Δομή του εσωτερικού της Γης

Η Γη αποτελείται από τρία κύρια κελύφη: το φλοιό, το μανδύα και τον πυρήνα.

Στα όρια του φλοιού και του μανδύα παρατηρείται η ασυνέχεια Mohorovicic (ή απλά Moho), ενώ στα όρια του μανδύα με τον πυρήνα η ασυνέχεια Gutenberg (ασυνέχειες πρώτης τάξης).

Οι ασυνέχειες δεύτερης τάξης ορίζουν τα όρια μεταξύ των διάφορων στιβάδων στα κελύφη: η ασυνέχεια Conrad μεταξύ της γρανιτικής και βασαλτικής στιβάδας στο φλοιό, η ασυνέχεια Repetti μεταξύ του άνω και κάτω μανδύα και η ασυνέχεια Lehman μεταξύ του εξωτερικού και του εσωτερικού πυρήνα.

Οι ταχύτητες των σεισμικών κυμάτων μεταβάλλονται στα τρία κελύφη και στις ασυνέχειες.

Η χαρακτηριστική μείωση της ταχύτητας των σεισμικών κυμάτων στη ζώνη αμέσως κάτω από τη Moho, οφείλεται στην ύπαρξη ενός ασθενούς μηχανικά στρώματος πάχους περίπου 50-100 km που ονομάζεται ασθενόσφαιρα και σχηματίζει τον ασθενοσφαιρικό δίαυλο.

Τα κύματα S δεν διαδίδονται στον εξωτερικό πυρήνα, επομένως συμπεραίνεται ότι αυτός βρίσκεται σε υγρή φάση.

Ο φλοιός και το ανώτερο τμήμα του μανδύα αποτελούν τη λιθόσφαιρα.

Ο φλοιός διακρίνεται σε ηπειρωτικό (πάχος 30-70 km) και σε ωκεάνειο (πάχος 4-15 km). Αποτελούνται κυρίως από όξινα/ενδιάμεσα και βασικά/υπερβασικά πετρώματα αντίστοιχα.

Ο ωκεάνειος φλοιός είναι πυκνότερος και βαρύτερος από τον ηπειρωτικό.

Η μέση γεωθερμική βαθμίδα στο φλοιό είναι περίπου 1^ο C/30 m.

Λιθοσφαιρικές πλάκες

Είναι τεμάχη της λιθόσφαιρας που κινούνται επάνω στην ασθενόσφαιρα. Υπάρχουν δύο κύρια μοντέλα που εξηγούν την κίνησή τους:

• Μοντέλο ενεργού μανδύα: ρεύματα μεταφοράς στο μανδύα (=μανδυακά αναβρύσματα) παρασέρνουν και μεταφέρουν τις λιθοσφαιρικές πλάκες.
• Μοντέλο παθητικού μανδύα: οι πλάκες μετακινούνται μόνες τους λόγω βαρύτητας, η οποία στα άκρα τους προκαλεί τη βύθιση του ωκεάνειου μέρους των πλακών κάτω από το ηπειρωτικό όμορης πλάκας.

Οι κύριες δομές που παρατηρούνται στις λιθοσφαιρικές πλάκες είναι οι μεσο-ωκεάνιες ράχες (δημιουργία υλικού) οι ζώνες σύγκλισης ή υποβύθισης (καταστροφή υλικού) και τα ρήγματα μετασχηματισμού (διατήρηση υλικού).

Η εξέλιξη του φλοιού σε μία θέση απόκλισης λιθοσφαιρικών πλακών είναι: αρχική διάρρηξη στάδιο κλειστού ωκεανού (δημιουργία μεσο-ωκεάνιων ραχών) στάδιο ανοικτού ωκεανού (μεγάλη έκταση ωκεάνιου φλοιού).

Υπάρχουν τρεις τύποι σύγκλισης λιθοσφαιρικών πλακών:

• Σύγκρουση ηπειρωτικού με ηπειρωτικό φλοιό (Α-καταβύθιση).
• Σύγκλιση ωκεάνιου με ωκεάνιο φλοιό (Β-καταβύθιση).
• Σύγκλιση ωκεάνιου με ηπειρωτικό φλοιό (Β-καταβύθιση).

Οι κύριες δομές σε μία ζώνη σύγκλισης είναι (από το εξωτερικό προς το εσωτερικό της μέρος): α) εξωτερική ράχη, β) ωκεάνια αύλακα (=τάφρος), γ) πρίσμα προσαύξησης (=επαύξησης) γ) λεκάνη προ του τόξου, δ) μετωπικό τόξο, ε) ηφαιστειακό τόξο, στ) περιθωριακή λεκάνη.

Τα περιθώρια των λιθοσφαιρικών πλακών διακρίνονται σε:

• Ενεργά. Υπάρχουν σεισμοί επιφανείας, ενδιαμέσου (ζώνη Benioff) και μεγάλου βάθους.
• Παθητικά. Υπάρχουν μόνο επιφανειακοί σεισμοί.
• Συντηρητικά. Εκατέρωθεν των ρηγμάτων μετασχηματισμού.

Το σημείο στο οποίο συναντώνται τρεις λιθοσφαιρικές πλάκες ονομάζεται τριπλό σημείο.

Η προβολή των κορυφών των ρευμάτων μεταφοράς (=μανδυακά ανευρύσματα) στην επιφάνεια του φλοιού ονομάζεται θερμή κηλίδα.

Η Ελλάδα βρίσκεται στο Ν άκρο της Ευρασιατικής πλάκας και επηρεάζεται από δύο κύριες κινήσεις λιθοσφαιρικών πλακών:

• Από την προς Βορρά βύθιση της Αφρικανικής πλάκας κάτω από την Ευρασιατική (≈1 cm/y).
• Από την προς Δύση κίνηση της μικροπλάκας της Ανατολίας μέσω του Ρήγματος της Βόρειας Ανατολίας (≈2,5 cm/y).
• Η μέση ταχύτητα παραμόρφωσης του χώρου του Αιγαίου είναι 2,5 - (-1) ≈ 3,5 cm/y.

Μηχανισμοί γένεσης σεισμών

Οι σεισμοί διακρίνονται σε επιφανειακούς (βάθος έως 20 km και σε εξαιρετικές περιπτώσεις έως 60 km), ενδιαμέσου βάθους (έως 300 km) και μεγάλου βάθους (300-720 km).

Οι σεισμοί δημιουργούνται λόγω της ξαφνικής ολίσθησης ενεργών ρηγμάτων οι συσσωρευμένες τάσεις στην επιφάνεια των οποίων υπερβαίνουν το όριο θραύσης του υλικού.

Το σημείο πάνω στην επιφάνεια του ρήγματος στο οποίο δημιουργείται ένας σεισμός ονομάζεται υπόκεντρο ή εστία, ενώ η προβολή του σημείου αυτού στην επιφάνεια ονομάζεται επίκεντρο. Το βάθος στο οποίο βρίσκεται η εστία ονομάζεται εστιακό βάθος.

Οι σεισμοί τύπου εμποδίου είναι κυρίως οριοπλακικοί, ενώ αυτοί του τύπου φράγματος  είναι κυρίως ενδοπλακικοί και έχουν χαρακτηριστική μακρά περίοδο μετασεισμικής δραστηριότητας.

Ανάλογα με το αν η διεύθυνση διάδοσης της σεισμικής διάρρηξης είναι προς μία ή και τις δύο κατευθύνσεις επάνω στην επιφάνεια του ρήγματος, ο σεισμός ονομάζεται μονοκατευθυντικός ή δικαευθυντικός αντίστοιχα.

Ως σεισμική ακολουθία ορίζεται το σύνολο των σεισμών που γεννώνται σε ένα συγκεκριμένο χώρο σε ένα μικρό χρονικό διάστημα λόγω της δράσης ενός συγκεκριμένου συστήματος ρηγμάτων.

Σχεδόν όλοι οι κύριοι σεισμοί ακολουθούνται από μετασεισμούς, ενώ ορισμένοι έπονται προσεισμών. Εάν σε μία σεισμική ακολουθία δεν διακρίνεται ένας σημαντικά μεγαλύτερος σεισμός από τους υπόλοιπους, η ακολουθία ονομάζεται σμήνος ή σμηνοσειρά.

Ο νόμος Gutenberg-Richter εκφράζει το πλήθος των σεισμών (N) σε σχέση με το μέγεθός τους (M) και δίνεται από τον τύπο .

Σεισμικά κύματα

Τα σεισμικά κύματα διακρίνονται σε κύματα χώρου (επιμήκη P [=διαμήκη] και εγκάρσια S), επιφανειακά κύματα (Rayleigh, Love, Stonley κ.ά.) και άλλα κύματα (διαυλικά, ουράς, στάσιμα, κ.ά.). Τα κύματα P έχουν μεγαλύτερη ταχύτητα από τα S, ενώ τα Love μεγαλύτερη από τα Rayleigh. Τις μεγαλύτερες επιπτώσεις στις κατασκευές έχουν τα κύματα επιφανείας, επειδή έχουν το μεγαλύτερο πλάτος.

Το πλάτος των σεισμικών κυμάτων μειώνεται με την αύξηση της επικεντρικής απόστασης λόγω των φυσικών ιδιοτήτων του φλοιού της Γης.

Μέγεθος σεισμών

Το μέγεθος (Μ) ενός σεισμού είναι το μέτρο της ενέργειας που απελευθερώνεται και είναι ανεξάρτητο από την επικεντρική απόσταση.

Οι κυριότερες κλίμακες σεισμικών μεγεθών είναι:

Τοπικό μέγεθος (M_{L, =Richter)}

Επιφανειακό μέγεθος (M_s)

Μέγεθος σεισμικής ροπής (M_w ή M_o)

Η κλίμακα Richter δεν έχει ούτε κάτω, ούτε άνω όριο, μπορεί να έχει αρνητικές τιμές, αλλά πρακτικά δεν έχουν καταγραφεί σεισμοί μεγαλύτεροι των 9,5 R.

Αύξηση του μεγέθους σεισμού κατά μία μονάδα ισοδυναμεί με αύξηση της εκλυόμενης ενέργειας κατά περίπου 31 φορές.

Μακροσεισμικά αποτελέσματα και ένταση σεισμών

Τα μακροσεισμικά αποτελέσματα ενός σεισμού μπορεί να είναι πρωταρχικά ή επακόλουθα και κατά μία άλλη ταξινόμηση μόνιμα ή παροδικά.

Μακροσεισμικά αποτελέσματα είναι εδαφικές διαρρήξεις, κατολισθήσεις, εδαφικές βαθύνσεις, ρευστοποιήσεις εδαφών, υψομετρικές μεταβολές, τσουνάμι, βλάβες σε κατασκευές (άμεσες ή έμμεσες) κλπ.

Τα τσουνάμι είναι κύματα που δημιουργούνται σε ανοικτές θάλασσες λόγω υποθαλάσσιων σεισμών ή/και κατολισθήσεων, οι οποίοι μετακινούν όγκους νερού ανάλογα με το βάθος της θάλασσας. Ενώ στα ανοικτά η ταχύτητα των κυμάτων αυτών είναι πολύ μεγάλη (έως 800 km/h), στα ρηχά μειώνεται, με αποτέλεσμα την αύξηση του ύψους τους.

Η ένταση του σεισμού αναφέρεται στα μακροσεισμικά αποτελέσματα που αυτός έχει σε μία συγκεκριμένη γεωγραφική θέση και εξαρτάται από την επικεντρική απόσταση.

Η ένταση μετριέται με τη χρήση μακροσεισμικών κλιμάκων, με πιο συνηθισμένη τη δωδεκαβάθμια κλίμακα Mercalli-Sieberg.

Οι ισόσειστες καμπύλες περιγράφουν περιοχές ίδιας έντασης σε ένα χάρτη και ο προσανατολισμός τους συνήθως είναι παράλληλος με το σεισμογόνο ρήγμα. Το κέντρο της πλειόσειστης περιοχής ονομάζεται μακροσεισμικό επίκεντρο.

Για αύξηση ενός βαθμού στην ένταση, παρατηρείται περίπου διπλασιασμός της αντίστοιχης σεισμικής επιτάχυνσης.