Oficiální časopis Akademie věd ČR

 


Z monitoringu tisku

 

Akademický bulletin 2010–2015

Plakat_obalky_web.jpg



Stopy AB v jiných titulech

Stopa AB v dalších médiích a knižních titulech

Abicko  > archiv  > 2005  > únor  > obsah

Když se svět třese

Obrázek k článku Obrázek k článku Obrázek k článku Obrázek k článku Obrázek k článku 

Podmořské zemětřesení, k němuž došlo 26. 12. 2004 v jihovýchodní Asii, patří k nejsilnějším zemětřesením v moderní instrumentální historii seismologie, tj. za posledních 100 let. Svými účinky se zařadilo mezi nejtragičtější přírodní katastrofy v historii lidstva.
Sdělovací prostředky přinesly obrovské množství informací o příčinách a následcích zemětřesení a souvisejících problémech. Často získávaly údaje z Geofyzikálního ústavu Akademie věd ČR, který sumatranské zemětřesení monitoroval.

ŠÍŘENÍ SEISMICKÝCH VLN

Dojde-li kdekoli na zemi k zemětřesní, vzniknou v jeho ohnisku (hypocentru) seismické vlny a ty se šíří zemským tělesem na všechny strany. Rychlost šíření vln závisí nejen na minerálových vlastnostech prostředí, kterým procházejí, ale významně i na tlaku a teplotě – s rostoucí hloubkou pod zemským povrchem většinou roste i rychlost šíření seismických vln. V horninách na zemském povrchu se pohybuje od 2,5–3,5 km/s u sedimentárních hornin (např. výplň pánví pod Krušnými horami), přes 5,5–6,5 km/s u granitů (střední Čechy, Karlovarsko) až po 8,2–8,5 km/s u tzv. ultrabazických hornin (eklogity, peridotity, např. vrch Meluzína na hřebenu Krušných hor blízko Klínovce). Těsně pod zemskou kůrou pod známou Mohorovičičovou diskontinuitou je ve standardním modelu Země rychlost šíření podélných seismických vln 8,2 km/s, v hloubce 700 km pod povrchem, kde se vyskytují nejhlubší zemětřesení, 10,8 km/s, ve spodním plášti v hloubce 2900 km 13,7 km/s a ve středu země 11,2 km/s (pro srovnání rychlost šíření zvuku ve vzduchu je 0,33 km/s). Pro většinu seismologických aplikací má zásadní význam skutečnost, že existuje několik fyzikálních typů seismických vln, jež se od sebe v mnoha ohledech podstatně liší, např. právě v rychlosti šíření. Uvedené hodnoty rychlostí platí pro nejrychlejší vlny – podélné (označují se písmenem P právě proto, že přicházejí první – undae primae). Příčné vlny se šíří asi o 30 % pomaleji a na seismické observatoře přicházejí na druhém místě (vlny S – undae secundae). Nejpomalejší jsou povrchové vlny o velmi dlouhých periodách – vlny L (undae longae).

PŘÍCHOD SEISMICKÝCH VLN NA SEISMICKÉ STANICE ČESKÉ REGIONÁLNÍ SÍTĚ

Obr. 1 znázorňuje příchod vlny P na stanici České regionální sítě Průhonice u Prahy 26. 12. 2004 v 01:11:10 hod. světového času a po ní příchod vlny S v 01:21:36 hodin. Povrchové vlny označené L přicházejí ještě později. Časový rozdíl S–P v tomto případě činil necelých 10,5 minuty. Vzhledem ke známým údajům o rychlostech šíření seismických vln lze i ze záznamu jedné seismické stanice snadno spočítat, že k tomu, aby vlna P předběhla vlnu S právě o oněch 10,5 minuty, musí mít příslušné zemětřesení ohnisko ve vzdálenosti přibližně 9000 km od Průhonic. Z prvního nasazení seismických vln, zaregistrovaných na seismické stanici Průhonice, lze určit i směr, z něhož vlny na stanici přišly – v tomto případě z azimutu 99°. Spojením těchto dvou údajů určíme přibližnou polohu ohniska. Údaje z více stanic určení polohy včetně hloubky ohniska upřesní. Z period a amplitud seismického signálu, jež jsou úměrné velikosti zemětřesení, určujeme magnitudo neboli stupeň zemětřesení na Richterově škále.
Českou regionální seismickou síť tvoří stálé observatoře GFÚ AV ČR: Průhonice, Kašperské Hory, Dobruška/Polom, Nový Kostel, Panská Ves a ve spolupráci s dalšími institucemi Úpice a Ostrava/Krásné Pole a stanice Ústavu fyziky Země Masarykovy univerzity Brno: Vranov, Moravský Beroun, Moravský Krumlov a Velká Javorina. Umístění jednotlivých stanic vychází z požadavku na nízký přirozený šum a ze snahy pokrýt významné seismické zóny – např. v západních Čechách oblast výskytu zemětřesných rojů, hronovsko-poříčskou poruchu nebo oblast důlních otřesů ve slezské pánvi. Pokročilá přístrojová technika a rychlé předávání velkého objemu dat přes internet umožňuje propojit naši regionální síť se stanicemi v sousedních státech. Data se předávají v reálném čase do sousedních seismických sítí a do mezinárodních datových center. Rutinní každodenní zpracování seismických dat v seismickém interpretačním centru GFÚ AV ČR pracuje s údaji 30 seismických stanic. Automatizovaný sběr a zpracování dat se děje mj. prostřednictvím programového vybavení vyvinutého v Evropském projektu 5. rámcového programu, v němž je GFÚ jedním z 18 řešitelů.

JAK RYCHLE PO VZNIKU ZEMĚTŘESENÍ URČÍME JEHO POLOHU A SÍLU

Údaj o poloze ohniska zemětřesení a jeho síle je v GFÚ AV ČR dostupný několik minut po příchodu prvních vln na české stanice. K jeho získání a prověření ale musí být přítomen pracovník v interpretačním centru v Praze 4 na Spořilově; údaje nejsou zatím pracovníkům seismické služby GFÚ k dispozici odjinud.
Dojde-li k silnému zemětřesení kdekoli na světě během pracovního dne nebo o víkendech dopoledne, mohou příslušní pracovníci ústavu podávat kvalifikované informace o příčinách a o seismické a tektonické charakteristice dané oblasti daleko dříve, než o zemětřesení informují sdělovací prostředky. GFÚ AV ČR však není napojen na žádný informační zdroj o způsobených škodách. V posledních měsících jsme poskytovali informace např. po zemětřesení o síle 8,1 na Richterově stupnici jižně od Nového Zélandu 21. 12. 2004. Vlnu tsunami 4 m vysokou vyvolalo 25. 9. 2003 zemětřesení u ostrova Hokkaido o síle 8,3, jež si nevyžádalo žádnou oběť, což svědčí o mimořádné připravenosti Japonska na rizika spojená se seismickým ohrožením a tsunami.
Z charakteru vědeckého zaměření GFÚ není rychlost vyhodnocování seismických dat zásadní; jsme vázáni pouze zvyklostmi, vysokými standardy mezinárodní výměny seismických dat a požadavky mezinárodních datových center. Snaha o co nejrychlejší poskytování informací veřejnosti vyplývá z tradice a iniciativy pracovníků seismické služby a vedení ústavu. Ze zkušeností se středně silným zemětřesením v západních Čechách v prosinci 1985 o síle 4,7 víme, že i takový jev vyvolává mezi místními obyvateli paniku a potřebu přesných informací. Pokud by vznikl ze strany veřejnosti či státních orgánů požadavek okamžitě určovat v GFÚ čas, místo a velikost silných zemětřesení a předávat údaje např. do Integrovaného záchranného systému, bylo by bezpodmínečně nutno personálně a mzdově posílit seismickou službu a její technické vybavení.

MECHANISMUS SUMATRANSKÉHO ZEMĚTŘESENÍ

Vznik vln tsunami je podmíněn rychlým pohybem mořského dna během zemětřesení ve svislém směru. Také tuto charakteristiku zemětřesení, tj. smysl vzájemného posunu protilehlých horninových bloků podél zlomu, lze určit analýzou vlnového záznamu – seismogramu; jedná se však o komplikovanou a časově náročnou proceduru; jednotlivé národní seismické služby ji samostatně neprovozují a přejímají tyto údaje se zpožděním několika hodin až jednoho dne ze specializovaných mezinárodních datových center (např. seismologické centrum Harvardské univerzity, Národní seismologické informační centrum Geologické služby USA – NEIC USGS). Charakter vzájemného pohybu protilehlých horninových bloků se obvykle znázorňuje diagramem, v angličtině příhodně nazývaným beach ball (obr. na titulní straně), který vyznačuje prostorovou orientaci dvou ploch – tzv. nodálních rovin –, z nichž jedna souhlasí s plochou příslušného seismicky aktivního zlomu a kolmice k druhé leží ve směru skluzu po zlomu. Nodální roviny jsou v diagramu zobrazeny jako části kružnic – průměty rovin na spodní polokouli jednotkové koule se středem v ohnisku zemětřesení. Rozhodnout, která z rovin je zlomovou plochou, však z analýzy mechanismu zemětřesení nelze; k tomu je zapotřebí mít další nezávislé informace, např. znát rozložení ohnisek zemětřesení z dotřesové série, provést dodatečná geodetická měření v okolí epicentra zemětřesení apod. Z diagramu lze odhadnout směry hlavních os napětí, které zemětřesení způsobilo. Směr maximálního kompresního napětí je přibližně v ose bílého kvadrantu, směr minimálního kompresního napětí v ose tmavého (zde červeného) kvadrantu. Z diagramu mechanismu sumatranského zemětřesení tedy plyne:

  • výchoz obou případných zlomových ploch na zemském povrchu má směr přibližně SSZ–JJV; jedna plocha se uklání strmě pod úhlem 83° k západu, druhá je ukloněna velmi mírně 8° směrem k východu;
  • osa maximálního tlakového napětí byla subhorizontální ve směru přibližně JZ–SV; právě při takovém napěťovém režimu dochází podél zlomových ploch k přesmyku, tj. posunu nadložního horninového bloku přes blok podložní směrem vzhůru.

PROBLÉMY S RICHTEROVOU STUPNICÍ

Určit rychle magnitudo, tj. hodnotu, která udává sílu zemětřesení na Richterově stupnici, je u velmi silných zemětřesení skutečně problém vyplývající z fyzikální podstaty procesu vzniku zemětřesení. Podélné vlny, které přijdou na stanici jako první, nesou jen malou část energie uvolněné v ohnisku zemětřesení. Magnitudo určené z amplitud a period P vln je tudíž pro velmi silná zemětřesení podhodnocené. Musí se tedy čekat na příchod povrchových vln, které umožní spolehlivější odhad velikosti otřesu, ovšem za cenu až hodinového zpoždění. Sílu otřesů nejvěrněji vyjadřuje magnitudo odvozené ze seismického momentu; jeho určení však vyžaduje dodatečné analýzy a výpočty, a proto se také postupně zveřejňované hodnoty magnituda u sumatranského zemětřesení zvedly během několika hodin z hodnoty 8,1 až na konečných 9,0 na Richterově stupnici.

VÝZKUMY V JIHOVÝCHODNÍ ASII

Seismotektonický výzkum konvergentních okrajů listosférických desek, neboli výzkum vazby zemětřesné činnosti na geologickou stavbu, probíhá v GFÚ AV ČR díky projektům GA ČR a GA AV. Konvergentní okraje litosférických desek patří k nejvýznamnějším geologickým lokalitám na Zemi, neboť v důsledku relativně rychlého vzájemného pohybu desek (až 10 cm za rok) zde dochází k mimořádně silné zemětřesné a sopečné činnosti (okraje Tichého oceánu, jihovýchodní Asie, Středomoří), ke vzniku pásemných pohoří (Andy, Himálaje) aj. Hlavním nástrojem, který používáme, jsou přesné údaje mezinárodního seismologického centra International Seismological Centre (ISC) za období 1964–2003 o ohniskových parametrech zemětřesení, jako jsou prostorové souřadnice ohniska včetně hloubky, čas vzniku zemětřesení a jeho magnitudo. U silných zemětřesení (od magnituda 5 výše) bývá určován i mechanismus vzniku zemětřesení, tj. poloha dvou možných zlomových ploch, jejich azimut, úhel sklonu a smysl pohybu horninových bloků podél nich. K nejspolehlivějším patří údaje o mechanismech zemětřesení určované od r. 1976 seismologickým centrem Harvardské univerzity.
Z pohledu na rozložení ohnisek zemětřesení v prostoru je zřejmé, že jsou rozmístěna nerovnoměrně. Příčinou je jednak geologická stavba oblasti, ale také její geologická minulost. Správná analýza příčin nerovnoměrného rozložení zemětřesení nám napoví hlubinnou geologickou stavbu do hloubek až 700 km, k jakým procesům zde dochází a jaký mohl být geologický vývoj oblasti. K analýze hloubkového rozložení seismicity v jednotlivých regionech využíváme jednoduchou zobrazovací metodu: příslušná oblast se rozčlení na pravidelné, relativně úzké vertikální řezy (šířka 50 km) kolmé k určujícímu strukturnímu prvku – k rozhraní litosférických desek. Rozhraní je zpravidla dobře definováno morfologicky významným hlubokomořským příkopem, pásemným pohořím (Andy) nebo vulkanickým řetězcem (obr. 2). Pro lepší porozumění následujícímu textu považujeme za účelné vysvětlit dva důležité pojmy: Wadati-Benioffova zóna a kontinentální klín. Jako Wadati-Benioffova zóna (WBZ) se označuje ta část podsouvající se (subdukující) desky, ve které jsou pozorována zemětřesení. Jako kontinentální klín je označována – podle geometrické podobnosti – část litosféry a pláště nad podsouvající se deskou (na obr. 2 rovněž dobře patrná).
Detailní analýza zemětřesné činnosti v indonéské oblasti nám umožnila stanovit několik dosud neznámých zákonitostí a jevů:

  • V úzce vymezeném prostoru sloupcovitého tvaru jsme pod vulkánem Krakatau v Sundské úžině mezi Sumatrou a Jávou vymezili shluk několika desítek silných zemětřesení, zasahujících do neočekávaně velkých hloubek až 100 km (obr. 3). V našich pozdějších pracích byly obdobné zemětřesné shluky zjištěny i pod několika dalšími indonéskými vulkány (mj. Tambora). Intenzivní seismicita pod aktivními vulkány je překvapivá zejména z toho důvodu, že odporuje široce přijímané představě natavení svrchního pláště v nadloží zóny subdukce; takové natavení by totiž vyloučilo nahromadění tektonického napětí a tedy i vznik silných zemětřesení.
  • Podél javanského hlubokomořského příkopu, jižně od Jávy, jsme vymezili zónu velmi intenzivní seismické aktivity. Ohniska zemětřesení zde tvoří ostře ohraničené prostorové těleso, zatímco Wadati-Benioffova zóna zanořující se oceánské desky s úklonem 40–50° je pozorována teprve ve vzdálenosti cca 150 km severně od hlubokomořského příkopu. Jedním z možných vysvětlení tohoto faktu je nově vznikající subdukční zóna právě v místech předsunuté intenzivní seismicity. Podobný proces probíhá rovněž podél pobřeží Sumatry a podle našeho názoru s tímto procesem souvisí i prosincové sumatranské zemětřesení.
  • Analýzou prostorového rozložení ohnisek zemětřesení vznikajících v kontinentálním klínu nad zónou subdukce jsme vymezili významné zlomové zóny regionálních rozměrů (délka několika stovek až tisíc km). Tyto seismicky aktivní zlomové zóny někdy slouží jako přívodní kanály magmatu z hluboko uložených magmatických zdrojových oblastí k vulkánům na zemském povrchu. Často na nich dochází k mělkým zemětřesením s katastrofálními následky.
Zjistili jsme překvapivě vysokou korelaci mezi polohou těchto seismicky aktivních zlomových zón s rozložením hypogenních (hydrotermálních) ložisek nerostných surovin (rudy Cu, Pb, Zn, Au, Ag). To ukazuje na existenci a fungování těchto zlomových zón jako přívodních drah rudonosných roztoků během značně dlouhého časového intervalu (desítky milionů let).

Aleš Špičák, Jan Zedník,
Geofyzikální ústav AV ČR