ZEMETŘESENÍ A JEHO PROJEVY NA ZEMSKÉM POVRCHU
Environmentální geologie sylabus 3 Ladislav Strnad
CO JE PŘÍČINOU ZEMĚTŘESENÍ ? NÁHLÁ UVOLNĚNÍ (=VYROVNÁNÍ) NAPĚTÍ V HORNINÁCH NA AKTIVNÍCH ROZHRANÍCH (SUBDUKČNÍ ZÓNY, VELKÉ ZLOMY, PŘESMYKY, HORIZ. POSUNY..AJ.) EPICENTRUM
VYVOLÁVÁ ZEMĚTŘESNÉ VLNY; CO JE TO ? SEISMICKÉ VLNY Primární vlny (též podélné vlny) Vp Sekundární vlny (též příčné vlny) Vs
Ze změn v rychlosti šíření seismických vln je možno odhalit některá důležitá rozhraní v Zemském nitru (hustotní i chemická)
Zlomová plocha aktivovaná během uvolnění napětí v ohnisku (zlom s poklesem)
Směr šíření seismických vln od ohniska
OHNISKO X –X0 KM POD POVRCHEM
KDE VŠUDE MUŽE DOJÍT K PROJEVŮM ZEMĚTŘESENÍ Všude kde se stýkají zemské desky nebo naopak zemská kůra vzniká, Je úzce spjato s vulkanickou činností
ZPRAVIDLA NEJNIČIVĚJŠÍ
ZEMĚTŘESENÍ vs. Pohyby zemských desek
Slabší otřesy se mohou projevit též např. při svahových pohybech, sesuvech půdy Lokální důlní otřesy jsou spojené s činností člověka v podzemí, též mohou mít katastrofální následky
1
26.12. 2004
VLNA TSUNAMI
Sekundární projev zemětřesení v oceánu
Indonésie
SEISMOGRAF –PŘÍSTROJ ZAZNAMENÁVAJÍCÍ INTENZITU ZEMĚTŘESNÝCH VLN
Monitoring Tsunami dnes pomocí družic a systému GPS
Zdroj: wikipedia.com
V současné době existují celé sítě seismických stanic s velmi citlivými přístroji.
Richterova stupnice síly zemětřesení Richterova stupnice
Ekvivalent TNT
Energetický ekvivalent
0.0
1 kg
4.2 MJ
0.5
5.6 kg
23.5 MJ
1.0
32 kg
134.4 MJ
1.5
178 kg
747.6 MJ
První konvenční bomby
2.0
1 metric ton
4.2 GJ
Moderní konvenční bomby
2.5
Ruční granát
5.6 metric tons
23.5 GJ
32 metric tons
134.4 GJ
Nejúčinější konvenční bomby (např. vakuové bomby)
3.5
178 metric tons
747.6 GJ
Černobylská katastrofa 1986 Nejmenší atomový výbuch
1 kiloton
4.2 TJ
4.5
5.6 kilotons
23.5 TJ
Richterova stupnice
Ekvivalent TNT
Energetický ekvivalent
Příklad
7.0
32 megatons
134.4 PJ
Java earthquake (Indonesia), 2009
7.1
50 megatons
210 PJ
7.5
178 megatons
747.6 PJ
Kashmir earthquake (Pakistan), 2005 Antofagasta earthquake (Chile), 2007
7.8
600 megatons
2.4 EJ
TjanShan earthquake (China), 1976 (extrémní oběti na životech ca 500 000)
4.2 EJ
Toba eruption 75,000 years ago; which, according to the Toba catastrophe theory, affected modern human evolution San Francisco earthquake (CA, USA), 1906 México City earthquake (Mexico), 1985 Gujarat earthquake (India), 2001 Chincha Alta earthquake (Peru), 2007 Sichuan earthquake (China), 2008 (initial estimate: 7.8)
Příklad
3.0
4.0
Otevřený oceán – až 700 km/h výška vlny dm V zálivu, u břehu < 50 km/h výška až X0 m!
Car bomba 1961 (Rusko) – největší termonukleární exploze a zároveň
Nejsilnější výbuch provedený člověkem v historii
8.0
1 gigaton
8.5
5.6 gigatons
23.5 EJ
Sumatra earthquake (Indonesia), 2007
9.0
32 gigatons
134.4 EJ
Lisabon 1755 (Portugalsko) desítky tisíc mrtvých po úderu vlny TSUNAMI Dosud nejsilnější pozorované zemětřesení v Evropě
5.0
32 kilotons
134.4 TJ
Nagasaki 1945 – atomový výbuch
5.4
150 kilotons
625 TJ
2008 Chino Hills earthquake (Los Angeles, United States)
9.2
90.7 gigatons
379.7 EJ
Anchorage earthquake (AK, USA), 1964
5.5
178 kilotons
747.6 TJ
Little Skull Mtn. earthquake (NV, USA), 1992 Alum Rock earthquake (CA, USA), 2007
9.3
114 gigatons
477 EJ
Indian Ocean earthquake, 2004 (40 ZJ in this case)
9.5
178 gigatons
747.6 EJ
Double Spring Flat earthquake (NV, USA), 1994
10.0
1 teraton
4.2 ZJ
6.0
1 megaton
4.2 PJ
6.5
5.6 megatons
23.5 PJ
Rhodes (Greece), 2008
L´Aquila – Itálie 2009
6.7
16.2 megatons
67.9 PJ
Northridge earthquake (CA, USA), 1994
6.9
26.8 megatons
112.2 PJ
San Francisco Bay Area earthquake (CA, USA), 1989
KÓBE 1995
13.0
108 megatons = 100 teratons
5x1030 ergs = 500 ZJ
Valdivia earthquake (Chile), 1960 (251 ZJ in this case) V lidské historii dosud nezaznamenáno Dopad kosmického tělesa v oblasti dnešního Yucatánu (před 65 mil. lety)
Celoplanetární kataklyzma Změna klimatu, ovlivnění vývojových řad živých organismů ve vodě i na souši
L´Aquila 5.-6.dubna 2009
Japonské ostrovy
Itálie
Seismicky velmi aktivní zóna
Oblast styku africké a evropské desky
Menší otřesy jsou prakticky na denním pořádku Styk tří zemských desek !
Zdroj: wikipedia.com
Zdroj: wikipedia.com
2
NEJINTENZIVNĚJŠÍ PROJEVY ZEMĚTŘESENÍ V ČR
VULKANIZMUS A SOPEČNÁ ČINNOST
1. CHEBSKÁ PÁNEV – OBLAST Cheb - Františkovy Lázně - Kraslice (nejmladší projevy vulkanické činnosti)
Zdroj: ÚÚG
ZA POSLEDNÍCH 100 LET nepozorovány otřesy silnější než 5 (RŠ) 2. Hronovsko-poříčská porucha
Chebsko - 3,9 Richter. (říjen 2008)
Vulkanismus
• • • • •
Vulkanická aktivita a její produkty Hlavní centra na Zemi v současnosti Souvislost se zemětřesením Postvulkanická činnost /geotermální energie Vulkanická aktivita na území ČR v historii
Na Zemi je v současné době cca 400 činných sopek
Za vulkanizmus se považují všechny povrchové projevy magmatické aktivity (např. pronikání magmatu na povrch = láva; různé exploze plynů a par spojené s magmatickou činností
Sopečnou činností je přímo ohroženo mnohem méně obyvatelstva než např. zemětřesením (ca 1/10 oproti zemětřesným oblastem) Náhlé nepředvídatelné erupce – způsobují větší škody
S vulkanickou činností bývají spjaty výrony horkých par a plynů, prameny termálních vod a často jí také doprovázejí menší zemětřesní (způsobené pohyby magmatu)
Dnes velké erupce mohou krátkodobě ovlivnit průměrné teploty na Zemi a to směrem dolu (např. Mt. St. Helen, 1980) V minulosti velmi rozsáhlá vulkanická činnost však může katastrofálně ovlivnit stav ovzduší a klimatu – a v minulosti (geologické) se tak pravděpodobně několikrát stalo Foto: wikipedia
Vulkanismus se projevuje „klasickou sopečnou činností“
Opět desková tektonika ☺ divergentní a konvergentní okraje
(„kuželovitá sopka“)
nebo lineárními (riftovými) erupcemi
Vulkanismus se projevuje bud sopečnou činností nebo lineárními erupcemi
Krafla (Island)
3
Opět známé obrázky…
Základní typy vulkánů (amer. Klasif.) upravil Strnad
Typ vulkánu
TVAR
Obsah SiO2
Hlavní typ vulkanitu
Typ erupce
Štítový vulkán
Plochý štít, rozsáhlá základna
Nízký ~ 50%
bazalt
Lávové výlevy
Stratovulkán I
Kužel, střídání lávy a pyroklastik
Intermediální cca 60%
andezit
Střídání lávových výlevů a pyroklastik
Stratovulkán II
Dóm, velký úhel vysoký náběhové >> 65 % hrany
Dacit až ryolit
Pyroklastický vulkán
Pravidelný kužel
cca 50(-60)%
Bazalt (andezit)
Výtrysky tefry
Riftová erupce
Lineární trhliny
~ 50%
bazalt
Lávové výlevy
Štítová sopka (Havajský typ)
Vulkanismus vs. Zemětřesení a pohyby desek
(>70% SiO2!)
Rozsáhlá základna Rozsáhlé lávové
výlevy (dobře tekoucí láva, nízká viskozita magmatu, snadný výstup Havajský Mauna typ Kilauea Stromboli Hawai Vulcano Pelé USGSweb
Mauna Kea 4 205 mnm (Hawai) – největší štítová sopka na Zemi (vyšší než Mt. Everest !) celková výška od základny přes 9000 m ! - ideální podmínky pro astronomickou observatoř
Foto: wikipedia
Stratovulkán
Střídání lávových proudů s výtrysky pyroklastického materiálu
Kompozitní typ, též typ Stromboli
Převážně andezitové složení magmatu
Kontrolní otázka: Největší štítová sopka ve Sluneční soustavě není na Zemi, ale .. Kde?
Stratovulkán - Typ Pelée Extrémně nebezpečný typ vulkánu ! Masivní okamžitá erupce (exploze), velmi viskózní magma vytlačí v mžiku obrovské množství pyroklastik a sopečného popela Po výstupu žhavého popela a plynů vystupuje velmi viskózní magma většinou ryolitového nebo dacitového složení
Etna Etna Foto: wikipedia
Další: Fuji (Japonsko)
Další: např. Tambora, Krakatoa (Indonésie)
Mt. Pelée (Martinik)
supermasivní exploze v roce 1815 (100 000 obětí)
4
Mt. St. Helens (Washington)
Typ „Cinder cone“
18.5. 1980 v 8h 32min Náhlé uvolnění tlaku ve viskózním magmatu (které se nemohlo dostat na povrch) způsobilo explozi severní části vulkánu a tlakovou vlnu, která smetla vše ve výseči několika km
Většinou kontinuální (delší dobu trvající) výtrysky žhavého pyroklastického materiálu s minimálními výtoky lávy
„Pyroklastický vulkán“
Obvykle malé výšky, kužel max. stovky m
St. Helena vyvrhla ca 3 km3 vulkanického materiálu (pyrokl., voda, prach..) ..o několik měsíců později Sopka vypadá jako „hromada nasypané“ škváry
Paricutin (México)
Další: Mt. Springerville, AZ; Hverfel (Island) aj.
Foto: wikipedia
Katastrofální erupce v historii
Příklady (rozdíly) v chemickém složení hlavních vulkanických hornin
Sopka
Země
Rok
Počet obětí
Tambora
Indonésie
1815
92 000
Krakatoa
Indonésie
1883
36 000
Mont Pelée
Martinik
1902
30 000
Nevado del Ruiz
Kolumbie
1985
22 000
Etna
Sicílie, Itálie
1669
20 000
Vesuv
Itálie
79
16 000
Unzen-Dake
Japonsko
1792
10 400
Laki
Island
1783
10 000
Kelut Santorin
Indonésie Řecko
1919
5000
1470.př.Kr
zkáza Minoiské civilizace (?)
Poslední projevy vulkanizmu v ČR
VULKANIZMUS V ČR ? V SOUČASNOSTI, V MINULOSTI?
?
Terciérní (Neogenní) vulkanizmus 25 – 2 mil let)
Bazalty, trachyty, znělce (fonolity)
České středohoří Doupovské hory – stratovulkán ! Nejmladší vulkán v ČR – Komorní Hůrka (okr. Cheb) 200 tis. let
5
TYPICKÉ DOPROVODNÉ A POSTVULKANICKÉ JEVY Fumaroly vznikají během vulkanické činnosti. Unikají buď z kráteru, nebo z trhlin na povrchu lávových proudů. Vylučují se z nich NH4Cl, KCl, NaCl, Fe2O3, H3BO3 a S. Mohou být kyselé, neutrální nebo zásadité a jejich teplota kolísá mezi 250 až 1000 oC. Solfatary jsou postvulkanické výrony par a plynů, pojmenované podle Solfatary v blízkosti Neapole. Jejich teplota kolísá mezi 90 až 250 oC. Jsou složeny převážně ze sirovodíku H2S, SO2, CO2 a vodní páry. Mofety dosahují teploty 100 oC a jsou tvořeny suchým CO2. U nás se vyskytují v Chebské pánvi v rezervaci SOOS jako pozůstatek nedávnominulé vulkanické činnosti.
Vrcholky Českého Středohoří jsou tvořeny trachyty, fonolity a alkalickými bazalty
Foto:wikipedia
Hora Říp je tvořena alkalickým bazaltem
SOLFATARY
GEYZÍRY
GEYSIR STROKUR,
Povrchová voda, která se dostane do blízkosti mělce uloženého magmatu je ohřívána až k bodu varu, čímž je vytlačována k povrchu (rozpínavostí páry), po výtrysku stéká zpět (zároveň se tím ochlazuje) a celý jev se tak cyklicky opakuje
Výška 30m perioda výtrysku je cca 5 – 10 min (island)
Další geyzíry např.: Old Faithful - YNP (USA), Rotorua - Nový Zéland
GEOTERMÁLNÍ ENERGIE ISLAND, vulkán Krafla
„Klasický GEYSIR“, který dosahoval až 100 m výšky, přestal chrlit v roce 2000
Příklady vybraných tvarů vulkanitů/magmatitů
Využívání termální vody (pomocí vrtů) ohřívané nehluboko uloženým magmatem Např. ISLAND a Nový Zéland, Japonsko
6
WARNING SYSTÉM – MONITORING VULKANICKÉ AKTIVITY
Příznaky předcházející erupci
Přímá vizuální pozorování
(hlavně u kyselejších magmat – andezity až ryolity) Výstupy magmatu po otvírajících se trhlinách mohou být doprovázeny seismickými otřesy
Satelitní monitoring
Dlouhodobá seismická pozorování Počátek nové erupce
Změna teploty termálních vod
Zpracování všech dat Upraveno podle Keller 2008
Průběžné vyhodnocování Změna chování zvířat
v přívodním kanálu
STRATIGRAFICKÁ GEOLOGIE GEOLOGICKÝ PROFIL („řez časovým úsekem“)
Popisuje geologické vrstvy, určuje stáří na Základě obsahu fosilií nebo izotopové geochronologie Koreluje známé vrstvy s obdobnými ve světě
G F E D C B A
STRATIGRAFICKÁ TABULKA
7
