A L'Aquila-i földrengés geofizikai háttere és hazai vonatkozásai

Dr. Horváth Ferenc (geofizikus, egyetemi tanár) és Dr. Tóth László (szeizmológus)

A napokban történt L’Aquila-i földrengés kapcsán többször felmerült a kérdés, hogy előfordulhat-e ilyen méretű földrengés Magyarországon, a földrengések előre jelezhetők-e és hogyan lehetséges a földrengések romboló hatását mérsékelni.

A mellékelt szakmai összeállítás amellett érvel, hogy ilyen földrengés, ugyan kisebb valószínűséggel, de Magyarországon is bekövetkezhet. Ezért a földrengés biztos építkezés Európai Uniós szabványait teljes mértékben alkalmazni kell a hazai gyakorlatban. Különös figyelmet kell fordítani a veszélyes objektumokra, elsősorban a nukleáris létesítményekre.

Az L’Aquila-i földrengés

2009. április 6-án, hétfőn kora hajnalban (3 óra 32 perckor) Rómától mintegy 90 km-re északkeletre pusztító földrengést észleltek az Apenninek hegyláncai között fekvő L’Auquila város és a környező település lakói. Több mint 10 ezer ház azonnal összeomlott, néhány kisebb település teljesen romhalmazzá vált. Több tízezer a sebesültek száma és eddig már közel 300 halottat találtak a romok alatt.

A szeizmológiai világhálózat és az európai hálózat egybehangzó kiértékelése szerint a földrengés 6.3-as magnitúdójú volt és a felszín alatt 6-8 km mélységben bekövetkezett törés (normál vetődés) hozta létre. Bár a 6.3-as magnitúdó nem kivételesen nagy mértékű energia felszabadulást jelent, a kis mélység miatt, a nem földrengés biztosra épített öreg házakat és középkori műemlék épületeket a rengéshullámok könnyen lerombolhatták.

A szélesebb (alpi-mediterrán) térség szeizmotektonikája

Földünk egy aktív bolygó amelynek forró belsejében zajló nagymértékű anyagáramlások hozzák létre a földrengéseket és a vulkánkitöréseket is. A Föld belső magjában akár 5000°C –ot is elérő hőmérséklet a felszín felé haladva fokozatosan, de nem egyenletesen csökken. Ennek következtében jöttek létre a hideg felszínen a közelítőleg 100 km vastagságú kőzetlemezek (litoszféra), amelyek beborítják a teljes földfelszínt, de nem egyetlen összefüggő héjként. A belső anyagáramlások felszakították ezt a héjat és 14 nagylemezt és számos mikrolemezt hoztak létre (1. ábra). Ezek a lemezek egymáshoz képest 1-10 cm/év sebességgel mozognak, s ennek következtében egymással kölcsönhatásban vannak. Alapvetően 3 féle lemezhatár létezik:

Szétszakadó lemezhatároknál a lemezek távolodnak egymástól. Óceáni területeken ilyen helyek az óceáni hátságok központi hasadékvölgye, kontinenseken pedig a hosszan követhető árokszerkezetek.

Ütköző lemezhatároknál a lemezek közelednek egymáshoz, és ha az egyik lemez óceáni, akkor az meghajlik és alátolódik a másik lemez alá. Ha mindkét ütköző lemez kontinentális, akkor egyik lemez sem képes alátolódásra, hanem folyamatosan gyűrik-törik egymást és bonyolult torlódásos szerkezeteket hoznak létre. Ezek a mai Földön a fiatal lánchegységek (pl. alpi-himalájai hegységrendszer).

Az egymás mellett elmozduló lemezek határánál nincs sem közeledés, sem távolodás, de a létrejövő törésvonal mentén az egymáshoz képest mozgó lemezek erőteljesen nyírják-forgácsolják egymást. A számos oldalelmozdulásos lemezhatár legismertebb és leghosszabb tagja a kaliforniai Szent András-törésvonal.

A Földön kipattanó rengések több mint 90%-ának a fészke (hipocentruma) a fenti típusú lemezhatárokon található. Valójában állandóan reng a Föld, mert a kisenergiájú rengések száma évente több mint 1 millió (2. ábra). A rengés energiáját az egyszerűség kedvéért egy a méretre jellemző számmal, a Richter amerikai szeizmológus által bevezetett magnitúdóval adjuk meg. A 2. ábra szerint a magnitúdó egyszerűen átszámítható fizikai energiaegységbe (Joule) és így jól összehasonlítható más természetes (vulkánkitörés, tornádó), vagy ember által előidézett katasztrófa (atombomba robbantások) során felszabaduló energiával. A 2. ábra azt is mutatja, hogy a földrengések száma drasztikusan csökken a méret növekedésével. Például 6-os magnitúdójú (közepes energiájú) földrengésből évente már csak kb. 200 pattan ki, míg igazán nagy (M=8) földrengésből átlagosan 3 fordul elő évente. Van még egy fontos megfigyelés is, miszerint a nagyobb földrengések döntő módon az ütköző lemezhatárokhoz kötődnek.

Európa déli részének nagytektonikáját az Afrikai- és az Európai lemez ütközése határozza meg. Fontos azonban tudni, hogy az Afrikai-lemez szegélye nem azonos a Földközi-tenger déli szélével, hanem azon túlmegy és annak részét képezi az Adriai-tenger alatt húzódó merev blokk is, amit Adriai-tüskének nevezünk. Ennek északias irányú mozgása és egyúttal óramutató járásával ellenkező irányú forgása határozza meg az Apenninek, az Alpok, a Dinaridák és a Kárpátok hegységíve által körülölelt Pannon-medence aktív tektonikai folyamatait, s ezúton földrengés tevékenységét is. Adria forgó mozgása következtében az olasz „csizma” mentén főleg húzófeszültségek gerjesztik a földrengéseket, az Alpok területén kontinens-kontinens ütközés történik, míg a Pannon-medencét főleg oldalelmozdulásos törések uralják.

A legutóbbi olaszországi földrengés fontos üzenete tehát az, hogy a földrengéseket kiváltó lemeztektonikai folyamatok a nagyobb térségben – beleértve Magyarország területét is – azonos okra, nevezetesen az afrikai eredetű Adriai-tüske és Európa kölcsönhatására vezethetők vissza.

Földrengések előrejelzésének problémája

Az L’Aquila térségben kipattant földrengés különösen érdekes abból a szempontból is, hogy a hírek szerint egy olasz szakértő azt előre jelezte és ennek a meggyőződésének hangot is adott. Tény, hogy Gioacchino Giuliani, az olasz Nemzeti Asztrofizikai Intézet technikusa, már az év elején interneten keresztül hírt adott egy a térségben várható földrengésről, sőt március elején hangosbeszélővel felszerelt gépkocsik mozogtak a környéken és figyelmeztették a lakosságot a várható tragédiára. Tény az is, hogy pánikkeltésre hivatkozva a hatóságok ezeket az akciókat leállították és a szakemberek a lakosságot azzal nyugtatták, hogy az észlelt kisebb rengések „…teljesen normálisak egy szeizmikusan aktív térségben.”

A szakemberek egyúttal hangsúlyozták, hogy a tudomány mai állása szerint „…semmilyen módon nem lehet előre megjósolni egy földrengést.” A szakemberek megállapítása helyes volt, hiszen két-három véletlenszerű összeesés ellenére, minden korábbi tudományos alapon álló előrejelzés hibásnak bizonyult.

Valóban, azt előre megmondani, hogy:

• pontosan hol (±10km megbízhatósággal),

• pontosan mikor (±1-2 nap megbízhatósággal) és,

• pontosan mekkora (legalább ± 0.5 magnitúdó hibával) földrengés keletkezik ma még lehetetlen.

Egyes szakemberek szerint a helyzet a jövőben sem fog érdemben javulni, mert a feladat hasonlatos ahhoz, mintha azt akarnánk biztosan tudni, hogy mik lesznek a jövő héten kihúzandó lottószámok. A kritikus területeken (azaz a lemezhatárokon) véletlenszerűen bekövetkező földrengés események koncepciója mellett, azonban létezik egy másik szakmai koncepció is. Ez utóbbi szerint a kőzetlemezekben felhalmozódó feszültségek geofizikai mérésekkel nyomon követhetők és azok kritikus szintre való emelkedése észlelhető. Ilyen geofizikai mérésekre több lehetőség is kínálkozik. Például egy eltörni „szándékozó” kőzettartomány először kisebb recsegéseket (előrengéseket) produkál. Ezekhez a recsegésekhez és kisebb törésekhez a kőzetekben radioaktív bomlással keletkező radon gáz felszabadulás is kapcsolódik. Valószínű az is, hogy egy kőzettartomány alakváltozása elektromágneses jeleket is sugároz, amelyeket a földön, vagy mesterséges holdon elhelyezett speciális berendezések észlelni tudnak. És még számos más megfigyelési lehetőség is adódhat, beleértve bizonyos állatok rendellenes viselkedését is földrengés előtt néhány perccel, akár órával.

A kutatások folyamatban vannak, de a megoldás még távolinak tűnik.

Magyarország földrengés története

Magyarország területén évente 100-120 kisebb mint 2,5 magnitúdójú földrengést regisztrálunk az érzékeny szeizmológiai hálózat segítségével. Ezek nagy része nem éri el az érezhetőség határát. A nagyobbak ritkábban, de jellemző visszatérési idővel fordulnak elő. Az ország területén évente négy-öt 2,5-3 magnitúdójú, az epicentrum környékén már jól érezhető, de károkat még nem okozó földrengésre kell számítani. Jelentősebb károkat okozó rengés 15-20 évenként, míg erős, nagyon nagy károkat okozó, 5,5 - 6 magnitúdójú földrengés 40-50 éves visszatérési idővel pattan ki (5. ábra).

Az első ismert rengés Attila korából való

Az első ismert földrengés Magyarország területén, melyről feljegyzés maradt fenn, 456. szeptember 7-én Savariában, a mai Szombathely környékén volt. A földrengés keletkezési helyét nem tudjuk pontosan rekonstruálni, de valószínű fészke Szombathelytől 35 km-re, északnyugatra tehető. A leírások alapján rekonstruálható a rengés nagysága, mely kb. M=6,1 magnitúdó lehetett.

Talán a legnagyobb

Ismereteink szerint az egyik legnagyobb, a mai Magyarország területén kipattant földrengés Komáromban keletkezett Mária Terézia uralkodása idején, 1763. június 28-án, magnitúdója 6,3 érték körülire becsülhető. A földrengés során a város harmada elpusztult, több mint hatvanan meghaltak, sok volt a sebesült. A rengés erősségéhez képest viszonylag kevés volt az áldozat, melynek oka a korabeli vertfalú, „könnyű szerkezetes” építkezési módszerekben keresendő: Komáromtól a Balaton északi végéig húzódó terület szeizmikusan jelenleg is az ország egyik legaktívabb területe (6. ábra).

Az első tudományosan feldolgozott földrengés

Szintén e területhez köthető az 1810. január 14-én Mór környezetében kipattant, az egyik legjelentősebb károkat okozó magyarországi földrengés is. A Vértes és Bakony közé kapcsolódik az a törésvonal, melyen az 5,5 magnitúdójú földrengés keletkezett. A nagy rengést közel ezer kisebb utórengés követte. A feldolgozást a kor nagy természettudósa Kitaibel Pál egy munkatársával együtt végezte.

A legutóbbi évszázad nagyobb rengései

A XX. században öt olyan nagyobb földrengést jegyeztek fel a mai Magyarország területén, melyek jelentős károkat okoztak: Kecskeméten 1908 és 1911-ben, Egerben 1925-ben, Dunaharasztin 1956-ban és Berhidán 1985-ben.

Földrengések elleni védekezés stratégiája

Amint arra az előzőekben már utaltunk, általánosan elfogadott vélemény a földrengéskutatók körében, hogy a földrengések előrejelzése ma még nem lehetséges. Sokat tudunk a földrengések keletkezési mechanizmusáról, elég jól ismerjük azokat a folyamatokat, amelyek a földrengéseket kiváltják, sok adatunk van arról, hogy a Föld különböző területén mekkora földrengés milyen gyakorisággal keletkezik. Nem tudjuk azonban előre jelezni a földrengések kipattanási idejét, és a belátható jövőben nincs is sok remény ennek megoldására. Nem lehet megfelelő pontossággal prognosztizálni ugyanis, hogy egy lassú, több évtizedig tartó, centiméter/év sebességű elmozdulást kísérő feszültség-felhalmozódás hatására mikor következik be a törés az igen változatos földkéregben.

Lehetőség van azonban a földrengéskockázat valószínűség alapú meghatározására, vagyis annak kiszámítására, hogy valamely területen megadott méretű talajrázkódás adott időszak alatt milyen valószínűséggel várható. Ilyen módon - bár a földrengést elhárítani nem lehet - a földrengés kockázatának ismeretében, előzetes felkészüléssel a földrengés által okozott károk és veszteségek csökkenthetők. A legfontosabb ilyen felkészülés az, hogy földrengésnek kitett területeken úgy kell építkezni, hogy az építmények nagyobb károsodás nélkül kibírják az ott bekövetkező földrengéseket. Az Európai Unió országaiban egységes földrengés szabvány (Eurocode 8) van érvényben, mely részletesen meghatározza a földrengés biztos tervezés módszereit.

Hazai helyzetkép

Az előzőekben vázoltak is mutatják, hogy Magyarország területén is rendszeresen előfordulnak földrengések, sőt a napokban Olaszországban (L’Aquila) bekövetkezett földrengéshez hasonló méretű is. A különbség e tekintetben a két terület között csupán az, hogy míg Olaszországban 10-15 évenként fordul elő 5,5 - 6 -os magnitúdójú földrengés, addig Magyarországon ez a gyakoriság csak 100-150 év.

Hogyan állunk a felkészülést illetően? A régebbi épületállomány meglehetősen vegyes képet mutat. Leginkább sérülékenyek a hagyományos szerkezetű, vasbeton alap és födém nélküli téglaépületek. Ezek gyakran szenvednek sérüléseket már kisebb (M= 3,5-4) földrengések hatására is. Az 1960-70-es években tömegesen épített házgyári panel épületek viszonylag földrengésállóak akkor is, ha kifejezetten földrengésre nem méretezettek.

Az EU tagországaként Magyarországon 2005 óta érvényben van az Unió egységes földrengés szabványa az Eurocode-8 (MSZ EN 1998-1). Ez a szabvány egységes metodikát ír elő az Unió egész területén. Röviden úgy lehetne a követelményeket összefoglalni, hogy minden építményt úgy kell tervezni, hogy az élettartama (általában 50 év) alatt 10% valószínűséggel előforduló földrengést komolyabb szerkezeti károsodás nélkül kibírjon. Az egyes országok eltérő földrengéses viszonyai miatt minden ország saját Nemzeti Mellékletében adja meg a helyi szeizmikus zónákat, a tervezéshez szükséges alapadatokat. Ebben a kérdésben Magyarországon sajnos nem sikerült teljes konszenzusra jutni, mert a szeizmológus szakma által javasolt földrengés térkép sértette egy kisebb, de erős érdekérvényesítéssel rendelkező csoport érdekeit. A vasbeton építők úgy gondolták, hogy nagyobb fesztávú csarnokok esetében a földrengésre való méretezés a vasbeton szerkezeteket az acélszerkezetekkel szemben hátrányosabb helyzetbe hozza, megdrágítja. Ezért a szabványügyi törvény értelmében konszenzussal elfogadható szabvány e részét megvétózták.

Különlegesen veszélyes létesítmények földrengés biztonsága

Nagyon fontos a földrengésállóság az olyan veszélyes ipari létesítmények esetében, melyek sérülése a környezetet különlegesen nagymértékben veszélyezteti. Ezek között első helyen a nukleáris létesítmények (atomerőművek, radioaktív hulladéktárolók) vannak. Ezekre az Eurocode 8-nál sokkal szigorúbb előírások vonatkoznak, amelyeket a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (NAÜ), a hazai Nukleáris Biztonsági Szabályzat (NBSz), továbbá törvények és kormányrendeletek kodifikálnak. Általában jellemző a nukleáris objektumok esetén, hogy a biztonságot nagyon kis valószínűséggel (10-4 – 10-6) előforduló földrengésekre is megkövetelik. A kis valószínűség azt jelenti, hogy a csak nagyon ritkán előforduló nagy magnitúdójú földrengések elviselésére is fel kell készíteni a létesítményt.

 

Ábrák:

 

1. ábra. A Föld litoszféra lemezei, valamint a különböző típusú lemezszegélyek. A fekete nyilak a lemezmozgás fő irányát mutatják. A litoszféra lemezek neve a következő: 1=Eurázsiai-lemez, 2=Észak-Amerikai-lemez, 3=Fülöp-lemez, 4=Pacifikus-lemez, 5=Juan de Fuca-lemez, 6=Cocos-lemez, 7=Karibi-lemez, 8=Dél-Amerikai-lemez, 9=Afrikai-lemez, 10=Indiai-Ausztráliai-lemez, 11=Nazca-lemez, 12=Scotia-lemez, 13=Antarktiszi-lemez, 14=Arábiai-lemez. További két jellegzetes szerkezeti elem a 15=Szent András törés és a 16= Kelet-Afrikai árokrendszer. Olaszország közelében szaggatott vonallal jelzett terület, az Afrikai lemez által északias irányba tolt Adriai mikrolemezt mutatja.

Nagy felbontású kép letöltése (40kB)

 

2. ábra. Világméretű statisztika a különböző magnitúdójú földrengések gyakoriságáról. Az ábráról leolvasható az is, hogy milyen magnitúdó értéknek mekkora energia felel meg. Az ábrán jelölve vannak a nagyobb hazai rengések és a legutóbbi L’Aquila-i földrengés is.

Nagy felbontású kép letöltése (40kB)

 

3. ábra. Az Alpi-mediterrán rendszer központi részének topográfiai viszonyai és jelenkori geodinamikai képe a főbb lemezhatárokkal, a fontosabb aktív szerkezetekkel, a feszültségi trajektóriákkal, valamint az űrgeodéziai módszerrel (GPS) meghatározott horizontális kéregdeformáció jellemző irányával és sebességével. Rövidítések: APP − Appenninek, BAL − Balkanidák, DIN − Dinaridák, HELL − Hellenidák, KÁRP − Kárpátok.

Nagy felbontású kép letöltése (40kB)

 

4. ábra. A Pannon-medence pre-neogén aljzatának mélysége és a kapcsolódó főbb neogén szerkezeti elemek. Rövidítések: DKH − Dunántúli-középhegység, EKH − Erdélyi-középhegység, Ka − Kisalföld, KMZ − Közép-magyarországi nyírási zóna, MMZ − Mur-Mürz-Zsolna lineamentum, Na − Nagyalföld.

Nagy felbontású kép letöltése (40kB)

 

5. ábra. Földrengések gyakorisága Magyarországon. Az ábrából leolvasható, hogy évente egyszer előfordul 3,6 magnitúdójú földrengés; ennél nagyobbak ritkábban, kisebbek pedig gyakrabban.

Nagy felbontású kép letöltése (40kB)

 

6. ábra. Földrengések területi eloszlása Magyarországon. A szürke körök a historikus rengéseket (456-1994), a piros körök az utóbbi évek rengéseit (1995-2008) mutatják.

Nagy felbontású kép letöltése (40kB)

 

7. ábra. Magyarország szeizmikus zónatérképe. Földrengések következtében 50 év alatt, 10%-os meghaladási valószínűséggel, az alapkőzeten várható vízszintes gyorsulás g (gravitációs gyorsulás) egységben.

Nagy felbontású kép letöltése (40kB)