10 maja 2023 r. o godz. 16:02:00.1 UTC tj. 11 maja 2023 r. godz. 05:02:00.1 czasu lokalnego Samoa na obszarze Oceanii, w regionie sejsmologicznym wysp Tonga zarejestrowane zostało podmorskie, bardzo silne trzęsienie ziemi. Region ten jest położony na północ od Nowej Zelandii oraz ok. 350 km na SW od archipelagu Wysp Samoa. Według European Mediterranean Seismological Centre (EMSC) zjawisko miało magnitudę M7.6. Źródło wstrząsów (według EMSC) zlokalizowane było pod dnem Pacyfiku na głębokości ok. 200 km. Epicentrum tego zdarzenia zlokalizowane było około 2800 km na NNW od wybrzeży Nowej Zelandii.
Zjawisko o magnitudzie M7.6 z dnia 10 maja 2023 r. było najsilniejszym, jakie zostało zarejestrowane od początku roku w regionie Wysp Tonga. Z chwilą wystąpienia zjawiska służby obserwacyjne monitorujące zjawiska pogodowe oraz stan wód oceanicznych na obszarze Pacyfiku zostały postawione w stan alarmowy na wypadek powstania fal tsunami. W wyniku analizy danych z sieci sejsmologicznych nie stwierdzono istotnego zagrożenia tsunami w akwenie Oceanu Spokojnego i w konsekwencji stan alarmowy został po upływie godziny odwołany. Kluczem braku zagrożenia tsunami była znaczna głębokość położenia źródła zarejestrowanego trzęsienia. Źródło wstrząsów zlokalizowane było na głębokości powyżej 200 km pod dnem oceanu, co kwalifikuje to zjawisko w kategorii zjawisk średnio głębokich (powyżej 70 km głębokości), zlokalizowanego na granicy skorupy ziemskiej i górnego płaszcza Ziemi. Wstrząsy wygenerowane z tej przestrzeni mają stosunkowo niewielki wypływ na powierzchnię i mimo często wielkiej siły zjawiska w samym źródle, w trakcie drogi fal sejsmicznych ku powierzchni pierwotna energia ulega silnemu rozproszeniu.
Sprzyjającym czynnikiem ograniczającym potencjalne skutki tego trzęsienia ziemi była znaczna odległość obszaru epicentralnego od terenów zamieszkałych. Aczkolwiek intensywność wstrząsów na powierzchni w obszarze epicentralnym wynosiła VI w dwunastostopniowej skali Mercallego, to najbliżsi świadkowie znajdujący się w odległości nieco ponad 300 km od epicentrum, którzy raportowali spostrzeżenie tego zjawiska, oceniali intensywność wstrząsów jako lekkie lub średnie. Niezależnie od braku wpływu na społeczności wyspiarskie żyjące i funkcjonujące na obszarze Oceanii, zjawisko z dnia 10 maja 2023 r. ma ważne znaczenie w aspekcie sejsmologicznym i jest kolejnym przyczynkiem do powiększania wiedzy o budowie geologicznej Ziemi i o procesach w niej zachodzących.
Parametry zjawiska sejsmicznego z dnia 10 maja 2023 r., godz. 16:02:00.1 UTC, region sejsmologiczny: TONGA.
Lokalizacja epicentrum trzęsienia ziemi z dnia 10 maja 2023 r., godz. 16:02:00.1 UTC o magnitudzie M7.6 w regionie położonym w rejonie Wysp Tonga (Oceania - południowo-zachodni Pacyfik), oprac. PSG, dane EMSC & USGS, mapa bazowa CIA.
Z punktu widzenia sejsmologii wspomniane wyżej trzęsienie ziemi miało miejsce w jednym z najbardziej aktywnych sejsmicznie obszarów na kuli ziemskiej. Regiony sejsmologiczne wyznaczone w rejonie wysp Tonga oraz w ich sąsiedztwie (Archipelag Fidżi, Wyspy Lojalności na SWW od Tonga oraz Archipelagu Kermadec na południu) położone są w strefie występowania głębokich rowów oceanicznych związanych z tektoniką i ruchem płyt skorupy ziemskiej. Na tym obszarze Oceanii obserwowane są niemal wszystkie interakcje pomiędzy płytami i blokami skorupy ziemskiej. Występujące tu łańcuchy wysp i wysepek wraz z sąsiadującymi, głębokimi rowami oceanicznymi, wulkanizm i aktywność sejsmiczna są świadectwem procesów jakie zachodzą w skorupie ziemskiej i w płaszczu Ziemi w wyniku interakcji pomiędzy płytami australijską i pacyficzną.
Regionalną charakterystykę sejsmotektoniczną stanowić może mapa sejsmotektoniczna (rysunek poniżej), na której zaznaczono lokalizacje głównych stref tektonicznych oraz położenie granic płyt tektonicznych na obszarze południowo wschodniego i wschodniego obrzeżenia płyty australijskiej w strefie kontaktu z płytą pacyficzną. Na mapie naniesiono epicentra zdarzeń sejsmicznych o magnitudzie M>=5.5, zarejestrowane od 1900 do 2016 roku. Oryginał mapy (mapa bazowa w niniejszym raporcie) opracowany został przez specjalistów amerykańskiej służby geologicznej (USGS). Lokalizację epicentrów zaprezentowanych na mapie bazowej uzupełniono o zjawiska sejsmiczne o magnitudzie M>=5.5, które wydarzyły się w okresie pomiędzy 1 stycznia 2017 a 10 maja br. oraz zostały zidentyfikowane i zapisane w bazie danych EMSC.
Mapa sejsmotektoniczna SW rejonu Oceanii wraz z Wyspami TONGA oraz rejonami otaczającymi z lokalizacją epicentrów zjawisk sejsmicznych o magnitudzie M>=5.5 zarejestrowanych od 1900 roku do 10 maja 2023 r. (oprac. i uzup. PSG, dane EMSC za okres od 1 stycznia 2017 do 10 maja 2023 r., mapa bazowa z danymi z lat 1900-2017 - USGS).
O charakterze sejsmiczności zaprezentowanej na mapie sejsmotektonicznej można wnioskować posługując się statystyką zjawisk o magnitudzie M>=5.5, które zostały zarejestrowane w okresie od 1 stycznia 2017 do dnia 10 maja 2023 (dane uzupełniające do mapy). Statystyką tę zaprezentowano w tabeli poniżej. Ogółem od 1 stycznia 2017 do dnia 11 maja 2023 r. w granicach ramki mapy zarejestrowano łącznie 659 trzęsień ziemi o magnitudzie co najmniej równej lub większej M5.5. Większość z nich tj. 71% miało magnitudy poniżej M6.0. W przypadku aż 18 zjawisk (8.3%) magnitudy przekroczyły wielkość M7.0, w tym w dwóch przypadkach zarejestrowane zostały zjawiska o magnitudzie M>8.0. Pierwsze zdarzenie (magnituda M8.2) miało miejsce w dniu 19/08/2018 r. o godz. 00:19:37 UTC w regionie FIDŻI, drugie (magnituda M8.1) w dniu 04/03/2021 o godz. 19:28:35 UTC w regionie KERMADEC ISLANDS położonym ok. 1200 km na południe od Archipelagu Fidżi.
Statystyka aktywności sejsmicznej obejmująca zjawiska sejsmiczne o magnitudzie M5.5+ zarejestrowane w okresie od 1 stycznia 2017 do 11 maja 2023 w rejonie SW Oceanii (obszar mapy sejsmotektonicznej) na podstawie danych z bazy EMSC.
Analizując charakter zjawisk sejsmicznych na obszarze strefy południowo wschodniej i wschodniej krawędzi płyty australijskiej należy zwrócić uwagę na głębokości na jakiej identyfikowane są hipocentra obserwowanych zjawisk sejsmicznych. Statystyka głębokościowa dla trzęsień ziemi o magnitudzie M5.5+ zidentyfikowanych w okresie 2017–2023 na obszarze w granicach ramki mapy sejsmotektonicznej i przeanalizowanych według kryterium magnitudy w tabeli powyżej zaprezentowano w tabeli poniżej.
Charakterystyka głębokościowa trzęsień ziemi o magnitudzie M5.5+ zarejestrowanych w okresie od 1 stycznia 2017 do 11 maja 2023 w regionie Archipelagu TONGA oraz w regionach otaczających (obszar mapy sejsmotektonicznej) na podstawie danych z bazy EMSC.
W powyższej tabeli analiza ilościowa zjawisk według kryterium głębokości umiejscowienia źródła zdarzenia została przeprowadzona w 3 przedziałach głębokościowych, przyjętych do stosowania w sejsmologii:
- 0 – 69 km – zjawiska płytkie,
- 70 – 299 km – zjawiska średnio głębokie,
- 300 – 700 km – zjawiska głębokie.
Z tabeli wynika, że na 659 zjawisk o magnitudzie M5.5 i wyższej zarejestrowanych w latach 2017 – 2023, w przypadku aż 231 zdarzeń (35%) źródło wstrząsów znajdowało się na znacznych głębokościach (powyżej głębokości 69 km), w tym 107 trzęsień zainicjowanych zostało na głębokościach średnich w przedziale od 70 do 300 km. Tak znaczący udział zdarzeń głębokich spośród wszystkich, jakie są rejestrowane w tym obszarze jest konsekwencją charakteru interakcji, jakie w tej części świata występują na kontaktach płyt i bloków skorupy ziemskiej.
Na mapie z lokalizacją trzęsienia ziemi o magnitudzie M7.6 zarejestrowanego w dniu 10 maja 2023 r. w regionie TONGA naniesiono również schemat przebiegu i charakteru stref kontaktowych pomiędzy głównymi płytami litosfery ziemskiej: płytą australijską i płytą pacyficzną oraz mikropłytami (blokami) tektonicznymi, występującymi na krawędziach obu wspomnianych płyt. Największą uwagę przyciąga granica stanowiąca strefę konwergencji o kierunku SW-NE, biegnącą po rozciągłości osi rowów oceanicznych: Rowu Tonga w części północno-wschodniej i Rowu Kermadec w części południowo-zachodniej. Oba rowy biegną po południowo-wschodniej stronie dwóch łańcuchów niewielkich wysp o tej samej nazwie. Rów Kermadec bierze swój początek od północno-wschodniego krańca Nowej Zelandii, stanowiąc przedłużenie w kierunku NE nowozelandzkiego, oceanicznego Rowu Hikurangi. Rów Tonga stanowi z kolei przedłużenie rowu Kermadec dalej w kierunku NE i ulega zanikowi na SW od wyspy Samoa. Rowy Tonga oraz Kermadec należą do grupy najgłębszych rowów oceanicznych świata. Rów Tonga o głębokości dochodzącej 10882 m jest drugim co do głębokości rowem na świecie. Głębokością niewiele ustępuje mu Rów Kermadec, którego głębokość osiąga 10047 m. Osie rowów Hikurangi, Kermadec i Tonga wyznaczają początek strefy subdukcji, w której ciężka płyta oceaniczna Pacyfiku zanurza się ze wschodu na zachód pod lżejszą płytę kontynentalną Australii. Względna prędkość obu płyt wynosi od 41 mm/rok na południu w rejonie Rowu Hikurangi do 84 mm/rok w rejonie północnego krańca Rowu Tonga. Aktywność sejsmiczna wywołana tarciem powierzchni przesuwających się względem siebie płyt, w połączeniu z gwałtownym rozładowaniem się naprężeń i w konsekwencji destrukcją oraz przerwaniem ciągłości skał w strefie kontaktu, obserwowana jest w odległościach przekraczających 800 km od rozciągłości rowów.
Na rysunku poniżej zaprezentowano wynik obserwacji klasycznych interakcji międzypłytowych zachodzących w strefie kontaktu płyty kontynentalnej z płytą oceanicznej, w której ciężka płyta oceaniczna jest wciągana grawitacyjnie pod lżejszą płytę kontynentalną. Sytuację tę ukazuje fragment mapy wraz z przekrojami prostopadłymi do osi rowów oceanicznych Hikurangi-Kermadec-Tonga, które zapoczątkowują strefę subdukcji. Oryginał całości mapy został opracowywany przez USGS i opublikowany raporcie pt. „Seismicity of the Earth 1900–2010 - Eastern Margin of the Australia Plate” (Benz et al., 2011). Oryginalna mapa stanowi kompilację danych w zakresie udokumentowanych zjawisk sejsmicznych zidentyfikowanych na obszarze Oceanii w rejonie i otoczeniu wschodniego obrzeżenia płyty australijskiej.
Lokalizacja epicentrów trzęsień ziemi zidentyfikowanych w rejonie Archipelagu TONGA w dniach od 1 maja 2022 do 11 maja 2023 (12 miesięcy) na tle mapy bazowej z wycinkiem mapy z wynikami kompilacji zjawisk sejsmicznych obserwowanych w latach 1900 – 2010 i udokumentowanych w opracowaniu USGS w OPEN-FILE REPORT 2010–1083-I, 2011 (oprac. PSG, mapa bazowa oraz przekroje geofizyczne – USGS, dane za okres 1 maja 2022 – 11 maja 2023 – EMSC).
Zaprezentowany na rysunku powyżej fragment oryginalnej mapy z raportu USGS został uzupełniony o lokalizację epicentrów trzęsień ziemi zidentyfikowanych na obszarze Archipelagu Tonga w okresie 12 miesięcy, tj. od 1 maja 2022 do 11 maja 2023 r. Ogółem w tym okresie w bazie danych EMSC zarejestrowanych zostało 254 trzęsień ziemi o magnitudach od M4.0 do M7.6. Najwięcej zjawisk (154) zarejestrowano w przedziale głębokości hipocentrum od 0 do 69 km. W przedziale średnich głębokości hipocentrum (70 – 300 km) miało miejsce 95 zjawisk. Źródłem tych zdarzeń są zjawiska rozładowania energii na powierzchni kontaktu subdukujących płyt. Źródło 5 wstrząsów położone było głęboko powyżej głębokości 300 km. Średnia głębokość hipocentrów wszystkich zjawisk wyniosła 86.5 km, a więc większość z zarejestrowanych w ciągu roku w tym regionie zdarzeń to głównie zdarzenia płytkie. Pełniejszą statystykę zjawisk w aspekcie wielkości magnitudy oraz głębokości hipocentrów zaprezentowano w tabelach poniżej.
Statystyka aktywności sejsmicznej zidentyfikowanych na obszarze Archipelagu TONGA w dniach od 1 maja 2022 do 11 maja 2023 zarejestrowanych w bazie danych EMSC (oprac. PSG).
Charakterystyka głębokościowa trzęsień ziemi zidentyfikowanych na obszarze Archipelagu TONGA w dniach od 1 maja 2022 do 11 maja 2023 zarejestrowanych w bazie danych EMSC (oprac. PSG).
Omawiane trzęsienie ziemi zostało również zarejestrowane w sieci monitoringu sejsmicznego PSG_Sejs_NET państwowej służby geologicznej. Na rysunku poniżej pokazano fragmenty obrazów falowych składowych Z, N, E wektora prędkości fal sejsmicznych zarejestrowane w laboratoriach geodynamicznych PSG na stacjach PG14 (Hołowno, gm. Podedwórze, pow. parczewski) i DZIW (Dziwie, gm. Przedecz, pow. kolski) monitoringu aktywności sejsmicznej. Odległość stacji PG14 od epicentrum wstrząsów wyniosła ok. 15 740 km (141.7°). W zbliżonej odległości od epicentrum wstrząsów zlokalizowana była stacja DZIW w Dziwiu (ok. 15 760 km – 141.8°). Pierwsze wstąpienia fal sejsmicznych (fala ePKP) zarejestrowane zostały na stacji PG14 o godz. 16:21:00.1 UTC, tj. po upływie 19 min 00.0 s od momentu zdarzenia. Odpowiednio dla stacji DZIW opóźnienie fal sejsmicznych (fala ePKP) wyniosło 19 min 02.4 s. Pierwsze wstąpienie fal dla składowej Z zarejestrowano na stacji w Dziwiu o godz. 16:21:02.5 UTC.
Fragmenty obrazów falowych zarejestrowanych w laboratoriach geodynamicznych PSG w Hołownie (stacja PG14) i w Dziwiu (stacja DZIW) w dniu 10 maja 2023 r. z zapisem fal sejsmicznych trzęsienia ziemi o magnitudzie M7.6 (godz. 16:02:00.1 UTC) w regionie sejsmologicznym TONGA (Oceania).
Na rysunku poniżej zaprezentowane zostały 3 ścieżki z monitoringu parametrów pola grawitacyjnego zarejestrowane w trakcie przejścia przez punkt obserwacji fal sejsmicznych wygenerowanych w źródle omawianego trzęsienia ziemi. Pierwsza ścieżka (wykres A) pokazuje zmiany przyspieszenia pionowej składowej pola siły ciężkości, druga (wykres B) zmiany składowej pionowej prędkości gruntu, zaś ścieżka 3 (wykres C) zmiany położenia (amplituda składowej pionowej) drgań podłoża w punkcie obserwacji obliczona analitycznie w oparciu o zarejestrowane zmiany przyspieszenia siły ciężkości.
Fragment zapisu z monitoringu grawimetrycznego pola siły ciężkości w laboratorium geodynamicznym PSG w Hołownie (gm. Podedwórze, pow. parczewski) zarejestrowany w trakcie przejścia przez punkt obserwacji grawimetrycznych fal sejsmicznych wygenerowanych w ognisku trzęsienia ziemi o magnitudzie M7.6 w dniu 10 maja 2023 z epicentrum w regionie TONGA zlokalizowanym na NE od Nowej Zelandii.
Źródła:
Benz, H.M., Herman, Matthew, Tarr, A.C., Furlong, K.P., Hayes, G.P., Villaseñor, Antonio, Dart, R.L., and Rhea, Susan, 2011, Seismicity of the Earth 1900–2010 eastern margin of the Australia plate: U.S. Geological Survey Open-File Report 2010–1083-I, scale 1:8,000,000.
Informację przygotował zespół z Centrum Geozagrożeń: Tomasz Czerwiński, Mirosław Musiatewicz, Przemysław Kowalski i Kamila Karkowska
