ZEMĚTŘESENÍ: KDE K NIM DOCHÁZÍ A JAK TO VÍME Aleš Špičák Česko-anglické gymnázium Geofyzikální ústav AV ČR, Praha 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 středně hluboká hluboká zemětřesení < 60 km 60 300 km > 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 (v S = 0.6 * v P ) 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) E-W P S 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 N-S S Z P
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)