Ana sayfa Sorularla Bilim Deprem ve fay nedir, nasıl oluşur?

Deprem ve fay nedir, nasıl oluşur?

336
PAYLAŞ

Derleyen: Uğur Erözkan

Deprem, tarihöncesi çağlardan beri insanlığın korkulu rüyası olmuş bir doğa olayıdır. Her ne kadar bilim ve teknolojideki gelişmeler depremle ilgili birçok bilinmezi artık gün yüzüne çıkarmış olsa da; doğanın bu öldürücü tehdidi günümüzde kitlesel ölümlere yol açmaya devam ediyor. Depremin en çok korkulan doğa olaylarından biri olması, bu nedenle tesadüf değil.

Peki depremin nasıl oluştuğuna ilişkin ne kadar bilgi sahibiyiz? Kulaktan dolma bilgilerimizi bir kenara bırakacak olursak çok büyük bir çoğunluğumuz, çok sınırlı miktarda bilimsel bilgiye sahip. Haluk Eyidoğan, aşağıda aktardığımız, 50 Soruda Deprem (1) kitabındaki bölümde, oldukça anlaşılır ve öz bir şekilde deprem ve fay konusunda bizi bilgilendiriyor.

“Tektonik deprem (deprem) ve fay nedir, nasıl oluşur?
“Günümüzde, deprem konusundan söz edilirken genellikle ifade edilmeye çalışılan tektonik depremdir. (…) tektonik levhaların hareketlerinin yarattığı kuvvetler, levha sınırlarında ve yakın çevrelerinde yerkabuğunun şekil değiştirmesine ve dolayısıyla yerkabuğunun bu sınırlarında aşırı gerilme* birikimlerine yol açar. Bu gerilmeler kayaların dayanma gücünü aştığında, gerçekleşen sürtünmeli tektonik kırılma (tektonik faylanma), (Şekil 1), tektonik depremleri yaratır. Faylar tektonik hareketlerin yerkabuğunda oluşturduğu sıkışma, çekme veya makaslama kuvvetlerinin etkisiyle çeşitli şekillerde gelişir. Faylar, kendilerini oluşturan kuvvetin yönüne ve her yöndeki mutlak değerine bağlı olarak farklı hareket özellikleri kazanır.

Şekil 1. Esnek serbestlenme mekanizması(2) ışığında, esnek bir yerkabuğu parçasının, levha sınırlarında üretilen tektonik kuvvetler altında kırılması (faylanması) aşamaları. Levha sınırlarında ve fay kuşaklarında bu döngü jeolojik zaman dilimi içerisinde sürer ve depremlerin oluşmasına neden olur. Bu oluşum döngüseldir, ancak periyodik (aynı zaman aralıklı) değildir. 1) Deprem öncesi gerilme en az; 2) Deprem öncesi, gerilme en fazla; 3) Deprem anı, fay oluşur; 4) Deprem sonrası, gerilme tekrar en aza iner. 4. aşamanın sonundan bir süre sonra, yeniden 1. aşamanın başına gelinir ve diri fay kuşaklarında bu döngü sürer gider.(3) Dördüncü şekildeki taralı alan fay düzlemidir. Bu düzlemin yatay yöndeki uzunluğuna fay boyu (L), düşey yöndeki uzanımına ise fay genişliği (W) adı verilir. Fay boyu ile deprem büyüklüğü arasında Log L ile ilişkili doğrusal bir bağlantı vardır.

“Fayın tektonik gerilmeler etkisinde oluşumu 1910’da ilk kez Reid tarafından açıklanan “esnek serbestlenme (elastic rebound) mekanizması” ile tartışılmaya başlanmıştır.(43) O günden bu yana depremin oluş mekanizması, deprembilimin en çok tartışılan, gözlemler yapılan ve fiziksel modeller önerilen konusu olmuştur. Depremler çoğunlukla önceden var olan bir aktif fay tarafından üretilir.

“Tektonik depremler bilinen veya var olup da gözlenemeyen aktif fay kuşakları üzerinde, kesinliği tam olarak bilinemeyen çeşitli zaman aralıklarında yinelenir. Şekil 1’de gösterilen dört aşamalı faylanma oluşum süreci, yerkabuğunun tektonik kuvvetler altında kaldığında bir depremi nasıl oluşturduğunu sergilemektedir. Birinci aşamada, daha önce oluşan ancak bir süre kilitlenen (büyük deprem üretmeyen) fayın her iki yanındaki yerkabuğu blokları tektonik hareketler nedeniyle gerilme yüklemesine maruz kalmaya başlar. İkinci aşamada gerilmenin artması nedeniyle yerkabuğunda deformasyon** (şekil değiştirme) başlar. Süresini tam olarak kestiremediğimiz bu ikinci aşamanın sonunda yerkabuğu tektonik hareket yüklemesine dayanamaz ve üçüncü aşamaya geçer, yani daha önceki veya yeni bir fay kuşağı üzerinde kırılma başlar ve depremi yaratır. Depremin başladığı noktaya odak (iç merkez veya hiposantır) denir. Bu merkezin yeryüzündeki izdüşümüne dış merkez veya episantır adı verilir. Bu aşama sürecin en kısa süreli dönemidir, yani depremin olduğu ve çevresini salladığı zaman aralığıdır. Depremin olduğu anda, fay üzerinde biriken şekil değiştirme veya yamulma enerjisi, hızla kinetik enerjiye dönüşür; fay oluşur, fayın her iki tarafındaki yerkabuğu parçaları (fay blokları) zıt yönlerde yer değiştirir. (Şekil 2) Bu yer değiştirmeye fayın atımı (ofset) ve yer değiştirmesi denir. Fayın oluşumu sırasında açığa çıkan kinetik deprem enerjisi sismik dalgalarla çevreye yayılır.

Şekil 2. 17 Ağustos 1999 Kocaeli depremini oluşturan fayın İzmit, Tepetarla Mevkii’nde tren yoluna dik yönde geçmesi sonucunda, fayın (beyaz çizgili hat) neden olduğu sağ yönlü yer değiştirmenin raylarda yarattığı öteleme. Fay çizgisinin her iki yanındaki yerkabuğu parçaları zıt yönde kaymış (faylanmış), dolayısıyla raylarda 3 m’lik bir ötelemeye neden olmuşlardır. Bu yer değiştirmeye fayın atımı denir.(4) Fayın arazi ve mühendislik yapıları üzerindeki bu etkisi, depremin doğrudan etkisi olarak tanımlanır.

“Büyük deprem oluşumlarından hemen sonra fayın oluştuğu bölgede, yerkabuğunun üzerinde kalan artık yamulma enerjisi zaman içerisinde sayısı ve büyüklüğü azalan ufak depremlerle açığa çıkar. Şiddetli depremler sonrası oluşan bu depremlere artçı depremler veya artçı şoklar adı verilir. Dördüncü aşama ise, yerkabuğunun üzerindeki yamulma enerjisini tamamen boşalttığı, dolayısıyla gelecekte yeniden yamulma enerjisi birikecek dönemdir. Dördüncü aşamanın sonu birinci aşamanın başıdır. Yukarda tanımlanan esnek serbestlenme süreci, belirgin fay kuşaklarında depremlerin yinelenebileceğini göstermektedir. Ancak bu yinelenme aralığı periyodik değildir. Günümüzde fay kuşakları üzerinde ve hatta fayların derinliklerine doğru açılan derin sondajlarda yapılan çok yönlü jeofizik ölçümlere rağmen, depremin oluşma anını kesin olarak önceden belirleyemiyoruz. Ancak, eskiye oranla deprem kaynağındaki süreçleri daha iyi izleme ve anlama yolunda bilgilerimiz her gün biraz daha artıyor. Deprem kaynağının zaman ve mekândaki davranışlarını daha iyi tanımanın, jeofizikçileri depremi önceden kestirmede başarıya götüreceğine inanmaktayız.

Şekil 3. Bir deprem sırasında oluşan fayın üzerindeki kalıcı maksimum yer değiştirmenin (atım) fay izine dik yönde uzaklıkla azalma özelliği. Yer değiştirme azalması, uzaklıkla üstel (logaritmik) oranda oluşur.(5)

“Deprem oluşurken fayın her iki yanındaki yerkabuğu parçalarının birbirlerine göre kalıcı yer değiştirmeleri, faya dik yönde uzaklaşıldığında, uzaklıkla hızla azalır. (Şekil 3) Yer değiştirmenin azalma karakteri fayın türüne, civarındaki jeolojik yapıya ve depremin derinliğine bağlı olarak değişir.”

Dipnotlar:
* Gerilme (stress) küçük bir alana etkiyen kuvvettir. Gerilme, bir cisim yüzeyine dik (normal) ve paralel (teğetsel) olmak üzere iki bileşene ayrılabilir. Dört çeşit gerilme tipi vardır, bunlar basınç gerilmesi (compressive stress), çekme gerilmesi (tensile stress), kuvvet-çifti (couple) ve burulmadır (torsion).
** Deformasyon, yamulma (strain): Gerilmelerin neden olduğu geometrik şekil değişikliğidir. Deformasyon yer değiştirme, dönme, hacim değişikliği ve/veya şekil-biçim değişikliği şeklinde olabilir.

Kaynaklar:
1) Eyidoğan, H., 2012, 50 Soruda Deprem, Bilim ve Gelecek Kitaplığı, İstanbul, ss. 43-46.
2) Reid, M., 1910, The mechanism of the earthquake: The California earthquake of April 8, 106, Report of state investigation Commision, (Carnegie Institution of Washington), 2.
3) Eyidoğan, H., Güçlü, U., Utku, Z. ve Değirmenci, E., 1991, Türkiye büyük depremleri makro-sismik rehberi (1900-1988), İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, 199 s.
4) Barka, A., Kozacı, Ö., Akyüz, S. ve Altunel, E.(eds), 2000, The 1999 Izmit and Düzce earthquakes: preliminary results, ITU, 349 s.
5) Stacey, F. D., 1977, Physics of the Earth, John Wiley and Sons, New York, 414 s.