ZEMĚTŘESENÍ: KDE K NIM DOCHÁZÍ A JAK TO VÍME
Aleš Špičák Geofyzikální ústav AV ČR, Praha
Česko-anglické gymnázium České Budějovice, 13. 1. 2014
Podmínky vzniku zemětřesení (earthquake) : • křehké (brittle) horninové prostředí - horniny (rocks) se deformují elasticky (zpravidla pouze svrchní zemská kůra); v prostředí tažném (ductile) je deformace nevratná a k zemětřesení nemůže docházet (zemský plášť (Earth mantle) a jádro (core)) • horninové prostředí je porušeno trhlinami – zlomy (faults) • sousední horninové bloky se vůči sobě pohybují
vznik zemětřesení na zlomu
San Francisco 1906 - důsledek zemětřesení
Výskyt většiny zemětřesení (a činných sopek) je podmíněn vzájemnými pohyby litosférických desek – deskovou tektonikou (plate tectonics). Podobně jako reliéf zemského povrchu... Desková tektonika je důsledkem teplotního gradientu v zemském tělese (teplota roste s hloubkou) a skutečnosti, že s rostoucí teplotou se snižuje hustota (density) hornin a naopak ochlazení hornin způsobuje nárůst jejich hustoty. Kromě deskové tektoniky způsobují zemětřesnou a sopečnou činnost a formují reliéf zemského povrchu tzv. plášťové chocholy (mantle plumes), které vznikají v astenosféře v hloubce několika set až tisíc km pod zemským povrchem.
vzájemný pohyb litosférických desek je způsoben prouděním (konvekcí) horninového materiálu v zemském plášti, vyvolaném teplotními heterogenitami • dvourozměrný, osově symetrický model • viskozita závislá na tlaku a průměrné teplotě • kompoziční rozhraní v hloubce 1000 km
0
3000 T (°C) H. Čížková, MFF UK Praha
litosférické desky (lithospheric plates)
rozložení epicenter zemětřesení, m ≥ 5, 10-tiletý časový interval
rozložení aktivních vulkánů
směr a rychlost horizontálních pohybů (displacement)
vertikální pohyby zemského povrchu
tři typy rozhraní litosférických desek
divergentní
konvergentní
transformní
důsledek divergentního pohybu – středooceánský hřbet (mid-ocean ridge) s centrálním poklesovým údolím (rift valley)
epicentra zemětřesení podél středoatlantického hřbetu
východoafrický rift – vlevo reliéf zemského povrchu vpravo epicentrální mapa
a
b
důsledek konvergence oceánské a pevninské desky – podsouvání (subduction)
jeden z důsledků subdukce severoamerické desky pod desku karibskou – portorický hlubokomořský příkop
epicentra zemětřesení a rozhraní severoamerické a karibské desky
specifikum subdukčních zón – středně hluboká (intermediate-depth) a hluboká zemětřesení (deep earthquakes) mělká < 60 km
středně hluboká 60 – 300 km
hluboká zemětřesení > 300 km
důsledek konvergence dvou kontinentálních desek – - kolize (collision)
epicentra zemětřesení podél okrajů indického subkontinentu
transformní rozhraní (transform boundary) podél svislého zlomu
zlomová zóna San Andreas u San Francisca
epicentra zemětřesení na území USA
plášťový chochol (mantle plume) a jeho důsledek – – horká skvrna (hot spot)
horká skvrna Hawaii
Hawaii, velký ostrov (Big Island) epicentra zemětřesení 1962 - 1985
Při zemětřesení vznikají seismické vlny (seismic waves), které se z ohniska zemětřesení šíří všemi směry. Podle způsobu kmitání horninových částic rozlišujeme několik typů seismických vln, které se šíří v zemském tělese různou rychlostí. Záznam seismické vlny se nazývá seismogram. Seismogram obsahuje informace nejen o příslušném zemětřesení, ale také o horninovém prostředí (rock environment), kterým seismická vlna prošla. Ze seismogramů určujeme tzv. parametry zemětřesení – místo, čas vzniku a sílu zemětřesení, a charakter a velikost pohybů horninových bloků při zemětřesení.
objemová vlna P - nejrychlejší (330 m/s ve vzduchu, 1450 m/s ve vodě, 5000 m/s v granitu při atmosférickém tlaku)
http://web.ua.es/en/urs/disclosure/seismic-wave-propagation.html
objemová vlna S – je pomalejší než P (vS = 0.6 * vP)
http://web.ua.es/en/urs/disclosure/seismic-wave-propagation.html
Pakistán, 8. 10. 2005, seismogram ze stanice Kašperské Hory (vzdálenost 5.100 km; hloubka ohniska 10 km, m = 7,6)
S
P E-W S N-S
P
Z
Kamčatka, 10. 6. 2004, seismogram ze stanice Kašperské Hory (vzdálenost 7.990 km; hloubka ohniska 184 km, m = 6,9)
E-W
P
S
S
N-S
P Z
odraz a lom (reflection and refraction) seismických vln na (rychlostním) rozhraní
šíření (propagation) seismických vln v zemském tělese
možnosti digitálního záznamu a výpočetní techniky: teoretické modelování zemětřesení - hledá se shoda teoreticky vypočtených seismogramů (tzv. syntetických) se skutečně zaznamenanými
černá: skutečný záznam
červená: tzv. syntetický záznam
autor: Gavin Hayes
zemětřesení Tohoku: model zlomové plochy USGS V2 - 2011/03/18 Updated modeling shows peak slips of 30+ m, depending on the parameterization of rupture velocity. This updated model shows peak slip of ~32 m, using a range of rupture velocity from 1.25 - 3 km/s. Models with constant rupture velocity show slips of 40-50 m, all at shallow depths. This may imply that the up-dip nature of rupture is well resolved, but peak slips are not. ‘Low’ slip regions near the fault edges, and fault base, are also poorly resolved.
Evropa - mapa epicenter (epicentral map) zemětřesení, M ≥ 3
Evropa – zemětřesení 1964 - 2005
zemětřesení v Istanbulu, 1754
Jan Kozak Collection: KZ152
severní Anatolský zlom, Turecko (porovnání s Kalifornií)
R. Stein, 1996
severní Anatolský zlom, Turecko – V-Z migrace silných zemětřesení ve 20. století
R. Stein, 1996
projekt GONAF (a deep Geophysical Observatory at the North Anatolian Fault – vrtné práce zahájeny 7. září 2012
Rumunsko - mapa epicenter 984 - 2004
Bukurešť po zemětřesení v obl. Vrancea, 4. března 1977
Silná světová zemětřesení 1900 - 2011
průběžně zveřejňované informace o zemětřeseních celého světa: USGS Earthquake Hazards Program - http://earthquake.usgs.gov/ (na této stránce je dostupný i katalog světových zemětřesení od r. 1973)
