Yakınımızdan büyük bir motorlu araç geçtiğinde veya bir deprem olduğunda, sarsılırız. Bu sarsıntılara sismik kaynaklardan çıkarak bulunduğumuz noktaya ulaşan sismik dalgalar neden olur. Bir dereceye kadar esnek sayılabilecek yer içerisinde herhangi bir doğal veya insan kaynaklı kuvvet uygulamasıyla oluşan enerji, bulunduğumuz noktaya sismik dalgalarla taşınır. Örneğin, alkışla elimizden çıkan ses dalgasının hava aracılığıyla taşınması, benzer bir düzenle gerçekleşir.
Sismik dalgalar yer ortamına her yönde yayılır ve vardıkları yerlerde çeşitli periyotlarda salınım ve titreşimlere neden olur. (Şekil 1) Yayılırken enerjilerinin bir bölümünü periyotlarına bağlı olarak kaybederler. Bu nedenle sismik kaynağa yakın olan daha fazla sarsılırken, uzak olan daha az sarsılır. Düşük periyotlu (yüksek frekanslı) sismik dalgalar, enerjilerini uzun periyotlu (düşük frekanslı) sismik dalgalara kıyasla daha hızla kaybeder. Sismik enerjinin soğurulması uzaklık, dalganın periyodu ve yayıldığı ortamın fiziksel yapısıyla ilişkilidir.
Şekil 1:Sismik dalga türleri ve sismik dalgaların yayılma doğrultusunda (ok yönü) neden oldukları parçacık hareketleri.
Sismik dalgaların oluşturduğu sarsıntılar sesi işitilebilecek kadar yüksek frekanslı (birkaç yüz hertz) olabildiği gibi, birkaç saniye veya dakika uzunluklu da olabilir. Çok büyük depremler (M>8), yerküreyi birkaç kez dolaşan, yeri bir kalp gibi attıran ve yerin ekseninin oynamasına neden olan sismik dalgalar da üretebilir. Bu özel olaylar çok küçük enerjili olup, ancak özel aygıtlarla kaydedilebilen hareketlerdir.
İki ana sismik dalga türü vardır. Bunlar cisim dalgaları ve yüzey dalgalarıdır. Cisim dalgaları yüzey
dalgalarına kıyasla daha hızlıdır. Cisim dalgaları yerin her derinliğine inerken, yüzey dalgaları daha çok yeryüzüne yakın yayılmayı tercih eder. (Şekil 2) Cisim dalgaları iki türe ayrılır. Bunlar sırasıyla basınç dalgaları (P-dalgaları) ve makaslama dalgalarıdır. (S-dalgaları) Basınç dalgaları karada, denizde ve atmosferde yayılabilirken, makaslama dalgaları yalnızca karalarda ve yerin katı bölümlerinde yayılabilir. Basınç dalgaları makaslama dalgalarından daha hızlıdır. Bu nedenle basınç dalgalarına birincil (P veya primer), makaslama dalgalarına ikincil (S veya sekonder) dalgalar adı da verilir. P dalgaları, S dalgalarından katı ortamda 1,7 kez daha hızlı ilerler. Bu nedenle, deprem sırasında önce P dalgasını, uzaklığa bağlı olarak bir zaman sonra da S dalgasını algılarsınız. Kabaca, deprem merkezinden her 8 km uzaklık için P ve S dalgalarının varış zamanı arasında 1 sn’ye yakın bir gecikme olur. Örneğin deprem merkezi sizden 30 km uzaktaysa, P dalgasını algıladıktan ortalama 3,5 sn sonra S dalgası ile sallanırsınız. Bu özellik kullanılarak yakın depremlerde gaz ve elektrik kesme, trenleri durdurma veya tehlikeli tesisleri devredışı bırakma amaçlı “erken uyarı” teknikleri üzerinde çalışmalar yapılmaktadır. Daha uzak depremlerde uyarma zamanı daha fazla olabileceği için alarm verme ve insanların korunmasına zaman sağlama teknikleri de araştırma konusudur. Bu erken uyarı uygulamalarını depremi önceden haber verme konusuyla karıştırmamak gerekir.
Şekil 2:Cisim (P ve S dalgaları) ve yüzey dalgalarının (Love ve Rayleigh) yer içerisinde seyahat yolları. A, sismik kaynak, B ve B’ sismik kayıtçı (sismograf) noktalarını gösterir.
P dalgası yayıldığında, yeryüzünde ve yapılarda genişleme-sıkışma, itip-çekme türü hareketlere neden olurken; S dalgaları sağa-sola sallama ve döndürme hareketlerine neden olur. S dalgaları sıvı ortamlarda yayılamaz. Bunun nedeni sıvının hacim değiştirememesidir. (Şekil 1)
Yüzey dalgaları Love ve Rayleigh dalgaları olarak iki ayrı sınıfa ayrılır. Bu dalgalar yeryüzünde uzun periyotlu, büyük genlikli hareketler oluşturur. S dalgasından biraz daha yavaştır. Rayleigh dalgası yeryüzünü deniz dalgaları gibi sallar. (Şekil 1) Yayılım doğrultusunda hem düşey hem de yatay yönde sarsma özelliği vardır. Love dalgası ise yeryüzünde ve yapıların temellerinde yayılım doğrultusuna yatay salınımlar yapar. Düşey bileşeni yoktur. Uzun periyotlu olanlar büyük genlikli olmalarına rağmen fazla hasar yapmaz, ancak yapılarda yavaş salınıma neden olur. Yüksek yapılar uzun periyotlu sismik dalgalardan daha fazla etkilenir. Yüzey dalgalarının yayılma hızları periyotlarına bağlıdır. Bu özellik deprembilimde “dispersiyon” olarak adlandırılır.
Şekil 3:8 Mart 2010 tarihinde M=5,3 büyüklüğündeki Elazığ depremine ait artçı depremin ILI deprem kayıt istasyonunda üç bileşenli kaydının üzerinde P, S ve yüzey dalgalarının geliş zamanları ve dalga görünüş özellikleri. Kuzey-güney bileşeninin S-dalgası genlik oranı düşeydeki genlikten iki kez daha büyüktür. Şekilden de izleneceği gibi depremden sonra önce P dalgası gelir. S dalgası onu 1,7 kez geç gelerek izler. S dalgasının hemen arkasından yüzey dalgaları gelir. 5,3 büyüklüğündeki bu depreme yakın alanlarda bulunan insanların hissedebileceği yer sarsıntısının 60 sn kadar olduğu anlaşılmaktadır. Yüzey dalgaları P ve S dalgalarından daha uzun süre ve uzun salınımlı sarsıntılara neden olmaktadır.
P dalgası yerkabuğu içerisinde ortalama 6,8 km/s hızla ilerlerken S dalgaları 3,8 km/s hızla ilerlemektedir. Bu hızlar derinlikle artar. Yüzey dalgalarından Love dalgaları yerkabuğunda ortalama 4,4 km/s hızla yayılırken, Rayleigh dalgasının yayılma hızı 3,7 km/s’dir. Sismik dalgaların hızlarının ve yayılma özelliklerinin farklılığını düşündüğümüzde; bir deprem sırasında yola çıkan sismik dalgaların, farklı yer hareketlerini, farklı hızlarla bulunduğumuz noktaya nasıl taşıdıklarını ve bulunduğumuz noktada ne kadar karmaşık hareketlere maruz kalabileceğimizi daha iyi anlayabiliriz.
Sismik dalgalar yer içerisinde yayılırken, jeolojik yer katmanlarının fiziksel özelliklerinin farklılığı dalgaların katman geçişlerinde yansır ve kırılırlar. P ve S dalgaları birbirlerine dönüşebilir, S dalgaları düşey ve yatay bileşenlerine (SV ve SH) polarize olur. SV ve SH dalgaları katmanlı ortamda yayılırken, yansıma, kırılma ve girişimler yaparak yüzey dalgalarını yaratır. P-SV dalgaları Rayleigh, SH dalgaları Love dalgalarını oluşturabilir. Şekil 24, üç bileşen (3D) deprem kayıtçılarıyla kaydedilmiş deprem kaydının kuzey-güney, doğu-batı ve düşey bileşenler üzerinde Şekil 2’de tanımlanan sismik dalga türlerini ve görünüm özelliklerini göstermektedir.