भूकंप मार्गदर्शक सूचना क्र. २
भूकंप लहरी : भूकंपामुळे भूगर्भीय ताणतणावांमुळे उत्सर्जित झालेली ऊर्जा भूगर्भाच्या अंतर्पृष्ठावरून परावर्तित किंवा वक्रीभवन होऊन भूकंप लहरींच्या स्वरूपात भूस्तरांमार्फत अनेक दिशांना पसरते. या लहरी दोन प्रकारच्या असतात. काया तरंग (Body Waves) किंवा काया लहरी आणि पृष्ठीय लहरी (Surface Waves), त्यांपैकी पृष्ठीय लहरी या प्रामुख्याने भूपृष्ठालगतच मर्यादित राहतात (आकृती १).
काया लहरींच्या मध्ये आणखी दोन प्रकारच्या लहरी समाविष्ट असतात. त्यांना प्राथमिक लहरी (Primary Waves) किंवा P तरंग आणि दुय्यम लहरी (Secondary Waves) किंवा S तरंग या नावाने ओळखले जाते. पृष्ठ तरंगांमध्ये लव्ह तरंग (Love Waves) किंवा L (लव्ह) लहरी आणि रॅले लहरी (Rayleigh waves) यांचा समावेश होतो. P लहरींमध्ये पृथ्वीच्या अंतरंगातील पदार्थांच्या कणांची ऊर्जेच्या प्रवाहाच्या दिशेने संकुचित (संपीडित किंवा Compressional) आणि प्रसरण (अनुवर्धित किंवा Extensional) विकृती (Strain) किंवा तणावपूर्ण प्रक्रिया निर्माण होते. परंतु S लहरींमध्ये ऊर्जेच्या प्रवाहाच्या काटकोनीय दिशेने हे कण कंप पावतात (आकृती २).
आ. २. (अ) व (आ). कायातरंगांमुळे आणि पृष्ठतरंगांमुळे निर्माण होणाऱ्या हालचाली.
L लहरींमुळे S लहरींप्रमाणेच भूपृष्ठीय हालचाली निर्माण होतात. मात्र त्यात उर्ध्व दिशेच्या घटाकांचा समावेश नसतो. रॅले लहरींमुळे द्रव्यातील कण दीर्घलंबवर्तुळाकार गतीमध्ये ऊर्ध्व समपातळीत कंप पावतात (यात ऊर्जावहनाच्या क्षितीज रेषेतील गतीचा देखील समावेश होतो). P लहरी सर्वाधिक गतिमान असून त्या खालोखाल S, लव्ह आणि रॅले लहरींची गती असते. उदा., ग्रॅनाईटमध्ये, P आणि S लहरींची गती अनुक्रमे अंदाजे ४.८ किमी./सेकंद आणि ३.० किमी./सेकंद इतकी असते. S लहरींचे द्रव्य पदार्थांमधून वहन होऊ शकत नाही. परंतु S लहरी, लव्ह लहरींच्या एकाचवेळी होणाऱ्या ऊर्ध्व आणि क्षितीज दिशेतील हालचालींसह इमारतींना जास्तीत जास्त विध्वंसकारक क्षति करतात. जेव्हा P आणि S लहरी जमिनीच्या पृष्ठभागापर्यंत पोहोचतात, तेव्हा त्यांच्यातील बहुतांशी ऊर्जा उलट परावर्तित होते. यांपैकी काही ऊर्जा पुन्हा जमिनीखालील माती किंवा खडकांच्या विविध स्तरांवरून भूपृष्ठाकडे परावर्तित होते. भूकंपाच्या कंपनांची तीव्रता जमिनीच्या पृष्ठभागाजवळ त्याखालील भूकवचाच्या खोलीपेक्षा अधिक तीव्र किंवा जवळपास दुप्पट असते. इमारतींच्या संरचनांचे बांधकाम करताना ह्या गोष्टीचा मोठा आधार होतो.
भूकंप मापक उपकरणे : भूकंपमापक उपकरणाचे प्रामुख्याने तीन भाग पडतात. संवेदक (Sensor), आलेखक (Recorder) आणि कालमापक (Timer). हे उपकरण अत्यंत साध्या तत्त्वावर आधारित असून जुन्या पद्धतीच्या भूकंपआलेख उपकरणात मोठ्या प्रमाणावर वापरण्यात येत असे (आकृती ३) या उपकरणामध्ये एका ठराविक दोलनीय गतीने फिरणाऱ्या पिंपाच्या पृष्ठभागावरील आलेख कागदावर (एका कंपन पावणाऱ्या लंबकांच्या टोकावर जोडलेल्या) लेखणीच्या साहाय्याने भूकंप लहरींची नोंद केली जाते. तारेच्या भोवती जोडलेले लोहचुंबक आवश्यक संदमन (Damping) निर्माण करते, त्यामुळे निर्माण होणाऱ्या आंदोलनांचा परमप्रसर (Amptitude) कमी होण्यास मदत होते. लंबकाचे वजन, त्याचा धागा, लोहचुंबक आणि आधारासाठी असलेली चौकट (Frame) या सर्वांचा संवेदकामध्ये समावेश हातो. गोलाकार फिरणारा पिंप, लेखणी आणि आलेख कागद एकत्रितपणे भूकंपाची नोंदणी करण्याचे काम करतात आणि ठराविक पद्धतीने पिंपास दोलनीय गती देणाऱ्या मोटरचा कालमापक म्हणून वापर होतो.
भूकंपादरम्यान काटकोनातील दोन क्षितीज दिशांकडून येणाऱ्या लहरींचे मोजमाप करण्यासाठी प्रत्येकी एक अशा दोन यंत्रणांची गरज भासते. अर्थातच, भूकंपामुळे निर्माण होणाऱ्या ऊर्ध्व कंपनांचे मोजमाप करण्यासाठी तारेचा लोलक न वापरता एका आधारावर हेलकावे खाणाऱ्या स्प्रिंग लोलकाचा वापर केला जातो (आकृती ४). काही प्रकारच्या उपकरणांमध्ये केवळ भूकंपलहरींचा अधिकतम आंदोलनविस्तार मोजला जातो; त्यांना भूकंपदर्शक यंत्र (Seismoscope) असे म्हणतात.
आ. ४. नमुनेदाखल नोंदविण्यात आलेले काही त्वरणतरंग : (अ) १९८५ चा मेक्सिको भूकंप (SCT 1A; उ. ९० पू.), (आ) १९४० चा इम्पिरीअल व्हॅली भूकंप (एल् सेंट्रो; द ०० पू.), (इ) १९७१चा सॅन फर्नांडो भूकंप (पॅकोमा धरण; उ. ७६ प.), (ई) १९९१ चा उत्तरकाशी भूकंप (उत्तरकाशी; उ. ७५ पू.)
या जुन्याकाळच्या सदृश (Analog) पद्धतींच्या उपकरणांच्या तुलनेत अलिकडच्या काळात संगणकीय तंत्राच्या साहाय्याने अंकीय (Digital) उपकरणे वापरली जात आहेत. अशा उपकरणांमध्ये भूकंपलहरी या उपकरणांमध्येच समाविष्ट असलेल्या सूक्ष्मप्रक्रियकात (Microprocessor) साठविल्या जातात.
तीव्र भूकंप लहरी : भूगर्भातील होणाऱ्या हालचालींमुळे भूकंप कसे होतात ते आपण पाहिले. भूकंपीय लहरींचा प्रत्येकवेळी आंदोलन परमप्रसर आणि ऊर्जेची पातळी देखील वेगवेगळी असते. म्हणजेच भूपृष्ठावर कुठल्याही ठिकाणी भूकंपलहरींचे स्वरूप अनिश्चित असते.
एका विशिष्ट ठिकाणी त्यापासून दूर अंतरावर घडून येणाऱ्या भूकंपामुळे सौम्य हालचाली (लहरी) निर्माण होतात, ज्यामुळे इमारतींना कुठल्याही प्रकारचे नुकसान होत नाही किंवा मनुष्याला त्यांची जाणीव देखील होत नाही. पण अतिशय संवेदनशील उपकरणांद्वारे त्यांची नोंद घेतली जाते. याउलट स्थापत्य अभियांत्रिकीच्या दृष्टीने तीव्र भूकंप लहरींमुळे इमारतींचे अधिक नुकसान होते आणि म्हणून त्यांचा अधिक अभ्यास करणे महत्त्वाचे ठरते.
तीव्र भूकंप लहरींची वैशिष्ट्ये : भूकंपामुळे भूपृष्ठाची होणारी हालचाल तीन माध्यमांमधून मोजता येते. उदा., जमिनीचे भूकंपादरम्यान विस्थापन, तिचा वेग आणि त्वरण इत्यादी. जमिनीवरील एखाद्या ठिकाणी भूकंपामुळे जमिनीच्या त्वरणामध्ये वेळेनुसार होणाऱ्या बदलास त्वरणतरंग (Accelerogram) असे संबोधतात. या त्वरणतरंगाची वैशिष्ट्ये (आकृती ४) त्याच्या उगम स्थळाजवळ उत्सर्जित होणारी ऊर्जा, प्रस्तरभंगाचा प्रकार, प्रस्तरभंगापासून ते त्याच्यावरील भूपृष्ठापर्यंतची भूगर्भीय वैशिष्ट्ये, तेथील स्थानिक मृदेचा प्रकार (आकृती १) इ. अनेक बाबींवर अवलंबून असतात. त्वरणतरंगांमुळे भूकंप लहरी, त्यांचा कमाल आंदोलन परमप्रसर (Peak Amplitude), लहरींचा कालावधी ( Duration of Shaking), धारणाशक्ती (Frequency Content) तसेच उर्जेचे प्रमाण (Energy Content) इ. अनेक बाबींची माहिती मिळते.
जमिनीचे उच्चतम भूत्वरण म्हणजेच भूकंपामुळे जमिनीमध्ये निर्माण होणारे अधिकतम त्वरण होय. थोडक्यात क्षितीज दिशेतील उच्चतम भूत्वरण ०.६g (०.६g = पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या ०.६ पट) म्हणजेच भूकंपाच्या हालचालीमुळे एखाद्या बांधकामामध्ये त्या इमारतीच्या वजनाच्या ६०% इतके कमाल क्षितीज बल निर्माण होईल असे दर्शविते. ज्यावेळी एखादी इमारत अतिशय दृढ (Rigid) असते. त्यावेळी त्यातील सर्व बिंदू भूकवचासह एकाच प्रमाणात हलतात आणि म्हणून एक सारखेच कमाल उच्चतम त्वरण अनुभवतात. क्षितीज दिशेतील उच्चतम त्वरणाची १.० पेक्षा अधिक मूल्यांची नोंद प्रथमत: अमेरिकेतील कॅलिफोर्नियामधील नॉर्थरिज् येथील भूकंपाच्या वेळी १९९४ मध्ये घेतली गेली. साधारणपणे तीव्र लहरींच्या मध्ये समावेश असलेल्या उल्लेखनीय ऊर्जेची वारंवारिता ०.०३ ते ३० हर्टझ् (म्हणजेच, आवर्तने प्रति सेकंद या दरम्यान असते.)
काटकोनातील दोन क्षितीज दिशांचा उच्चतम परमप्रसर हा समान असतो. तथापि, ऊर्ध्व दिशेतील उच्चतम परमप्रसर हा क्षितीज दिशेतील उच्चतम परमप्रसरापेक्षा कमी असतो. इमारत बांधकामाच्या मानकानुसार संकल्पित ऊर्ध्वत्वरण (Design Vertical Acceleration) हे क्षितीज त्वरणाच्या (Design Horizontal Acceleration) १/२ किंवा २/३ इतके गृहित धरले जाते. याच्याविरुद्ध म्हणजेच प्रस्तरभंगाच्या जवळपासच्या भागात क्षितीज आणि ऊर्ध्व उच्चतम त्वरणांच्या मूल्यांमध्ये असा परस्पर संबंध नसतो.
संदर्भ :
- IITK-BMTPC, भूकंपमार्गदर्शक सूचना क्र. २.
