysp południowo-zachodniego Pacyfiku, Indonezję, Filipiny, Japonię, Wyspy Kurylskie na północnym zachodzie, Alaskę i Aleuty na północy oraz wzdłuż zachodnich wybrzeży Ameryki Północnej, Środkowej i Południowej. Pacyficzny pierścień ognia rozciąga się na długości blisko 40 tys. km. W strefie tej rejestruje się około 90% spośród wszystkich trzęsień ziemi obserwowanych na świecie. W Pacyficznym Pierścieniu Ognia znajdują się 452 wulkany, przy czym większość spośród wszystkich czynnych wulkanów Ziemi.

Regionalnym tłem dla opisywanego wydarzenia jest mapa sejsmotektoniczna zaprezentowana na poniższym rysunku. W części północno-wschodniej mapa obejmuje zasięgiem strefę kontaktu płyty pacyficznej z płytą północnoamerykańską, w części centralnej i południowej strefę kontaktu płyty pacyficznej z płytą euroazjatycką. Poniżej 34 równoleżnika kontakt z płytą euroazjatycką przebiega wzdłuż wschodniej krawędzi płyty Morza Filipińskiego (Rów Mariański), która z punktu widzenia tektoniki płyt uznawana jest za jednostkę III rzędu, będącą częścią płyty euroazjatyckiej.


honsiu mapa 3

Mapa sejsmotektoniczna obszaru północno zachodniej części Pacyficznego Pierścienia Ognia z lokalizacją epicentrów zjawisk sejsmicznych o magnitudzie M>=5.5 zarejestrowanych od 1900 r. do 14 lutego 2021 r. (oprac. i uzup. PSG, dane EMSC, mapa bazowa USGS).


Oryginał mapy został opracowany przez specjalistów USGS. Na mapie naniesiono lokalizacje epicentrów zdarzeń sejsmicznych o magnitudzie M>=5.5, które zostały udokumentowane w tej części globu w latach 1900–2016. W strefach subdukcji zaznaczono izohipsy powierzchni kontaktu pomiędzy płytą subdukującą, a płytą nadległą oraz lokalne kierunki i prędkości przemieszczania się płyt. Oryginalna, sejsmotektoniczna mapa bazowa została uzupełniona o lokalizację epicentrów trzęsień ziemi o magnitudzie M>=5.5, które miały miejsce w tej części świata pomiędzy 1 stycznia 2017 r. a 14 lutego 2021 r.

W okresie tym na obszarze przedstawionym na powyższej mapie zarejestrowano łącznie 119 zjawisk o magnitudzie M=>5.5. Spośród nich, 32 trzęsienia ziemi miało magnitudy M=>6.


Statystyka zjawisk sejsmicznych o magnitudzie M=>5.5 zarejestrowanych od 1 stycznia 2017 r. do 14 lutego 2021 r. na terytorium przedstawionym na powyższej mapie.

honsiu tab 2


Omawiane trzęsienie ziemi z regionu wschodniego wybrzeża Honsiu w tej części świata nie jest zjawiskiem niezwykłym. Wprawdzie w ciągu ostatnich 4 lat (od 1 stycznia 2017 r.) było to jedyne zdarzenie, którego magnituda przekroczyła wielkość M7, jednakże od czasu do czasu zdarzają się tu zjawiska znacznie silniejsze. Na obszarze przedstawionym na powyższej mapie udokumentowanych zostało 14 trzęsień ziemi o magnitudzie M>8, które miały miejsce w tym rejonie od 1900 r. Ich epicentra zlokalizowane były po zachodniej stronie rowów oceanicznych: Ryukyu (na zachód od zachodniej krawędź płyty Morza Filipińskiego) oraz po zachodniej stronie Rowu Japońskiego (wschodnie wybrzeże wysp Honsiu i Hokaido, a także wschodnie wybrzeża w łańcuchu Wysp Kurylskich na północy).

Spośród tych zdarzeń na szczególną uwagę zasługuje podmorskie trzęsienie ziemi, którego magnitudę oszacowano na M9.1. Zanotowano je w pobliżu wschodniego wybrzeża Honsiu 11 marca 2011 r. o godz. 05:46:23 UTC, tj. 14:46:23 czasu lokalnego. Epicentrum trzęsienia zlokalizowane było w odległości 95 km na północny wschód od epicentrum zdarzenia z 13 lutego 2021 r. Z uwagi na wielkość magnitudy oraz globalne skutki tego zdarzenia trzęsienie ziemi z 11 marca 2011 r. zyskało oficjalną nazwę „Wielkie trzęsienie ziemi Tohoku w Japonii” (Great Tohoku Earthquake, Japan). Pod względem wielkości magnitudy było to czwarte z kolei najsilniejsze, udokumentowane od 1900 r. trzęsienie ziemi na świecie.


honsiu mapa 4

Lokalizacja obszarów epicentralnych trzęsień ziemi o magnitudzie M7.1 z 13 lutego 2021 r. i M9.1 z 11 marca 2011 r. w pobliżu wschodniego wybrzeża wyspy Honsiu (oprac. PSG, dane i mapa bazowa USGS) oraz lokalizacja elektrowni jądrowej Fukushima I, uszkodzonej w wyniku zalania falą tsunami wywołanej przemieszczeniem się mas w dnie oceanicznym spowodowanym trzęsieniem ziemi w marcu 2011 r.


Pod względem wielkości wyzwolonej energii trzęsienie ziemi z 2011 r. około tysiąckrotnie przewyższało zjawisko z 13 lutego 2021 r. Skalę obu zjawisk przedstawiono na poniższej mapie. Można zauważyć, że na tle zdarzenia o magnitudzie M9.1, które zasięgiem obszaru o odczuwalnej intensywności w przedziale od VIII do X w dziesięciostopniowej skali Mercalliego (skala MM) objęło niemal całe wschodnie wybrzeże wyspy Honsiu na długości około 600 km, trzęsienie ziemi z 13 lutego br. wydaje się być zjawiskiem lokalnym.

honsiu mapa 5

Mapa zasięgu odczuwalności i intensywności wstrząsów trzęsienia ziemi o magnitudzie M9.1 z 11 marca 2011 r. z epicentrum w pobliżu wschodniego wybrzeża wyspy Honsiu (oprac. PSG, dane EMSC, USGS, mapa bazowa USGS).

Trzęsienie ziemi z 2011 r. było najsilniejszym trzęsieniem ziemi, jakie zostało zarejestrowane w Japonii od 140 lat, czyli od czasu rozpoczęcia rejestracji aktywności sejsmicznej w tym kraju. Główny wstrząs był poprzedzony serią mniejszych wstrząsów o maksymalnej magnitudzie dochodzącej do M7.2 w dniu 9 marca. Po wstrząsie głównym zarejestrowano jeszcze ponad 100 wstrząsów wtórnych o magnitudzie powyżej M4.5, w tym także trzy wstrząsy o magnitudach M7.0, M7.4 i M7.2.

Następstwem tego trzęsienia ziemi były potężne, ponad 10-metrowe fale tsunami, które uderzyły w niemal całe wschodnie wybrzeże Japonii, zalewając porty morskie, strefy przemysłowe, miasta, wioski, farmy, pola uprawne i nadbrzeżne lasy regionu Tōhoku. W niektórych miejscach fale te osiągnęły nawet 29,6 metra wysokości. Na równinach woda morska wdarła się na 10 km w głąb lądu. W innych rejonach barierami dla tsunami były klify, góry i wyżyny. W wyniku tsunami najbardziej ucierpiały takie miasta, jak: Natori, Ishinomaki, Kamaishi, Ōfunato, Miyako, Minamisanriku, Kesennuma i Rikuzentakata. Miejscowości te zostały niemal zrównane z ziemią.

W wyniku trzęsienia ziemi i fal tsunami doszło również do serii wypadków jądrowych w elektrowni jądrowej Fukushima I zlokalizowanej na wschodnim wybrzeżu Honsiu w pobliżu miejscowości Futaba, około 42 km na północ od Iwaki. Fala tsunami o wysokości 14 m, która dotarła do elektrowni przelała się ponad 6-metrowym falochronem i zalała zbiorniki paliwa do generatorów napędzających pompy wykorzystywane do chłodzenia rdzeni reaktorów oraz pomieszczenia samych generatorów. Brak chłodzenia doprowadził do stopienia rdzeni w trzech reaktorach połączonego z emisją substancji promieniotwórczych do środowiska, w tym także skażenia wód podziemnych w konsekwencji przedostania się do gruntu skażonej wody morskiej, stosowanej do chłodzenia reaktorów. W kwietniu 2011 r. pełniący obowiązki prezesa firmy TEPCO, która jest właścicielem elektrowni Fukushima I, oficjalnie przyznał, że z punktu widzenia emisji materiałów promieniotwórczych katastrofa w elektrowni Fukushima była porównywalna z katastrofą, jaka wydarzyła się w Czarnobylu na Ukrainie, zaś koszty usuwania skutków tej katastrofy poniesione do 2016 r. rząd Japonii szacował na ponad 188 mld dolarów.

Według informacji opublikowanych 10 września 2019 r. w wyniku trzęsienia ziemi i tsunami zginęło 15 893 osób, a 2531 wciąż uważa się za zaginione. Z zagrożonych okolic ewakuowano ponad 400 tys. osób. Rannych zostało ponad 6100 osób, ponad 550 tys. osób straciło dach nad głową. Prawdopodobnie wiele ciał zabrała ze sobą cofająca się do oceanu woda, co znacznie zmniejszyło szansę na ich odnalezienie.

W Japonii uważa się, że ofiar trzęsienia ziemi z 11 marca 2011 r. mogłoby być znacznie więcej, gdyby nie fakt, że na minutę przed wstrząsem głównym japońska sieć monitoringu sejsmicznego wygenerowała alarm transmitowany przez wszystkie stacje telewizyjne i radiowe. Pozwoliło to ludności Japonii przyzwyczajonej i przygotowanej do życia w ciągłym zagrożeniu sejsmicznym na podjęcie działań, które znacząco obniżyły liczbę potencjalnych ofiar.

Skutki trzęsienia ziemi Tohoku okazały się globalne. Zdaniem naukowców z Narodowego Instytutu Geofizyki i Wulkanologii trzęsienie ziemi w Japonii, przesunęło oś Ziemi o co najmniej 10 cm. Natomiast NASA twierdzi, że skrócił się także dzień o 1,6 mikrosekundy. Trzęsienie ziemi przesunęło też Honsiu o 2,4 m, a płyty tektoniczne obniżyły się o ponad 18 metrów (www.wikipedia.org).

Trzęsienie ziemi z 13 lutego 2021 r. z epicentrum w regionie wschodniego wybrzeża wyspy Honsiu pod względem wielkości magnitudy oraz skutków nie dorównuje zdarzeniu sprzed 10 lat, jednak posiada także swój aspekt globalny. Zdarzenia o magnitudzie M7 oraz wyższej są rejestrowane przez sejsmometry długookresowe na całej kuli ziemskiej, niezależnie od lokalizacji obszaru epicentralnego względem stacji sejsmicznej. W omawianym przypadku zjawisko zarejestrowane zostało również przez sejsmometry funkcjonujące w sieci monitoringu aktywności sejsmicznej PSG.

Do szerokopasmowej stacji sejsmicznej państwowej służby geologicznej, zlokalizowanej w miejscowości Hołowno (PG14) w gm. Podedwórze w pow. parczewskim (współrzędne geograficzne 51.6516860N; 23.1964360E) fale sejsmiczne wygenerowane w ognisku tego trzęsienia ziemi dotarły o godz. 14:19:34.650 UTC, tj. po upływie około 11 min i 43 s (pierwsze wstąpienie fali podłużnej P). Odległość epicentrum wstrząsów od stacji wynosi około 8 450 km. Pierwsze wstąpienia fali S (fale poprzeczne) zarejestrowano na stacji PG14 o godz. 14:29:14.876 UTC, tj. po upływie 22 min i 11.8 s.


honsiu sejsmo 1

Fragment sejsmogramu z zapisem trzęsienia ziemi o magnitudzie M7.1 z 13 lutego 2021 r., godz. 14:07:52.1 UTC z epicentrum zlokalizowanym w regionie wschodniego wybrzeża wyspy Honsiu (Japonia) zarejestrowany na stacji monitoringu sejsmicznego PSG w Hołownie w gm. Podedwórze w pow. parczewskim (stacja szerokopasmowa PG14).

Przejście fal sejsmicznych przez stanowisko obserwacji geodynamicznych w Hołownie zostało również zarejestrowane w zapisie głównych parametrów monitoringu grawimetrycznego, realizowanego w sposób ciągły przez PSG od III dekady stycznia bieżącego roku. Obserwacje zmian pola siły ciężkości w czasie prowadzone są w laboratorium geodynamicznym w Hołownie z użyciem grawimetru pływowego gPhoneX. Na rysunku zaprezentowano zapis dobowy monitorowanych zmian wartości przyspieszenia siły ciężkości (wykres A), składowej pionowej prędkości drgań słupa pomiarowego (wykres B) oraz składowej pionowej przemieszczeń (wykres C) słupa pomiarowego na stanowisku monitoringu grawimetrycznego. Na wszystkich rejestrowanych ścieżkach wyraźnie zaznaczyły się zmiany wywołane przejściem przez stanowisko obserwacji grawimetrycznych fal sejsmicznych, wygenerowanych w ognisku trzęsienia ziemi o magnitudzie M7.1 z epicentrum w regionie wschodniego wybrzeża japońskiej wyspy Honsiu. W laboratorium geodynamicznym w Hołownie opisywane trzęsienie ziemi rejestrowane było na osi czasu na odcinku przekraczającym 2.5 godziny obserwacji.


honsiu sejsmo 2

Zapis dobowy parametrów monitoringu grawimetrycznego zarejestrowany w laboratorium geodynamicznym PSG w Hołownie 13 lutego 2021 r. (A – fluktuacje składowej pionowej przyspieszenia siły ciężkości, B – fluktuacje składowej pionowej prędkości, C - składowa pionowa przemieszczeń gruntu w punkcie monitoringu grawimetrycznego).


Obraz szczegółowej charakterystyki falowej parametrów fizycznych monitorowanych grawimetrycznie na stacji w Hołownie zaprezentowany został na poniższym rysunku. Na wykresach pokazano przebieg zjawiska w krótszym przedziale czasu wynoszącym około 1.5 godziny, który uwzględnia pojawienie się i przejście fal powierzchniowych przez stanowisko obserwacji grawimetrycznych. Z punktu widzenia zagrożenia sejsmicznego fale powierzchniowe są falami, które odpowiedzialne są za największe zniszczenia i szkody powstające w infrastrukturze na gęsto zaludnionych i zurbanizowanych obszarach.

honsiu sejsmo 3

Szczegółowy obraz falowy trzęsienia ziemi z 13 lutego 2021 r., godz. 14:07:52.0 UTC z epicentrum w regionie wschodniego wybrzeża japońskiej wyspy Honsiu (objaśnienia wykresów – jak na rys.7). Na rysunku zaznaczono momenty pierwszych wstąpień fali P i S.

Z zarejestrowanych danych wynika, że w czasie przejścia fal sejsmicznych przez punkt obserwacji grawimetrycznych, maksymalna amplituda drgań gruntu osiągnęła ekstremum równe 300 µm, tj. 0.3 mm!


Informację przygotował zespół z Centrum Geozagrożeń: Tomasz Czerwiński i Mirosław Musiatewicz

Opracowanie: Maja Kowalska, Zakład Kartografii Geologicznej