Tuesday, August 2, 2022

Deprem Gözlemleri - Kayıtları

Neler Öğreneceğiz?

Depremle İlgili Temel Kavramlar
Deprem Verisinin Seçimi

İlgi Oluşturan Sorular

Deprem Nedir ve Nasıl Açıklanır?
Sismik Dalga ve Sismogram Nedir?
Depremin Yeri Nedir?
Deprem Dalga Aralıkları Nedir?
Deprem Sismogramları Nasıl Seçilir?
Deprem Uzaklığı Nasıl Belirlenir?
Richter Magnitüd Nedir?
Sismik Moment Magnitüd Nedir?
Richter Nomogramı Nedir?
Richter Magnitüd Nasıl Belirlenir?
Deprem Verileri Nasıl Seçilir?

Anahtar Kavramlar

Deprem, Elastik Dalga, Sismogram, Sismik Magnitüd, Rihter Nomogramı, Deprem Verisi, Depremin Yeri, Depremin Uzaklığı

Depremle İlgili Temel Kavramlar

Depremlerin temeli, yerin içinde biriken enerjinin aniden boşalmasıyla oluşur. Bu enerji, uzun bir zaman zarfında farklı gerilmeli jeofizik kuvvetlerin etkisiyle birikir. Depremlerin büyük bir bölümü, yerin üst kısmında yaklaşık 30 km'lik derinlikte bulunan kırılgan ve deprem üretebilen sismik kabukta meydana gelir. Burada biriken gerilme, fayın direncini aşacak düzeye ulaştığında deprem oluşur. Bu durumda deprem, gerilen kırık boyunca bir tarafın diğer tarafa göre hızlı bir şekilde hareket etmesiyle meydana gelir. Bu ani hareket veya kırılma, deprem dalgaları olarak adlandırılan cisim dalgalarını oluşturur. Bu sismik dalgalar, kaynağın merkez aldığı noktadan başlayarak yerin tamamına yayılır ve deprem olarak nitelendirdiğimiz yer hareketini oluşturur.

Şekil 1: İÜ Teknokent Deprem

Laboratuvarı deprem sismometreleri.

Dünya genelinde her yıl binlerce hissedilen büyük deprem meydana gelmektedir. Ancak, daha hassas olan sismograf adlı cihazlar sayesinde kaydedilen depremlerin sayısı bir milyonu aşmaktadır. Kuvvetli deprem dalgaları büyük mesafelere yayılır ve yerleşim alanlarında yapılaşma ve yapı kalitesine bağlı olarak farklı büyüklükte yerel hasarlara neden olabilirler. Depremlerin oluşumu ve etkileri, bilim insanları tarafından sürekli olarak araştırılmakta ve izlenmektedir (Şekil 1).

ismik dalgalar, depremle açığa çıkan enerjinin yerin diğer noktalarına transfer olması anlamına gelir. Farklı tipte dalgalar olsa da iki temel dalga tipi vardır: P (Primary) ve S (Secondary) dalgaları.

Şekil 2, bir depremde kaydedilen
sismogramı göstermektedir.

P dalgaları ses dalgalarına benzer ve sismik kayıtçılara ilk varan, yani erken uyarı amaçlı kullanılabilen birincil deprem dalgalarıdır. S dalgaları ise kesme dalgalarıdır ve tahribata neden olabilir, bu nedenle risk oluşturabilir. Yerin içinde, P dalgaları her yerde (katı ve sıvılarda) yayılırken, S dalgaları yalnızca katı ortamlarda yayılabilir. Dolayısıyla, sıvı ortamlarda ikincisi olan S dalgaları gözlenemez. Bir depremde kaydedilen sismogramı göstermektedir. Sismogramda yer alan önemli öğeler şunlardır (Şekil 2):

P-dalgası varış zamanı (P-wave arrival time)
S-dalgası varış zamanı (S-wave arrival time)
Genlik (Amplitude)
S-P Dalga aralığı (S-P Interval)
Zaman birimi saniye (Time in seconds)

Şekil 2'de verilen sismogram, depremde meydana gelen farklı dalgaların varış sürelerini ve genliklerini gösterir. P-dalgası varış zamanı, S-dalgası varış zamanı ve S-P Dalga aralığı gibi ölçümler, depremin karakteristiklerini anlamak ve deprem biliminde önemli veriler elde etmek için kullanılır.

Deprem dalgalarının hızı sabit değildir ve birçok faktöre bağlı olarak değişir. Sismik dalgaların hızı, derinlik, sıcaklık ve kaya türü gibi faktörlere bağlı olarak büyük ölçüde değişir. P-dalgaları genellikle 6 ve 13 km/saniye hızla yayılırken, S-dalgaları daha yavaş ve genellikle 3.5-7.5 km/saniye hızla yayılır. Sismogramlar, gerçek deprem dalgalarının kaydedilen hali olarak ifade edilir ve Şekil 2'de basitleştirilmiş bir sismogram örneği gösterilir. P ve S dalgaları, farklı tabakalardan yansır veya kırılırken sismik dalgaların farklı fazlarını üretir. Bu nedenle, sismogramlar karmaşık ve çeşitli dalga formlarını içerir. Daha gerçekçi sismogramlar, kayıtlar üzerinde incelenirken bu etkileşimler göz önünde bulundurulur. Depremin yeri belirlemek için üç farklı istasyonda kaydedilen sismogramlar incelenir. Bu sismogramlar üzerinde S-P zaman aralığı, kaynağın istasyona olan uzaklığının ölçülmesinde kullanılır. S-P aralığı, genellikle saniye cinsinden ölçülür ve deprem episantrının gerçek konumunu belirlemek için kullanılır. Episantral uzaklık, sismik dalgaların istasyona olan uzaklığını ifade eder ve bu uzaklıkla üç istasyon arasındaki açılar belirlenir. Bu şekilde, depremin yerinin tahmini yapılabilir.

Şekil 3. San Fransisko bölgesindeki
deprem istasyonlarının
dağılımını göstermektedir.

Depremin S-P (Ses dalgası - Kesme dalgası) aralıkları, bir depremin episantral mesafesini belirlemek için kullanılan bir ölçüttür. Sismik kayıt istasyonlarının en az üç farklı istasyona ait sismogramları üzerinde P (Birincil) ve S (İkincil) dalgalarının varış zamanları arasındaki zaman aralığı ölçülmelidir. Bu aralık, en yakın saniye cinsinden ölçülmeli ve bir grafik kullanılarak S-P uzaklığına dönüştürülmelidir. Örnek sismogramda düşey çizgiler 2 saniyelik aralıklara sahiptir ve SP aralığı 36 saniyedir. Her bir sismogramdan okunan S-P zaman aralığı sismogramların altına yazılmıştır.Deprem sismogramları seçmek için her bir istasyona ait üç sismogram kullanılır (Şekil 4). Her sismogramdan okunan S-P zaman aralığı sismogramın altına yazılır.

Şekil 4A. İlk varış zamanı 50 sn
ve Maksimum genlik 270 mm.

Şekil 5. İlk varış zamanı 72 sn ve
Maksimum genlik 60 mm.

Şekil 6. İlk varış zamanı 64 sn ve
maksimum genlik 100 mm.

Şekil 7. Deprem dalgalarının ve birbirleriyle olan farklarının zamanla değişimi.
S-P farklarından depremin kayıt edildiği istasyona olan uzaklıklar bulunur.

Şekil 8. Deprem dalgaları arasında ki zaman olarak gecikme
farkının uzaklıkla ilişkisi.
Depremin oluş yeri ve depremin kayıt edildiği
istasyonlar arasında ki uzaklık Deprem Dalgalarının
Varış Zamanları arasında ki farktan bulunur.

Şekil 9. Deprem uzaklıklarına göre istasyonlardan
çizilen dairelerle bulunan depremin dış merkezi.
Üç istasyonun kesişme noktası depremin dış merkezi (epicenter)
olarak bulunur.

epremin uzaklığını belirlemek için S ve P dalgalarının bilinen seyahat zamanları kullanılır. Sağda bulunan grafiğe bakarak uzaklık hesaplaması yapabiliriz (Şekil 4). Grafikte üç eğri bulunur: En üstte S dalgasının uzaklığa göre seyahat zamanını gösteren eğri, ortada P dalgasının uzaklığa göre seyahat zamanını gösteren eğri ve en altta S ve P dalgaları arasındaki seyahat zaman farkının uzaklık değişimini gösteren eğri yer alır. Örnek olarak, S dalgası 300 km'lik bir mesafeyi yaklaşık 70 saniyede alıyor. Şimdi uygulama için P dalgasının aynı mesafeyi kaç saniyede alacağını hesaplayalım. Bu bilgi, daha sonra uzaklığın belirlenmesi için S-P eğrisine ihtiyaç duyulacağı diğer adımlar için yeterli olacaktır. Uzaklığın belirlenmesinde S-P aralıkları kullanılır. Verilen S-P eğrisinden, üç sismograma ait zaman değerlerini kullanarak (tabloyla gösterilen şekilde) S-P zaman aralıkları belirlenir. Grafikteki yatay dilim aralıkları bir saniyedir. Bu bilgilerle depremin episantral uzaklığı daha hassas bir şekilde hesaplanabilir.

Tablo 1.İstasyona S-P ve uzaklık değerleri.

Deprem İstasyonu	S-P Farkları	Episantr Uzaklığı
Eureka, CA	49 sec	478 km
Elko, NV	72 sec	703 km
Las Vegas, NV	64 sec	623 km

ichter Magnitüd Nedir? Richter Magnitüdü, bir depremin büyüklüğünü belirlemek için kullanılan bir ölçektir. Depremin büyüklüğü, hasarın maliyeti, deprem fay kırığının uzunluğu ve yer salınımının miktarı gibi çeşitli faktörlere göre göreceli olarak tahmin edilebilir. Ancak bu tür tahminler, bazı potansiyel problemlere neden olabilir. Örneğin, uzak bir bölgede meydana gelen büyük bir depremin neden olduğu hasarın maliyeti, yoğun nüfusa sahip bir bölgede orta büyüklükteki bir depremin neden olduğu hasardan daha az olabilir. Ayrıca, hasarın derecesi yapıların kalitesine bağlı olarak da değişebilir.

Deprem büyüklüklerini karşılaştırmak için ünlü bir deprem ölçeği olan "Richter Magnitüd Ölçeği" kullanılır. Bu ölçek, 1935 yılında Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü'nden Dr. C.F. Richter tarafından sismoloji bilimine sunulmuştur. Bir depremin Richter magnitüdü, fayın kırılmasında boşalan toplam enerji miktarının bir tahminidir. İnsanların hissedebileceği deprem büyüklüğü yaklaşık olarak 3'ten başlar ve yeryüzünde olabilecek en büyük deprem magnitüdü yaklaşık olarak 8'dir. Richter magnitüdünün üst ve alt limiti olmamakla birlikte, Richter magnitüdüne göre 9'dan daha büyük depremlerin oluşması mümkün değildir.

En hassas sismograflar, yaklaşık olarak 2 büyüklüğündeki depremleri bile kayıt edebilir ki bu da yerde attığımız adımla açığa çıkan enerji miktarına denktir.

ismik Moment Magnitüdü Nedir? Sismik Moment Magnitüdü, bir depremin gerçek büyüklüğünü ifade eden bir ölçektir. Bu büyüklük, depremde açığa çıkan enerji miktarı ve kayaçların dayanımıyla ilişkilidir ve "Mo = μAD" formülü ile hesaplanır. Burada Mo, depremin momenti olarak adlandırılır ve μ kayaç dayanımı ile ilişkilidir. A, kırılma alanının büyüklüğü ve D ise yer değiştirme miktarıyla ilişkilidir. Örnek olarak, 3x1011 dyne/cm² bir dayanıma, 100 cm x 100 cm bir kırılma alanına ve 0.01 cm bir yer değiştirmeye sahip bir deprem varsayalım. Bu durumda, moment büyüklüğü Mo 3x1013 dyne-cm olarak hesaplanır. Bu moment değeri, Mw ≈ 2/3(log10Mo – 16.0) formülü ile moment magnitüd değerine dönüştürülür ve Mw ≈ -1.7'ye karşılık gelir. Benzer şekilde, 100 m x 100 m bir kırılma alanına ve 0.1 cm bir yer değiştirmeye sahip bir depremin büyüklüğü yaklaşık olarak Mw ≈ 0.3 olarak hesaplanır.

Şekil 10. Maksimum genliği oku. 190 mm.

Eğer kırılma sahası 1 km² ve 1 cm yer değiştirmeye sahip bir deprem meydana gelirse, bu kırılmaya karşılık gelen deprem büyüklüğü Mw ≈ 3.4 olarak bulunur. Eğer kırılma sahası 5 km² ve 2 cm yer değiştirmeye sahipse, moment magnitüd Mw ≈ 4.0 gibi bir hissedilir depreme karşılık gelir. Bu çalışmada, depremin büyüklüğü deprem dalga genliklerinden hesaplandığı şekliyle açıklanacaktır.

ichter magnitüdünün grafik yöntemiyle belirlenmesi sismogramlar üzerinden yapılır. İki ölçüm gerekir: S-P zaman aralığı ve sismik dalgaların maksimum genliği. S-P zaman aralığının nasıl ölçüldüğünden daha önce bahsedilmişti. S dalgasının maksimum genliği ise aşağıdaki Şekil 10’da gösterilecektir. Yatay dilim çizgileri 10 mm aralıklarla değişir. Bu örnekte, maksimum genlik yaklaşık olarak 185 mm'dir.

Şekil 11. İstasyona Depremin
Uzaklığı ve Deprem Genliği
Arasında ki İlişki.

Richter Nomogramı Nedir? Richter Nomogramı, S-P aralığı, ölçülen genlik ve Richter magnitüdü arasındaki ilişkiyi basitleştiren bir işlemdir (Şekil 12). Şekil 12'de noktalı çizgi, standart Richter depremini temsil eder. Bu standart deprem, 100 km uzaklıktadır ve sismogram üzerinde 1 mm'lik bir genlik üretir, bu durumda 3 büyüklüğünde bir deprem olarak belirlenir. Diğer depremlerin büyüklüğünün bu standartla belirlenmesi mümkündür. Örneğin, 100 km uzaklıkta 4 büyüklüğünde bir deprem, 10 mm’lik bir genlik üretir ve 5 büyüklüğünde bir deprem 100 mm’lik genliğe sahip olur. 1, 10 ve 100 10'un kuvvetleridir ve bu nedenle Richter Ölçeğine üstel denir. Magnitütteki bir birimlik değişme (örneğin 4'ten 5'e) maksimum genliği 10'un bir faktörü olarak artırır. Bu şekilde, Richter Nomogramı sayesinde depremlerin büyüklüğü hızlıca tahmin edilebilir.

Şekil 12. S dalga genlikleri ve
Uzaklıklardan
deprem Büyüklüğünün bulunması.

Richter Magnitüd Nasıl Belirlenir? Şekil 3'teki üç depreme ait sismogramlar üzerinde S dalgasının maksimum genliğini ölçmeliyiz. Her bir sismogram için bir genlik ölçümü yapmak yeterlidir, ancak üç istasyonun her biri için genlik değerini ölçmeye dikkat etmeliyiz. Bu ölçümleri yaparak üç genlik değerini elde ederiz ve bu değerlerin ortalamasını alarak magnitüd değerini belirleriz. Böylece tahminimizin doğruluk olasılığı artar.

Deprem Magnitüdünün Ölçülmesi. Deprem Magnitüdünün Ölçülmesi, Şekil 12'de Richter nomogramı, verilen değerlerle üç çizgi ile kesişir. Bu diyagramı incelediğimizde, depremin Richter magnitüdünü belirlemek için kullandığımızda depremin magnitüdünün 7.1 olduğunu buluruz.

Deprem Verisinin Seçimi

Şekil 13. 1994-2014 yılları 4.5<M<6.0
meydana gelen uyarıcı depremler.

eprem Verileri Nasıl Seçilir? Ülkemizde deprem gözlemleri ve kayıt edilen verilere ulaşmak günümüzde kolaylaşmıştır. Bir örnek çalışmada, İstanbul (41.02 K ve 29.06 D) merkezi alınarak 1994-2014 yılları arasında 300 km yarıçaplı bir alan içindeki depremler incelenmiştir. Bu alan içinde Kandilli Deprem Rasathanesi web sitesinden 4.5<M<6.0 büyüklüğündeki depremler seçilmiştir. 20 yıllık süreçte bu kriterlere uyan 104 uyarıcı deprem tespit edilmiş ve bu da İstanbul'da yılda ortalama 5 uyarıcı deprem meydana geldiği anlamına gelmektedir.

Bu Bölümde Ne Öğrendik Özeti

Deprem Nedir ve Nasıl Belirlenir? Bu makalede, deprem kavramı ve depremlerin yeri ile uzaklığının nasıl belirlendiği üzerinde duruldu. Ayrıca gerçek deprem sinyalleri üzerinde genlik ve varış zamanı okumalarıyla ilgili örnekler verildi. Grafik yöntemi kullanarak depremlerin parametrelerini belirlemenin uygulamalı örnekleri sunuldu. Ayrıca ülkemizde toplanan deprem verileri hakkında bilgi verildi ve gözlemsel veri seçme süreci açıklandı.

Uygulamalar

Linki tıkla ve 2 Deprem Bölgesi Seç. İstenen parametreleri seç ve Deprem Sismoloğu Sertifikasını al ve bir kopyasını oncelacademy@gmail.com adresine gönder.

A. San Francisco area

B. Southern California

C. Japan region

D. Mexico

Uygulama Soruları