תנודת קרקע חזקה

תנודת קרקע חזקה (באנגלית: Strong ground motion) היא זיעת הקרקע ברעידת אדמה גדולה, המתרחשת קרוב להעתק שגרם לה (פחות מ-50 ק"מ). מדובר ברעידות אדמה גדולות מספיק, כדי לגרום נזק מבני משמעותי. תנודת קרקע חזקה זו, בדרך כלל גוברת על הסייסמומטר, מה שמאלץ שימוש בפרמטר התאוצה לצורך רישומה, בעזרת מדי תאוצה למדידת תנודת קרקע חזקה. מדע תנודת הקרקע החזקה עוסק גם בשינויים בקריעת השבר: הן בתזוזה הכוללת, באנרגיה המשתחררת ובמהירות הקריעה. המינוח בשפה האנגלית הוא המינוח הרווח בספרות המדעית, כמו גם בשיח המדעי בעניין זה בישראל, והמינוח בשפה העברית הוא מאולץ משהו.

בהתבסס על ניסיון רעידות אדמה הרסניות מהעבר, הגורם לאסונות הנובעים רעידות אדמה נובע בעיקר מהרס מבנים כתוצאה מתנודת קרקע חזקה, מה שגורם לאבדות בנפש וברכוש. לתנודת הקרקע, הנגרמת על ידי גלים סייסמיים, יכולות להיות תגובות שונות בתנאים גאולוגיים שונים. תצפיות על תגובות שונות אלו לתנודת הקרקע, באמצעות סייסמומטר בעל יכולת לקלוט תנודה חזקה, יכולות לספק הבנה טובה יותר של מאפייני תנודת הקרקע החזקה והשפעתה על מבנים.

ככל שמכשירים סייסמיים (ובפרט מדי תאוצה) הופכים נפוצים יותר, כך הופך להיות צורך לקשר את הנזק הצפוי עם קריאות המכשיר. סולם העוצמה הסייסמית הישן של מרקאלי המתוקן (MM), שריד מימי טרום המכשיר, נותר שימושי במובן, שכל עלייה ברמת העוצמה הסייסמית, מספקת הבדל ניכר בנזק הסייסמי.

תנודה חזקה של הקרקע מתייחסת לרמות גבוהות יחסית של תאוצת קרקע מקסימלית, ומהירויות התנודה המתרחשות במרחק מוגבל (לעיתים קרובות בסדר גודל של כמה עשרות קילומטרים) ממקור רעידת האדמה, שם הרעד הוא החמור ביותר. רמת רעידת אדמה זו חשובה, משום שהיא שולטת בנזקים למבנים ולתשתיות, ולכן היא מהווה מוקד לתכנון הנדסי של רעידות אדמה והערכת סיכונים סייסמיים.

לאחר שנים רבות של ניסיון של כל מניפולציה אפשרית של היסטוריית זמן מד התאוצה, מתברר כי מהירות הקרקע המקסימלית (PGV) הפשוטה ביותר, מספקת את המתאם הטוב ביותר עם הנזק. PGV מבטא רק את שיא האינטגרציה הראשונה של תיעוד התאוצה. נוסחאות מקובלות כיום מקשרות PGV לעוצמה סייסמית. ההשפעה של קרקעות רכות שבאות לידי ביטוי בתגובת אתר סייסמית מובנית בתהליך, מכיוון שניתן לצפות שתנאי יסוד אלה יגבירו את ה-PGV באופן משמעותי.

מפות תנודת קרקע (Shake Maps) המופקים על ידי המכון הגאולוגי של ארצות הברית, מספקים מידע כמעט בזמן אמת על אירועי רעידות אדמה משמעותיים, ויכולים לסייע לצוותי סיוע באסונות ולסוכנויות אחרות.

 מיתאם עם סולם מרקאלי המתוקן 
המכון הגאולוגי של ארצות הברית יצר את סולם העוצמה הסייסמית המכשירנית, אשר ממפה את שיא מהירות הקרקע בסולם עוצמה הדומה לסולם מרקאלי. סייסמולוגים בכל רחבי העולם משתמשים בערכים אלה כדי לבנות מפות ShakeMap.
ב-U.S.G.S. מפיקים לכל רעידת אדמה "מודרנית" מפות תאוצות קרקע מקסימליות ממוחשבת שנקראת Shake Mapלמשל, לרעידת האדמה בלונג ביץ' (1933) ראו כאן.. אחרי סיקור של רעידות אדמה רבות מאוד, הם הגיעו למסקנה, שתנודות הקרקע ונזקי בנייה המוערכים על ידי אדם (קרי עוצמה סייסמית), מותאמים בצורה הטובה ביותר לאירועים בעלי עוצמה סייסמית נמוכה, כאשר המשתנה של מהירות קרקע מקסימלית מתאים יותר לאירועים בעלי עוצמה סייסמית גבוהה. עם זאת, במאמץ לפשט ולמקסם את זרימת המידע לציבור, פיתחו ב-U.S.G.S. אמצעי להפקת מפות אומדן של סולם מרקאלי המתוקן המבוססות על הקלטות של תאוצות קרקע באמצעות מדי תאוצהWald, David J., Lin, Kuo-Wan, and Quitoriano, Vincent, 2008, Quantifying and Qualifying USGS ShakeMap Uncertainty: U.S. Geological Survey Open File Report 2008–1238..

"עוצמות סייסמיות מכשירניות" אלו, מבוססות על רגרסיה משולבת של אמפליטודות שיא ומהירות שיא מול עוצמה סייסמית נצפית, עבור 8 רעידות אדמה משמעותיות בקליפורניה: 1971 בסן פרננדו; 1979 בעמק אימפריאל ; 1986 בצפון פאלם ספרינגס ; 1987 בוִויתִּיאֶר ; 1989 בלומה פריאטה; 1991 בסְיֶירָה מָאדְרֶה ; 1992 בלאנדרס , ו-1994 בנורת'רידג'. מההשוואה עם מפות איזוסייסמיות ניצפות, הם מצאו שרגרסיות לא ליניאריות המבוססות על מהירות קרקע מקסימלית עבור עוצמה > VII, ועל תאוצת קרקע מקסימלית עבור עוצמה < VII, הן המתאימות ביותר. זה תואם את התפיסה שעוצמות סייסמיות נמוכות נקבעות על ידי תאורי חישה (שרגישים לתאוצה). נזק בינוני, בעוצמה סייסמית VI-VII, מתרחש בדרך כלל במבנים קשיחים (קירות בנייה, ארובות וכיוצא בזה), שגם הם רגישים לתאוצות קרקע בתדירות גבוהה. ככל שרמות הנזק עולות, נזק מתרחש גם במבנים גמישים, שהנזק עבורם הוא פרופורציונלי למהירות הקרקע, ולא לתאוצה. על ידי קשר בין תנודות קרקע מתועדות לעוצמות סייסמיות שונות בסולם מרקאלי המתוקן, הם יכולים להעריך את העוצמות הסייסמיות תוך דקות ספורות מהאירוע, בהתבסס על תאוצות ומהירויות קרקע מקסימליות המתועדות, שנעשו בתחנות הסייסמוגרפיות. למפות אלו מצורפת טבלה המציגה את הקורלציה בין העוצמה הסייסמית המחושבת לשני המשתנים הללו, והערכה איכותנית לעוצמת התנודות באתר במונחים של: לא הורגשה, קלה מאוד, קלה, בינונית, חזקה, חזקה מאוד, חמורה, אלימה וקיצונית.

+עוצמה
סייסמיתמהירות
(סמ'/שנייה)תחושת הרעדהנזק הפוטנציאליI0.0215>לא הורגשהללאII - III0.135 – 1.41קלה מאדללאIV1.41 – 4.65קלהללאV4.65 – 9.64בינוניתקל מאדVI 9.64 – 20חזקהקלVII 20 – 41.4חזקה מאדבינוניVIII41.4 – 85.8חמורהבינוני - כבדIX 85.8 – 178אלימהכבד +X > 178קיצוניתמאד כבד

 רעידות אדמה נבחרות 
+רעידת האדמה PGV
(סמ'/שנייה)מגניטודה
(לפי המומנט)עומק מוקד
(קמ')הרוגיםהערות1999 רעידת ג'יג'י3187.7332,4152023 רהע"א בטורקיה וסוריה2157.81062,0131994 רעידת נורת'רידג'1836.718.2571995 רעידת קוֹבֶּה 1706.917.66,4342007 רעידת שוטצ'ו 1526.610111992 רעידת לאנדרס 1477.31.0932004 רעידת שוטצ'ו 1456.613681992 רעידת קייפ מנדוסינו 1387.210.5356 פצועים2011 רעידת טוהוקיו וטצונאמי1179.12919,7472015 רעידת נפאל, הודו1087.88.28,8572008 רעידת גבעות צ'ינו 385.515.501933 רעידת לונג ביץ'206.410117

 ראו גם 
 תאוצת קרקע מקסימלית
 תאוצה ספקטרלית

קישורים חיצוניים

 ביאורים 

 הערות שוליים 

קטגוריה:סייסמולוגיה
קטגוריה:גאולוגיה
קטגוריה:רעידות אדמה
קטגוריה:ניהול סיכונים
קטגוריה:שיטות מחקר
*
קטגוריה:תאוריות גאולוגיות
קטגוריה:תאוריות מדעיות
קטגוריה:אסונות טבע