Depremler Neden Olur? Fayların Kırılma Süreci

Levha hareketleri ve yer kabuğundaki gerilim

Yer kabuğu, tek parça ve hareketsiz bir kabuk değildir; büyük levhalara ayrılmıştır. Bu levhalar, mantodaki çok yavaş madde hareketleriyle ilişkili olarak birbirlerine göre hareket eder. Manto, bütünüyle sıvı olmasa da yüksek sıcaklık ve basınç altında uzun zaman ölçeklerinde yavaşça şekil değiştirebilir ve akabilir. Bu hareketler, üstteki levhaların birbirinden uzaklaşmasına, birbirine yaklaşmasına veya yan yana kaymasına neden olur.

Levhalar hareket ederken üzerlerindeki kayaçlar da bu harekete hemen ve sürekli biçimde uyum sağlayamaz. Kayaçlar bir süre boyunca sıkışabilir, gerilebilir ya da bükülebilir. Böylece yer kabuğunda gerilim birikir. Gerilim, kayaçların karşı koyabileceği sınırı aştığında kayaçlar kırılabilir veya bir fay boyunca yer değiştirebilir. Deprem, bu birikimin kısa sürede açığa çıkmasının sonucudur; dolayısıyla levha hareketi yavaş olsa bile deprem oluşturan kırılma çok kısa sürede gerçekleşebilir.

Örneğin okyanus ortasındaki sırtlarda levhalar birbirinden uzaklaşır. Aralanan bölgeye mantodan yükselen erimiş kayaç dolarak yeni okyanus kabuğu oluşturur; bu süreç levhaların ayrılmasını sürdürürken çevrede gerilim ve kırılma koşulları yaratabilir. Orta Afrika’daki rift bölgesi ise kıtasal bir alanın yavaşça ayrıldığı kara üzerindeki örneklerden biridir.

Fayların oluşumu ve gerilim birikmesi

Fay, yer kabuğundaki kayaçların bir kırık yüzeyi boyunca birbirine göre hareket edebildiği kırılma bölgesidir. Levha sınırlarında bu tür çatlaklar ve faylar oluşur; çünkü levhaların hareketi, kabukta sürekli bir şekil değişikliği meydana getirir. Fayın iki tarafı birbirine göre hareket etmek istese de kayaçların pürüzlü yüzeyleri ve aralarındaki sürtünme bu hareketi bir süre engelleyebilir. Hareketin engellenmesi, levha hareketinin durduğu anlamına gelmez; tersine, gerilim fayın çevresinde birikmeye devam eder.

Bir fay boyunca hareket her zaman düzgün ve kesintisiz gerçekleşmez. Levhalar ortalama olarak sürekli hareket ettiği hâlde fayın iki tarafı bir süre kilitli kalabilir. Bu sırada kayaçlar esner, sıkışır veya biçim değiştirir. Biriken gerilim, fay yüzeyindeki sürtünmenin ve kayaçların dayanma gücünün üstüne çıktığında fayın kilitli bölümü aniden kayar. Böylece uzun zamana yayılan levha hareketi, kısa süreli ve güçlü bir yer hareketine dönüşür.

San Andreas Fayı bu süreci göstermeye yardımcı olan somut bir örnektir. Bu fay, Pasifik Levhası ile Kuzey Amerika Levhası arasındaki sınırda bulunur ve levhalar burada büyük ölçüde yan yana hareket eder. Fayın Parkfield yakınındaki bir bölümünde geçmişte yaklaşık 25 yıl aralıklarla ortalama 1 metre kaymalar görülmüştür. Buna karşılık Los Angeles bölgesindeki büyük depremler arasındaki ortalama süre yaklaşık 150 yıl, ortalama hareket ise yaklaşık 7 metre olarak verilmiştir. Bu karşılaştırma, daha uzun süre biriken gerilimin daha büyük bir kaymayla boşalabileceğini gösterir; ancak belirli bir depremin zamanını tek başına belirlemez.

Fayın kırılması ve enerjinin açığa çıkması

Fayda biriken gerilim, kayaçların dayanabileceği sınırı aştığında fayın iki tarafı ani biçimde yer değiştirir. Bu olay fayın kırılması olarak açıklanır. Kırılma sırasında kayaçlarda uzun süre depolanmış olan şekil değiştirme enerjisi serbest kalır ve çevredeki kayaçlara aktarılır. Enerjinin bir bölümü fayın iki tarafının hareketine, önemli bir bölümü ise yer içinde yayılan titreşimlere dönüşür. Bu ani enerji boşalması depremdir.

Kırılma, fayın yalnızca tek bir noktasında kalmayıp fay yüzeyi boyunca ilerleyebilir. Fayın daha büyük bir bölümünün birlikte hareket etmesi, daha geniş bir kayaç kütlesinin yer değiştirmesi ve daha fazla enerjinin açığa çıkması anlamına gelir. Örneğin San Andreas Fayı boyunca büyük kaymaların son derece yıkıcı depremler oluşturabildiği belirtilir. Aynı fayın farklı kesimlerinde kaymaların aralıkları ve miktarları değişebildiği için bütün faylar her depremde aynı davranışı göstermez.

Kırılmayla açığa çıkan enerji, deprem dalgaları biçiminde çevreye yayılır. Bu dalgaların bazıları Yer’in içinden, bazıları da yüzeye yakın katmanlar boyunca ilerler. Bir dalga, enerjiyi bir yerden başka bir yere taşırken kayaç parçacıklarının çevresinde titreşim oluşturur; bu nedenle kırılma bölgesinden uzak yerlerde de yer hareketi hissedilebilir. Deprem dalgalarının Yer’in farklı katmanlarından geçişi, bu katmanların yapısı hakkında bilgi edinilmesini de sağlar.

Depremden sonra fay çevresindeki gerilim bütünüyle tek seferde dengelenmeyebilir. Ana kırılmanın ardından aynı fay sistemi veya yakınındaki parçalar yeniden küçük kaymalar yaşayabilir; bu sarsıntılara artçı depremler denir. Artçılar, ana depremin oluşturduğu yeni gerilim dağılımına yer kabuğunun uyum sağlamasıyla ilişkilidir ve genellikle ana kırılmadan sonra görülür.

Farklı levha sınırlarında deprem oluşumu

Levhaların hareket yönü, oluşan faylanmanın biçimini ve deprem koşullarını etkiler. Uzaklaşan levha sınırlarında levhalar birbirinden ayrılır; aradaki boşluğu mantodan yükselen erimiş kayaç doldurur ve yeni kabuk oluşur. Bu bölgelerde kabuk gerilir ve kırılmalar meydana gelebilir. Okyanus tabanındaki rift bölgeleri bu hareketin yaygın örnekleridir; aktif riftlerde ortalama ayrılma hızının yılda yaklaşık 5 santimetre olduğu belirtilir.

Yaklaşan levha sınırlarında levhalar birbirine doğru hareket eder. Soğuyup yoğunlaşmış okyanusal levha daha yoğun olduğu için çoğu durumda başka bir levhanın altına dalabilir. Bu sürece dalma-batma denir. Levhanın aşağı doğru zorlanması, temas bölgesinde ve çevresindeki kayaçlarda gerilim oluşturur; kırılmalar da bu nedenle bu sınırlar boyunca yoğunlaşabilir. Japonya açığı boyunca uzanan derin hendek ve tarih boyunca bu tür bölgelerde meydana gelen büyük depremler, yaklaşan levha sınırlarının deprem bakımından etkin olabileceğini gösterir.

Yanal hareket eden levha sınırlarında ise iki levha birbirine göre çoğunlukla yatay yönde kayar. Bu sınırlar boyunca oluşan faylarda hareket sürtünme nedeniyle kesintiye uğradığında gerilim birikir; ardından ani kayma deprem oluşturur. Pasifik ve Kuzey Amerika levhaları arasındaki San Andreas Fayı, bu hareket türünün somut örneğidir. Böylece uzaklaşma gerilme, yaklaşma sıkışma ve dalma-batma, yanal hareket ise yatay kayma ile ilişkili farklı deprem ortamları meydana getirir.

Volkanik etkinlik veya yer altındaki boşlukların çökmesi de depremlere yol açabilir; bunlar levha hareketlerine bağlı depremlerden farklı oluşumlara örnektir.