Sismoloji Nedir? Sismoloji Neyi İnceler? Tarihçesi

Sismoloji nedir, ne demektir? Deprembilimi de denilen sismoloji neyi inceler, neyi ölçer, çalışma alanları nedir, hakkında bilgi.

Sismoloji Nedir? Sismoloji Neyi İnceler? Tarihçesi

Sismoloji (Deprembilim); depremlerin oluşumunu, deprem dalgalarının yerküre içinde yayılışını, deprem aletlerini ve elde edilen kayıtların değerlendirilmesini inceleyen bilim dalıdır. Deprembilim, jeoloji ve fizik bilimleri arasındaki boşluğu dolduran ve ikisi arasında köprü görevi gören jeofiziğin bir koludur. Yer hareketinin değerlendirmeye uygun ilk kayıt 1910’da elde edildi. Yerküre üzerinde deprem kayıt istasyonlarının kurulmasına ise 1953’te başlandı.

Deprem konusunda ele geçen ilk tarihsel kayıtlar İÖ 1800’e kadar bilgi verir, ondan öncesine ilişkin hiçbir bilgi yoktur. Sözü edilen bu dönemlerde insanların depreme karşı ilk tepkileri batıl inançlarla doğaüstü nedenlere bağlanmıştır. Aristoteles’in depremi altı tipe ayırması oldukça dikkate değerdir. Çinlilerin de depremle ilgili çalışmalarının olduğu bilinmektedir. Nitekim, İS 132’de Çin’de depremde oluşan ilk şokun yönünü gösteren ilginç bir aygıt yapıldı. Bu aygıt, doğu-batı ve kuzey-güney yönlerinde ve ağızlarında yuvarlak çakıl taşı taşıyan dört kurbağa heykelinden oluşur. Deprem hangi yönde oluyorsa o yönün ters yönünde bulunan kurbağanın ağzındaki çakıl taşı düşüyordu. Böylece Çinliler deprem konusunda ilk gözlemsel çalışmaları başlatmış oluyorlardı.

Depremi Önceden Hissetmek Mümkün Mü?

İlk Deprem Gözlemleri

18. yüzyılın ortalarında depremin etkisi konusundaki gözlemler birikmeye başladı. 1760’ta İngiltere’de John Michell bir yazısında depremlerin yer içindeki dalga hareketiyle ilgili olduğunu belirtti. 18. yüzyılın sonunda ve 19. yüzyılın başında çalışmaların çoğu, depremlerin jeolojik etkilerinin değerlendirilmesi ve yapılar üzerindeki etkisi konusundadır. Örneğin, yumuşak zemin üzerinde kurulan yapıların sağlam kaya üzerine kurulan yapılardan daha fazla hasara uğradığı o zamanlarda saptandı.

19. yüzyıl ortalarında, Robert Mallet adlı araştırmacının yeryüzünde deprem istasyonlarının kurulmasını önermesiyle aygıtlı sismolojinin temelleri atıldı ve yine bu dönemde İtalya’da uzak depremleri kaydedebilen bir aygıt yapıldı. Yine bu yüzyılda deprem olayının matematik yönüne olan ilgi arttı ve ortaya birçok kuram atıldı. 1828’de Cauchy ve Poisson adlı araştırıcılar elastik bir cisimde titreşim hareketinin denklemini saptadılar ve Poisson böyle bir cisim içinde farklı hızda geçen iki farklı dalga tipinin olabileceğini gösterdi.

Deprembilimde görülen bu hızlı gelişme ve elde edilen bulgular, yakın zamanda yer içinin daha iyi tanınmasını sağladı. Yapay olmayan deprem olgusu, genel olarak yeryuvarı Sayaçlarında biriken enerjinin sismik dalgalar biçiminde açığa çıkması olarak tanımlanabilir. Sözü edilen enerjiler yerçekim enerjisi, kinetik enerji, kimyasal enerji ya da esnek biçim değiştirme enerjisi olabilir.

Fay Bölgeleri ve Deprem ilişkisi

Kuramsal olarak potansiyel enerji, gerilim etkisinde kalan, esnek biçim değiştirme özelliği olan, kayaçlarda gerilim enerjisi olarak birikmektedir ve bu gerilim enerjisi herhangi bir nedenle’ kayaçların esnek biçim değiştirme sınırlarını aştığında kırılan kayaçlar kayma ve yer değiştirmeye uğrarlar. Bu kayma ve yer değiştirme olayları, yeryüzünde birtakım fay bölgeleri (kırık bölgeler) oluştururlar. Bu nedenle, bir bölgede oluşan depremlere aynı bölgede oluşan fay bölgeleri arasında çok yakın bir ilişki vardır. Sözü edilen dört tip enerjiden yalnız esnek biçim değiştirme enerjisi yerkürenin büyük depremlerine neden olabilecek miktarda açığa çıkabilir. Böyle bir enerjinin yavaş yavaş biriktiği ve sonra açığa çıktığı Kaliforniya’daki San Andreas Fayı’nda yapılan gözlemler sonunda görüldü. Reid, depremlerle ilgili olarak oluşan fayları “esnek kırılma” kuramıyla (elastic rebaund) açıkladı. Bu kurama göre fay oluşumu öncesi fayın her iki yanında çok yavaş esnek biçim değişir ve esnek olmayan kayaçlar içinde potansiyel enerji, gerilim enerjisi olarak birikir.

Depremin Oluşumu

Gerilme kuvvetlerinin zaman içinde artan etkisine karşı koyamayan kayaç aniden kırılarak enerjinin açığa çıkmasına ve sonuçta fayın oluşmasına neden olur. Doğal olarak açığa çıkan enerji deprem dalgalan olarak yöreye dağılır. Depremlerin birçoğu esnek biçim değiştirme özelliği olan kayaçların bulunduğu yeryuvarının kabuğunda oluşur. Ancak, depremler kabuğun altında bulunan ve manto adını alan bölgenin üst kesimlerinde de oluşur. Burada bulunan kütlelerin çoğunluğu sönümlü biçim değiştirme özelliği olan katı olmayan biçimdedir ve bu bölgedeki kütleler yavaş yavaş akar. Bunun sonucu olarak bu bölgelerde enerji birikimi olmamakta, dolayısıyla yukarıda sözü edilen kuram bu ortamlarda oluşan depremleri açıklayamamaktadır. Kabuk içinde oluşan tektonik biçim değişikliklerinin deneninin, Holmes madde akımlarına (konveksiyon akımları) bağladı.

Daryoaktivite nedeniyle yerküre içinde oluşan yüksek ısı sonucu yoğunluğu azalan maddeler, yukarıya doğru yükselip soğuyarak yanlara doğru genişler, daha sonra da soğuma sonucu yoğunluğu arttığından yeniden mantonun derinliklerine dalar. Yukarı doğru hareket eden madde akımlarının yükselme noktalarının görüldüğü yerküre üzerinde gerilmeler oluşur ve daha sonra dakara kütleleri bu yerlerden kırılarak levhaları oluşturur. Bu açıklamanın ışığı altında madde akımlarının yükseldiği yerlerde okyanus ortası sırtlar ve madde akımlarının yeniden manto içine daldığı yerlerde yitme bölgeleri görülür. Bir yitme bölgesinde aşağı doğru manto içine dalan levha kayaçları öncelikle esnek biçim değişimine uğrar ve daha sonra da birdenbire kırılıp parçalanır. Bu biçim değiştirme anında açığa çıkan enerjiyse depremleri oluşturur.

Depremin Enerjisi

Çok büyük bir deprem anında açığa çıkan enerjinin büyüklüğü 1024 erg dolayındadır. Bu enerjinin bir atom bombası patlaması sonunda açığa çıkan enerjinin 100 bin ve bir hidrojen bombası patlaması sonucu açığa çıkan enerjinin de 100 ile 1000 katı olduğu düşünülecek olursak büyük bir deprem konusunda iyi bir fikir edinilebilir. Bir yıl boyunca tüm yerkürede oluşan depremlerden açığa çıkan enerjilerin % 85’i sığ depremlere aittir ve bu enerjinin % 80’i Büyük Okyanus kuşağında oluşan depremlerle açığa çıkar.

Yerkürenin volkanik bölgelerinde volkanik olaylara bağlı depremler de görülür. Bu tip depremlerde açığa çıkan enerjinin kaynağı, kimyasal ya da yanardağın altında bulunan mağma kütle hareketinin birden durmasıyla oluşan kinetik enerji olabilir. Bundan başka gaz basıncının çok artması da bu tür depremlerin oluş nedenlerindendir. Genel olarak volkanik aktivite sonucu olan depremlerin hemen hemen hepsi küçük şiddettedir ve yakın bölgeye yerleştirilen aygıtlarla kaydedilebilirler. Bununla birlikte, istisna olarak, birkaç büyük depremin olduğunu da belirtmek gerekir. Örneğin 12 Ocak 1914’te Japonya’da Sakurajima’nın büyük patlamasından birkaç saat sonra oluşan deprem, yakında bulunan evleri hasara uğrattı ve bu deprem Avrupa’ daki deprem istasyonlarında da kaydedildi.

Yerçekimi Enerjisine Bağlı Depremler

Buraya kadar sözü edilenlerin dışında yerçekim (gravite) potansiyel enerjisinin açığa çıkmasıyla oluşan depremler de vardır. Örneğin, yeryüzüne yakın mağaraların çökmesinden ve toprak kaymasından ileri gelen depremlerin nedeni, yerçekim enerjisine bağlı depremler sınıfından sayılır. İmamura ve öteki Japon deprembilimcileri bazı depremleri izleyen ve çok büyük deniz dalgalarından oluşan denizlerden karalara vuran ve tsunami adı verilen olayı çok geniş bir biçimde incelediler. Tsunamilerin oluş nedeni, deniz içinde büyük su kütlelerini ani olarak yükseltmeye ya da alçaltmaya yetecek şiddette bir depremden ya da denizaltı toprak kaymasından ileri gelebilir. Böyle oluşan deniz dalgalarının yüksekliği bazı koylarda 20-30 m’ye çıkabilmektedir.

Deprem konusunda bir fikir edinmek için o depremin kayıtlarının (sismogramların) değerlendirilmesinin yapılması gerekir. Bu amaçla araştırmacılar ilk önce elastik bir ortamda dalga hareketinin kuramım ortaya koydular. Bu kurama göre, elastik bir ortamda bulunan bir noktada elastik denge bozulacak olursa bu noktadan iki türlü elastik dalganın yayıldığı görülür. Birbirinden farklı olan bu iki dalganın yayılma hızları da farklıdır. Bu dalgaların birinci tipine hacim değiştirme (dilatasyon) dalgası denmekte ve bu dalga içinden geçtiği ortamın sıkışma ve açılmasına neden olur. Sonuçta hacim değişikliği oluşur. Bu dalgalar “boyuna” (lönjitüdinal) dalgalardır, ikinci tip dalgalar ise “kayma” dalgalarıdır. Bu dalga geçtiği ortamda biçim değişimine neden olur, ancak hacim değiştirme dalgalarında olduğu gibi hacim değişikliğine neden olmaz. Bu dalgalar “enine” (transversal) dalga türündendirler.

Deprem Kayıtlarında P ve S Dalgaları

Bir deprem kaydı üzerinde bu iki dalga türünü görmek olanaklıdır. Deprem kaydı üzerinde görülen ilk dalgalar “P” dalgaları, ikinci grupta gelenler ise “S” dalgaları diye adlandırılır. Yerkürenin içi hakkında doğrudan doğruya gözlem yapmak belirli bir derinliğe kadar olanaklıdır. Günümüze kadar açılan sondaj kuyularının en derini 8 km dolayındadır. Yerkürenin yarıçapı 6.370 km olduğuna göre, 8 km’ lik bir kesimde yapılan ölçülerin yerkürenin iç yapısı konusunda bilgi edinmeye yetmeyeceği açıktır.

Yerkürenin iç yapısı konusunda en önemli bilgi kaynağımızı gene depremler oluşturur. Bir gözlemevinde kaydedilen deprem dalgalarının saptanan başlıca özellikleri, dalganın gözlemevine geldiği anla dalganın frekansı ve genliğidir. 1909’da oluşan bir depremin kaydını inceleyen Mohorovicic, birbirinden farklı zamanlarda gelip kaydedilmiş iki ayrı enine dalga görünce bunlardan ikincisinin yeryüzüne yakın bir sınırdan yansıyıp geldiğini ve bu derinliğin 40 km olduğunu ileri sürdü. Yerkürenin 35-40 km kalınlığındaki bu üst bölümüne o zamandan bu yana “kabuk” denildi.

Deprem dalgalarını kaydeden çok duyarlı aygıtların gelişmesinden sonra, büyük bir depremden oluşan deprem dalgalarını deprem merkezinden 105°’ ye kadar çok iyi izlendiği, ancak 105-142°’den sonra yeniden büyük genlikli dalgalar biçiminde kaydedildikleri izlendi. Bu olay yerkürenin belli bir derinliğinde dalga hızının aniden azalmasıyla açıklandı ve 1912’de Gutenberg 2.900 km derinlikte böyle bir süreksizlik bölgesinin olduğunu buldu.

Yerkabuğu İnceleniyor

Daha sonraları Jeffreys de aynı sonucu daha çok deprem kaydını inceleyerek elde etti. Böylece, kabuğun altında 2.900 km derinliğe kadar olan bölgeye manto adı verildi. Bu bölgenin hem boyuna hem de enine geçirdiği ancak daha derin bölgeninse yalnızca boyuna dalgaları geçirdiği izlendi. Bu sonuçtan, yerkürenin 2.900 km’den başlayarak sıvı yapıda bir dış çekirdeğe sahip olduğu ve bu otamın 5.120 km’ye kadar sürdüğü saptandı. Bu derinlikten sonra da bir iç çekirdeğin olduğu, 105-142°’ler arasında bazı deprem dalgalarının kaydedilmesinden anlaşıldı.

Deprem dalgalarının yerküre üzerinde bulunan birçok gözlemevince kaydedilmesiyle boyuna ve enine dalgaların hızlarının yerküre içinde nasıl değiştiği ve buna bağlı olarak da bu hızların herhangi bir derinlikteki değeri saptanabilmektedir. Yoğunluğun derinlikle nasıl değiştiğini deprem dalga hızlarının değerlerinden yararlanarak Bullen saptadı.

Deprem dalgalarından yararlanarak yerkürenin iç yapısı konusunda elde edilen bilgilerin yanı sıra deprem dalgalarından yararlanarak dolayı yolla yerküre içinde sıcaklığın derinlikle artışı konusunda da bilgi edinilebilir. Bir depremin oluşumundan sonra yeryüzü biçiminin nasıl değiştiği, oluşan kırıkların ne kadar uzunlukta olduğu, yol, köprü, baraj, bina ve benzeri yapıların hasar derecelerinin saptanması, yapılması gereken ilk ve önemli gözlemlerindendir. Bir depremin şiddeti, sözü edilen ortam ve yapılarda görülen değişmelerin bir ölçüsü olarak tanımlanır. 1857 depreminde ilk kez hasar gören bölgenin haritasını çizen ve hasar durumuna göre dört bölüme ayıran Mallet oldu. Bu yöntem eskiden büyük depremlerin ana merkezlerinin kaba olarak saptanmasında kullanıldı.