IMU231 9 Earthquakes 2015-16 1 [Uyumluluk Modu]yunus.hacettepe.edu.tr/~kdirik/IMU231_9_Earthquakes_2015-16_1.pdf · September 1, 1923 8.3 M L March 2, 1933 8.4 Mw December 7, 1944

Prof.Dr.Kadir Dirik Ders Notları 1

9. EARTHQUAKESAn earthquake is a sudden motion or trembling of the Earth caused by the abrupt release of energy that is stored in rocks.

Prof.Dr.Kadir Dirik Lecture Notes

2Prof.Dr.Kadir Dirik Lecture Notes

3

1797 02 10 8,41833 11 25 8.8‐9.21861 02 16 8,51938 02 01 8,51992 12 12 7,81994 06 03 7,81996 02 17 8,12000 06 04 7,92002 10 10 7,62004 11 11 7,52004 12 26 9.12005 03 28 8,62006 01 27 7,62006 07 17 7,72007 01 21 7,52007 08 09 7.52007 09 12 8.5, 7.9, 7.12008 11 16 7.5, 5.62009 01 04 7,62009 09 30 7,62010 04 06 7,8

2010 10 25 7,7

2012 04 11 8.6

1570‐02‐08 8,31575‐12‐16 8,51647‐05‐13 8,51730‐07‐08 8,71751‐05‐25 8,51835‐02‐20 8,51868‐08‐13 91877‐05‐09 8,816.08.1906 8,210.11.1922 8,501.12.1928 7,625.01.1939 8,306.04.1943 8,217.12.1949 7.821.05.1960 7.922.05.1960 9.508.07.1971 7,508.04.1985 7,503.03.1985 8.030.07.1995 8.013.06.2005 7.914.11.2007 7.727.02.2010 8.8

July 13, 869(G) 8.6MK

August 3, 1361(G) 8.25~8.5 MSeptember 20, 1498(G) 8.6MK

January 18, 1586 7.9MK

February 3, 1605 7.9 MK

December 2, 1611 8,1December 31, 1703 8ML

October 28, 1707 8.6ML

December 23, 1854 8.4MK

December 24, 1854 8.4MK

October 28, 1891 8.0ML

June 15, 1896 8.5ML

September 1, 1923 8.3ML

March 2, 1933 8.4 MwDecember 7, 1944 8,1December 20, 1946 8.1Mw

March 4, 1952 8.1Mw

May 16, 1968 8.2Mw

May 9, 1974 6.5Ms

September 25, 2003 8.3Mw

November 15, 2006 8.3Mw

January 13, 2007 8.1Mw

March 11, 2011 9.0Mw

Şili DepremleriSumatra-EndonezyaDepremleri Japonya Depremleri


4

1268 Cilicia ~7September 10, 1509 Istanbul 7,2 MwFebruary 23, 1653 Izmir 7,5August 17, 1668 Anatolia 8July 10, 1688 Izmir 7 MsFebruary 28, 1855 Bursa 6,7June 2, 1859 Erzurum 6,1 MsApril 3, 1881 Çeşme 7,3 MwApril 29, 1903 Malazgirt 6,7 MsAugust 9, 1912 Mürefte 7,3 MsOctober 4, 1914 Burdur 6,9 MsSeptember 13, 1924 Horasan 6,8 MsOctober 22, 1926 Kars 6 MsMarch 31, 1928 İzmir 6,5 MsMay 18, 1929 Suşehri 6,1 MsMay 7, 1930 Hakkâri 7.2‐7.5 MsJanuary 4, 1935 Erdek 6,4 MsApril 19, 1938 Kırşehir 6,6 MsSeptember 22, 1939 Dikili 6,6 MsDecember 26, 1939 Erzincan 7,8 MsNovember 15, 1942 Bigadiç 6,1 MsDecember 20, 1942 Erbaa 7June 20, 1943 Hendek 6,6 MsNovember 26, 1943 Ladik 7,4February 1, 1944 Gerede 7,5October 6, 1944 Ayvalık 6,8 MsAugust 17, 1949 Karlıova 6,8

August 13, 1951 Kurşunlu 6,9March 18, 1953 Yenice 7,2 MsJuly 16, 1955 Söke 6,8 MsApril 25, 1957 Fethiye 7,1 MsMay 26, 1957 Abant 7,1October 6, 1964 Manyas 7 MsAugust 19, 1966 Varto 6,7July 22, 1967 Mudurnu 7,2September 3, 1968 Bartın 6,5 MsMarch 28, 1969 Alaşehir 6,5 MsMarch 28, 1970 Gediz 7,2 MsMay 22, 1971 Bingol 6,9September 6, 1975 Lice 6,6 MsNovember 24, 1976 Muradiye 7,5 MsOctober 30, 1983 Erzurum 6,9 MsMarch 13, 1992 Erzincan 6,8October 1, 1995 Dinar 6,1 MsJune 27, 1998 Ceyhan 6,2 MsAugust 17, 1999 Adapazarı 7,6November 12, 1999 Düzce 7,2February 3, 2002 Afyon 6,5 MwJanuary 27, 2003 Pülümür 6,1 MwMay 1, 2003 Bingöl 6,4 MwMarch 8, 2010 Elâzığ 6,1 MwApril 19, 2011 Simav 5,8 MwOctober 23, 2011 Van 7,2 Mw


5

(a) A rock stores elasticenergy when it is distortedby a tectonic force. Whenthe rock fractures, it snapsback to its original shape,creating an earthquake. Inthe process, the rockmoves along the fracture.(b) Moving rock and soilfractured and displaced thisroadway during the LomaPrieta earthquake in 1989.


6

a) According to Elastic rebound theory, (Esnek sıçrama kuramı) when rocksare deformed, they store energy and bend. When the internal strength of therocks is exceeded, they fracture, releasing the energy as they rebound to theirformer undeformed shape. This sudden release of energy causes anearthquake. b) During the 1906 San Francisco earthquake, this fence in MarinCounty was displaced nearly 5 m

Mon

roe

& W

ican

der 2

005


7

Normal Fault Reverse Fault Thrust Fault

Strike-slip Fault Oblique Fault

Types of deformations which can cause earthquake


8

SEISMOLOGY AND MEASUREMENT OF SEISMIC WAVESA seismology, is a study of earthquakes.A seismograph is a device that records seismic waves. To understand how aseismograph works, consider the act of writing a letter while riding in anairplane. If the plane hits turbulence, inertia keeps your hand relativelystationary as the plane moves back and forth beneath it, and your handwritingbecomes erratic.Early seismographs worked on the same principle. A weight was suspendedfrom a spring. A pen attached to the weight was aimed at the zero mark on apiece of graph paper. The graph paper was mounted on a rotary drum thatwas attached firmly to bedrock. During an earthquake, the graph paper jiggledup and down, but inertia kept the pen stationary. As a result, the paper movedup and down beneath the pen. The rotating drum recorded earthquake motionover time.This record of Earth vibration is called a seismogram. Modern seismographsuse electronic motion detectors which transmit the signal to a computer.


9

Elevationof penremainsconstant

At rest Ground moves up Ground moves down

Rotatingdrum

WeightSpring

A seismograph records ground motion during an earthquake. When theground is stationary, the pen draws a straight line across the rotating drum.When the ground rises abruptly during an earthquake, it carries the drum upwith it. But the spring stretches, so the weight and pen hardly move.Therefore, the pen marks a line lower on the drum. Conversely, when theground sinks, the pen marks a line higher on the drum. During anearthquake, the pen traces a jagged line as the drum rises and falls.


10

A horizontal-motion seismograph (upper left), a vertical- motion seismograph (upper right). Earthquakes recorded by seismograhs (lower photos) .


11Seismograms showing the arrival order and pattern produced by an eartquake waves.


12

The focus (iç merkez-odak) of an earthquake is the location where rupture begins and energy is released. The place on the surface vertically above the focus is epicenter (dış merkez). Seismic wave fronts move out in all directions from their source, the focus of an earthquake.

Three categories of earhquakes based on focal-depth:

1. Shallow focus earthquakes. Focal depth less than 70 km.

Mon

roe

& W

ican

der 2

005

The Focus (İç Merkez-odak) and Epicenter (Dış Merkez)of an Eartquake

2. Intermediate focus earthquakes. Focal depth between 70-300 km.3. Deep focus earthqukes. Focal depth deeper than 300 km


13

Focal depth increases in a well-defined zone that dips approximately 45°beneath the volcanic arc in the South Pacific. Dipping seismic zones are called Benioff zones.

Oceaniclithosphere

Oceaniclithosphere

TongaTrench

Tongavolcanic arc


14

WHERE DO EARTQUAKES OCCUR, AND HOW OFTEN?Yerküremiz, dıştan içe doğru Yerkabuğu, Manto ve Çekirdek olarakadlandırılan katmanlardan oluşmuştur. Yerin en dıştaki katmanı olanyerkabuğu, kıtalar altında 25-80 km, okyanusların altında ise 5-8 km'lik birkalınlığa sahiptir. Yerkabuğu kendisi gibi katı olan ve Litosfer (Taşyuvar) adıverilen ve yaklaşık olarak 70-100 km kalın bir katmanın en üst kısmınıoluşturur. Litosferin altında ise Üst Mantonun daha yumuşak (akıcı) bölgesiolan ve Astenosfer olarak adlandırılan bölüm yer alır.

Okyanus tabanlarını ve kıtaları oluşturan yerkabuğu buralarda farklı fizikselve kimyasal özelliklere sahiptir. Kıtaları oluşturan kabuk alüminyum oksit vesilisyum oksitçe zengin ve az yoğun (2.7-2.9 gr/cm3) kayalardan, okyanustabanlarını oluşturan kabuk ise demir ve magnezyum oksitçe zengin dahayoğun (2.9-3.0 gr/cm3) kayalardan oluşur.

Litosferin katı ve rijid yapısına karşılık Astenosfer kendi içerisinde senedesantimetre mertebesinde bir hızla hareket etmektedir. Astenosfer içerisindekibu konveksiyon akımları üstteki Litosferin parçalara ayrılmasına ve farklıyönlere sürüklenmesine neden olurlar. Astenosferin senede santimetremertebesindeki hareketleri sonucunda Litosfer birbirine göre hareket edençeşitli boyutlardaki parçalara ayrılmıştır. Bu litosfer parçalarına Levha,bunların hareketini inceleyen bilim dalına da Levha Tektoniği adı verilir.


15M

onro

e &

Wic

ande

r 200



17

Mon

roe

& W

ican

der 2

005


18

Deprem episantrlarının dağılımı ve levha sınırları arasındaki ilişki. Depremlerin yaklaşık%80’i Pasifik çevresi kuşağında, %15’i Akdeniz-Asya kuşağında ve geriye kalan %5’ide levha içlerinde ya da okyanus yayılma sırtlarında olur. Her nokta tek bir depremepisantrını gösterir

Mon

roe

& W

ican

der 2

005



20

EARTHQUAKE WAVES

Two types of an eartquake: 1. Body waves (Cisim

dalgaları)2. Surface waves (Yüzey

dalgaları) Mon

roe

& W

ican

der 2

005


21

The spring moves parallelto wave direction The rope moves perpendicular

to wave direction

Model of an S wave; a shear wave.The wave is propagated along therope. The particles in the rope moveperpendicular to the direction ofwave propagation.

Model of a P wave; a compressional wave. The wave is propagated along the spring. The particles in the springmove parallel to the direction of wave propagation.


22

Mon

roe

& W

ican

der 2

005


23

Mon

roe

& W

ican

der 2

005


24

1. Cisim dalgaları: Bir deprem sırasında iki tür cisim dalgası yayılır.P-dalgaları ve S-dalgaları. P-dalgaları ya da birincil dalgalar enhızlı deprem dalgaları ve katı, sıvı ve gazların içinde yol alabilirler. P-dalgaları sıkışma ya da itme çekme dalgalarıdır ve dalgalarınkendilerinin de ilerlediği aynı yönde bir hat boyunca malzemenin ilerigeri hareket ettiği ses dalgalarına benzerler. Böylece içinden P-dalgalarının geçtiği malzeme, dalga ilerleyip geçtikten sonra orijinalbüyüklüğüne ve şekline geri döndüğünde genişler ve sıkışır. GerçekteYer’in içinden çıkan P-dalgaları, ses dalgaları halinde atmosfereyayılır ve belli frekanslarda insanlar ve hayvanlar tarafındanduyulabilir.S-dalgaları ya da ikincil dalgalar, P-dalgalarından biraz dahayavaştır ve sadece katı malzemelerde yol alabilir. S-dalgalarımakaslama dalgalarıdır çünkü malzemeyi hareket yönüne dik olarakhareket ettirerek içlerinde yol aldıkları malzemede makaslamagerilimleri yaratırlar. Sıvılar (ve gazlar) sert olmadıkları için kesmedayanımları yoktur ve S-dalgalarını iletmezler.


25

2. Yüzey dalgaları: Yüzey dalgaları yeryüzünde ya da yüzeyin hemen altında yol alır ve cisim dalgalarından daha yavaştır. Cisim dalgalarının sebep olduğu ani sarsıntı ve sallanmanın tersine, yüzey dalgaları genel olarak, bir kayıkta hissedilene çok benzeyen bir yalpalanma ya da ileri geri sallanma hareketini yaratır. En önemli yüzey dalgaları onları keşfeden İngiliz bilimadamları Lord Rayleigh ve A. E. H. Love’un adlarının verildiği Rayleigh dalgaları (R-dalgaları) ve Love dalgalarıdır (L-dalgalar›).Rayleigh dalgaları çoğunlukla daha yavaştır ve su dalgaları gibi davranır; bu dalgalar ilerlerken malzemenin taneleri dalga hareketi yönündeki dikey bir düzlem içinde elips şeklinde bir yol katederek su dalgalarına benzer biçimde davranırlar. Love dalgasının hareketi ise S-dalgasının hareketine benzer, ama malzemenin taneleri dalga ilerleyişinin yönüne dik olan yatay bir düzlemde sadece ileri geri hareket ederler. Bu yanal hareket tipi özellikle binaların temellerine hasar verebilir.


26

The time intervals between arrivals of P, S, and L waves at a recording stationincrease with distance from the focus of an earthquake.

LOCATING THE SOURCE OF AN EARTHQUAKE


27

A time-travel curve. With this graph you cancalculate the distance from a seismic station tothe source of an earthquake. In the exampleshown, a 3-minute delay between the firstarrivals of P waves and S waves correspondsto an earthquake with an epicenter 1900kilometers from theseismic station.

Locating an earthquake. The distance fromeach of three seismic stations to the earthquakeis determined from time-travel curves. The threearcs are drawn. They intersect at only one point,which is the epicenter of the earthquake.


28Mon

roe

& W

ican

der 2

005


29

MEASUREMENT OF EARTHQUAKE STRENGTHOver the past century, geologists have devised several scales to express thesize of an earthquake. Before seismographs were in common use,earthquakes were evaluated on the basis of structural damage. One thatdestroyed many buildings was rated as more intense than one thatdestroyed only a few. This system did not accurately measure the energyreleased by a quake, however, because structural damage depends ondistance from the focus, the rock or soil beneath the structure, and thequality of construction.

In 1935 Charles Richter devised the Richter scale to express earthquakemagnitude. Richter magnitude is calculated from the height of the largestearthquake body wave recorded on a specific type of seismograph. TheRichter scale is more quantitative than earlier intensity scales, but it is not aprecise measure of earthquake energy. A sharp, quick jolt would register asa high peak on a Richter seismograph, but a very large earthquake canshake the ground for a long time without generating extremely high peaks. Inthis way, a great earthquake can release a huge amount of energy that is notreflected in the height of a single peak, and thus is not adequately expressedby Richter magnitude.


30

Modern equipment and methods enable seismologists to measure the amountof slip and the surface area of a fault that moved during a quake. The productof these two values allows them to calculate the moment magnitude. Mostseismologists now use moment magnitude rather than Richter magnitudebecause it more closely reflects the total amount of energy released during anearthquake. An earthquake with a moment magnitude of 6.5 has an energy ofabout 1025 (10 followed by 25 zeros) ergs*. The atomic bomb dropped on theJapanese city of Hiroshima at the end of World War II released about thatmuch energy.On both the moment magnitude and Richter scales, the energy of the quakeincreases by about a factor of 30 for each successive increment on the scale.Thus, a magnitude 6 earthquake releases roughly 30 times more energy thana magnitude 5 earthquake.The largest possible earthquake is determined by the strength of rocks. Astrong rock can store more elastic energy before it fractures than a weak rock.The largest earthquakes ever measured had magnitudes of 8.5 to 8.7, about900 times greater than the energy released by the Hiroshima bomb.

* An erg is the standard unit of energy in scientific usage. One erg is a smallamount of energy. Approximately 3x1012 ergs are needed to light a 100-wattlight bulb for 1 hour. However, 1025 is a very large number, and 1025 ergsrepresents a considerable amount of energy.


31

DEPREMİN BUYUKLUĞU VE GÜCÜ NASIL ÖLÇÜLÜR?Bir depremin gücü iki değişik şekilde ölçülür: Büyüklük ve ŞiddetBüyüklük1935 yılında Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nde bir sismolog olan Charles F.Richter tarafından geliştirilmiştir. Richter Büyüklük Ölçeği depreminkaynağında boşalan toplam enerji miktarı olan büyüklüğünü ölçer. Bu ölçek 1ile başlayan açık uçlu bir derecelendirmedir. Bugüne kadar kaydedilen enbüyük değer 9.1 dir. Bir depremin büyüklüğü sismogram üzerindekaydedilmiş en büyük deprem dalgasının genliğinin ölçülmesi ilesaptanır. Richter, büyük sayılardan kurtulmak için kaydedilen en büyükdeprem dalgasının genliğini sayısal bir büyüklük değerine dönüştüren 10tabanlı logaritmik bir ölçekten yararlanmıştır. Böylece, büyüklük değerinin herbir sayı artışı dalga genliğinde 10 katlık bir artışa karşılık gelir. Örneğin 6büyüklüğündeki bir depremin en büyük sismik dalgasının genliği, 5büyüklüğündeki bir depremin ürettiğinin 10 katı, 4 büyüklüğündekinin 100 katıve 3 büyüklüğünde bir depremin de 1000 katı (10 x 10 x 10= 1000) dahabüyüktür. Her bir sayı artışı dalga genliğinin 10 kat artışına karşılık gelir ancakher artış ayrıca, kabaca 30 katlık bir enerji boşalımını da işaret eder. Bu, 6büyüklüğünde yaklaşık 30 depremin bıraktığı enerjinin 7 büyüklüğündeki birdepremin bıraktığına eşit olduğu anlamına gelir.


32Prof.Dr.Kadir Dirik Ders Notları

Şiddet, depremin yaptığı hasar türünün ve insanların depreme gösterdiğitepkilerin nesnel bir ölçüsüdür. 19. yüzyılın ortalarından bu yana şiddet,depremin büyüklüğü ve gücünü kabaca kestirmek amacıyla kullanmıştır. Enyaygın kullanılan şiddet ölçeği, I den XII ye kadar değişen değerlere sahip olanMercalli Şiddet Ölçeğidir.


33

Richter Büyüklük Ölçeği depremin kaynağında bırakılan toplam enerji miktarını ölçer. Büyüklük, en büyük deprem dalgasının genliğinin ölçülüp sağdaki ölçeğe işaretlenmesiyle belirlenir. P- ve S- dalgaları-nın geliş zamanları arasındaki farklılık (saniye cinsinden) soldaki cetvelde işaretlenir. Bu iki nokta arasında bir çizgi çizildiği zaman, çizginin ortadaki cetveli kestiği nokta depremin büyüklüğüdür.

Mon

roe

& W

ican

der 2

005


34

Süreye Bağlı Büyüklük (Md)Daha büyük bir depremin, sismometre üzerinde daha uzun bir süre için salınımlarayol açacagı ilkesinden hareket edilir. Depremin, sismometre üzerinde ne kadar uzunsüreli bir titreşim oluşturduğu ölçülür ve deprem merkezinin uzaklığı ile ölçeklenir. Buyöntem küçük (M<5.0) ve yakın (Uzaklık<300 km) depremeler için kullanılır.Yerel (Lokal) Büyüklük (Ml)Bu yöntem 1935‘te Richter tarafından depremleri ölçmek için önerilen ilk yöntemdir.Bu yöntem, havuza atılan taş örneğinde, taşın suya çarparken oluşturduğu sesdalgalarının suyun içerisine yerleştirilmiş bir mikrofon ile dinlenmesine benzetilebilir.Ses kaydında oluşan en yüksek genlik değeri, uzaklık ile ölçeklenerek taşınbüyüklüğü hakkında bilgi verecektir. Depremin büyüklüğünü kestirirken de aynı ilkeuygulanır. Bu yöntem de görece küçük (büyüklüğü 6.0'dan az) ve yakın (uzaklığı 700km'den az) depremeler için kullanılır. Doğru değerlerin bulunması içinsismometrelerin çok iyi kalibre edilmiş olması esastır.Yüzey Dalgası Büyüklüğü (Ms)Bu yöntem ilk iki yöntemin yetersiz kaldığı büyük depremleri (M>6.0) ölçmek içingeliştirilmiştir. Havuz örneğine geri dönecek olursak, suyun yüzeyinde oluşan vehalkalar şeklinde merkezden çevreye yayılan dalgaların en yüksek genliğininölçülmesi esasına dayanır. Bu tür dalgalar yeryüzünde kaynaktan çok uzakmesafelere yayılabilirler. Diğer yöntemlerin aksine bu yöntemin güvenilirliği uzakmesafeden yapılan ölçümlerde daha da artar.


35

Cisim Dalgası Büyüklüğü (Mb)Bu yöntem Yüzey Dalgası yöntemine benzer, tek farkı yüzeyden yayılan dalgalaryerine derinliklerde ilerleyen dalgaların kullanılmasıdır. Havuz örneğine dönersek,taşın suya çarpması ile oluşan ses dalgaları (akustik dalga) suyun içerisinde uzakmesafelere yayılabilir. Bu ses dalgalarının bir mikrofon ile dinlenebilir ve ulaştığı enyüksek genlik taşın büyüküğü konusunda bilgi verir. Deprem için de durumbenzerdir. Ancak yerkabuğu içerisinde sadece ses dalgası değil, kesme dalgası adıverilen bir başka dalga türü de üretilir. Bu iki dalga türünün tümüne Cisim Dalgalarıadı verilir. Sismometreler, mikrofondan farklı olarak her iki dalga türünü (CisimDalgaları) de kaydedebilir.Moment Büyüklüğü (Mw)Bu büyüklük türü, diğerlerine göre en güvenilir olanıdır. Bilim dünyasında, eğer birdeprem için moment büyüklüğü hesaplanabilmişse, diğer büyüklük türlerine gerekkalmadığı düşünülür. Belirleme açısından hepsinden çok daha karmaşıktır. Esasolarak depremin oluşumunun matematiksel bir modelinin yapılmasına karşılık gelir.Bir araştırıcının gerçeklestirebileceği bilimsel bir çalışma süreci ile hesaplanabilir vebu yüzden hesaplamaların belirli bir zaman alması kaçınılmazdır. Otomatik olarakuygulamaya konulabilimesi ise zordur, dünyada sayılı birkaç gözlemevinde, sadecebelirli bir büyüklügün üzerindeki depremler için rutin olarak hesaplanmaktadır.Uygulamada, sadece belli bir büyüklüğün üzerindeki depremler için (M>4.0)Moment Büyüklüğü hesaplanabilir.


Documents

IMU231 9 Earthquakes 2015-16 1 [Uyumluluk Modu]yunus.hacettepe.edu.tr/~kdirik/IMU231_9_Earthquakes_2015-16_1.pdf · September 1, 1923 8.3 M L March 2, 1933 8.4 Mw December 7, 1944