Zemetrasenia patria k najničivejším prírodným katastrofám na našej planéte

28. feb. 2017 • Fyzikálne vedy

Zemetrasenia patria k najničivejším prírodným katastrofám na našej planéte

Podstatná časť populácie ľudí na svete žije v oblastiach, ktoré sú najviac ohrozené zemetrasením, a to v blízkosti seizmoaktívnych zlomov. Osídlenie súvisí s geológiou, hydrológiou, klímou a geografiou. Počet ľudí a hustota obyvateľstva v týchto oblastiach neustále rastie. Hospodársky vyspelé krajiny musia riešiť aj zvyšovanie technologickej zložitosti osídlenia.

V chudobných a rozvojových krajinách môžu aj stredne veľké zemetrasenia spôsobiť katastrofu v mestách, v ktorých sa prudko zvýšil počet obyvateľstva ich migráciou z vidieka. Následky môžu byť dramaticky väčšie ako pri podobných zemetraseniach v minulosti. Dôvodom je najmä nekvalitná zástavba v dôsledku nedostatku finančných prostriedkov a korupcie. Aj v rozvinutých krajinách rastie zraniteľnosť miest kvôli rastúcej hustote obyvateľstva a technologickej zložitosti osídlenia, ak nie sú dôsledne uplatňované vyvinuté metódy projektovania a výstavby v súlade s mierou seizmického ohrozenia.

Prístup v mnohých krajinách a mestách je v rozpore s mierou seizmického ohrozenia a adekvátne sa nevenujú hroziacej katastrofe. Dôvodov je viacero: nedostatok finančných prostriedkov, neschopnosť pochopiť vážnosť situácie, dúfajú, že ich to už nezastihne. V tomto uvažovaní ich podporuje oprávnený pocit, že nikto z nich napokon v prípade katastrofy nebude braný na zodpovednosť.

Epicentrá zemetrasenís M > - 5 za obdobie 10 rokov

Max Wyss, riaditeľ Svetovej agentúry planetárne monitorovanie a znižovanie rizika zemetrasení v Ženeve, upozornil, že v 12-tich zemetraseniach za posledných 10 rokov (s počtom usmrtených vyšším ako 1000), bol skutočný počet usmrtených 160-krát väčší ako predpokladali pravdepodobnostné analýzy ohrozenia. Seizmológovia musia spresniť analýzu ohrozenia. Dôležitou súčasťou určenia ohrozenia na záujmovej lokalite je analýza vplyvu lokálnych povrchových podmienok na seizmický pohyb. V tejto analýze má nezastupiteľnú úlohu numerické modelovanie seizmického pohybu.

Litosféra je rozbitá na platne, ktoré sú vo vzájomnom pohybe

Existujú tri druhy vzájomných litosférických platní. Je mylná predstava, že litosféra pláva na niečom takom ako je astenosféra. Nič také sa nedeje. V podstate ide o to, že materiál plášťa z dôvodov, ktoré doteraz nie sú jasné, je v pohybe, napríklad rotačnom alebo vzostupnom. Tento materiál plášťa trením ťahá so sebou materiál do litosféry. Platne sú teda v pohybe kvôli konvencii materiálu v plášti. Trenie môže dočasne zabrániť relatívnemu pohybu litosférických platní na ich kontakte. Trenie však nezabráni tomu, aby sa celý zvyšok obrovských platní naďalej pohyboval.

Litosféra je rozbitá na platne, ktorú sú vo vzájomnom pohybe

Ide o šírenie seizmických vĺn. Keď tieto dosiahnu povrch Zeme, tak ho rozkmitajú a toto ľudia vnímajú ako zemetrasenie.

Tektonické zemetrasenieSeizmológovia sú schopní identifikovať väčšinu, ale nie všetky nebezpečné seizmoaktívne zlomy. Môžu pravdepodobnostne i deterministicky kvantifikovať mieru seizmického ohrozenia v záujmovej oblasti. Presnosť analýzy závisí od dostupných údajov a pokročilosti metodológie. Tektonické pohyby Zeme spôsobili vyše 90 % zemetrasení.

Z hľadiska energetického nás zaujíma tektonické zemetrasenie, to znamená zemetrasenie v dôsledku tektonických pohybov.  Tektonické zemetrasenie tvorí súbor štyroch základných procesov: spontánny vznik a spontánne šírenie trhliny na zlomovej ploche alebo kontakte platní; generovanie kmitavého pohybu šíriacou sa trhlinou; šírenie kmitavého pohybu vnútrom Zeme (šírenie seizmických vĺn v Zemi); kmitavý pohyb povrchu Zeme spôsobený príchodom seizmických vĺn.

 

Najsilnejšie zemetrasenie v Európe bolo v Lisabone 1. 11. 1755 (magnitúdo 8.7). Niekoľko minút po zemetrasení voda najskôr ustúpila (lode sa ocitli na dne), avšak potom prišlo viac ako 10 m vysoké tsunami. Vlny tsunami cez ústie rieky Tejo zaplavili spodnú časť mesta. Zemetrasenie, tsunami a požiar spôsobili smrť 70 000 – 100 000ľudí. Boli zničené historické materiály Vascu da Gama a Kryštofa Kolumba. Náhla, ohromujúca, nečakaná, bezprecedentná a najmä nepochopiteľná katastrofa spôsobila veľký záujem učencov (P. S. Laplace, W. R. Hamilton, J. W. von Goethe, I. Kant, A. von Humboldt, Voltaire).

Zemetrasenie v Lisabone 1. 1. 1755

Lisabonská katastrofa znamenala novú epochu v záujme o poznanie našej planéty – jej vnútornej štruktúry a procesov.  Uznávaný slovenský seizmológ prof. Peter Moczo v tejto súvislosti uviedol, že „aj keď dnes už vieme zásadne viac o procese prípravy a vzniku tektonických zemetrasení a tsunami, stále vieme veľmi málo o zdroji Lisabonského zemetrasenia a o tom, prečo bolo také veľké."

V Čile od r. 1570 vzniklo pozdĺž subdukčnej zóny 25 zemetrasení s magnitúdom 8 a väčším. Väčšia časť Santiaga bola zničená zemetrasením 13. 5. 1647 M8.5, XI Mercalli 1000 mŕtvych.  22. 5. 1960 Terremoto de Valdivia alebo Gran terremoto de Chile M9.5 – dosiaľ najsilnejšie prístrojovo zaznamenané zemetrasenie, otrasy trvali až 13 minút. Porušená plocha 800 x 200 km2. Bolo identifikovaných vyše 1500 módov vlastných kmitov Zeme. Počet mŕtvych: 1000 – 7000. Spôsobené tsunami dosiahlo výšku až 25 m a zdevastovalo pobrežie Chile. Tsunami dosiahlo po 15 hodinách Hawaii, zničilo prístav Hilo, spôsobilo smrť 61 ľudí, o ďalších 7 – 8 hod. zasiahlo Japonsko a Filipíny. V Japonsku (16 000 km od epicentra) zahynulo 139 ľudí. Zemetrasná história Chile viedla k príkladnej pozornosti štátu vo vzťahu k zemetrasnému ohrozeniu. 

Podrobnejšie informácie o ďalších zemetraseniach – San Francisco Bay area, Los Angeles area, Nový Zéland, Cascadia (Vancouver, Seattle, Portland), Istanbul a Teherán – obsahuje prezentácia na tému Zemetrasenia – nezastaviteľné časované bomby, s ktorou vystúpil vo vedeckej kaviarni Veda v CENTRE 23. 2. 2017 o 17.00 hod. v Centre vedecko-technických informácií SR v Bratislave prof. Peter Moczo. Okrem iného, uviedol, že skúmať zemetrasenie je v podstate riešiť matematicko-fyzikálny problém, numericky modelovať nejaký zložitý proces.

 

prof. RNDr. Peter Moczo, DrSc.Prof. RNDr. Peter Moczo, DrSc., člen Učenej spoločnosti SAV, vedúci Katedry astronómie, fyziky Zeme a meteorológie na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského (FMFI UK) v Bratislave, prorektor UK pre vedecko-výskumnú činnosť a doktorandské štúdium a predseda Slovenskej komisie pre vedecké hodnosti, profesor fyziky, založil teoretickú a výpočtovú seizmológiu na Slovensku. Viedol tímy, ktoré vybudovali národnú sieť seizmických staníc. V celosvetovom meradle významne prispel k pokroku v numerickom modelovaní šírenia seizmických vĺn a seizmického pohybu v štrukturálne zložitých prostrediach.

Špičkový vedecký tím pod vedením prof. Petra Mocza (členovia tímu: doc. Mgr. Jozef Kristek, PhD., Mgr. Miriam Kristeková, PhD., a Mgr. Martin Gális, PhD., z FMFI UK v Bratislave) prispel k rozvoju numerického modelovania seizmického pohybu. Dokázal ekvivalenciu dvoch tradične alternatívnych reologických modelov kontinua používaných na modelovanie realistického útlmu v Zemi. Zistil, že homogenita aproximácií priestorových derivácií je kľúčovým faktorom, ktorý rozhoduje o správaní sa (presnosti) konečno-diferenčných (KD) schém s rastúcim pomerom rýchlostí šírenia pozdĺžnych a priečnych vĺn. Vysoký pomer rýchlostí je dôležitou vlastnosťou povrchových lokálnych štruktúr zodpovedných za anomálne pohyby počas zemetrasení. Toto zistenie treba zohľadniť vo vývoji optimálne presných schém a výbere numerickej metódy.

Tím numerického modelovania seizmického pohybu vyvinul:

  • spôsob reprezentácie vlastností viskoelastického kontinua v diskrétnej KD sieti, t. j. tzv. efektívne sieťové materiálové parametre zohľadňujúce spojitú i nespojitú materiálovú nehomogenitu;
  • materiálovo nezávislé anelastické funkcie (pamäťové premenné) v realistickom modeli útlmu a efektívnu priestorovú distribúciu anelastických parametrov;
  • metódu simulácie podmienky voľného povrchu v striedavo-usporiadanej konečno-diferenčnej sieti, ktorá je presnejšia ako predtým používaná metóda;
  • stabilný algoritmus diskontinuitnej striedavo-usporiadanej konečno-diferenčnej siete;
  • výpočtovo efektívny algoritmus pre PML neodrážajúce hranice siete;
  • 3D kauzálnu hybridnú konečno-diferenčnú – konečno-elementnú metódu na numerické modelovanie dynamického šírenia trhliny na seizmickom zlome a šírenia seizmických vĺn generovaných šíriacou sa trhlinou;
  • časovo-frekvenčné kritériá zhody a nezhody na kvantitatívne porovnávanie časových signálov.

Monografiu napísali: Peter Moczo, Jozef Kristek a Martin Gális  Na základe numerického modelovania dosiahli pôvodné zaujímavé výsledky o vplyve lokálnych povrchových sedimentárnych štruktúr na seizmický pohyb. Napríklad zistili, že diferenciálny pohyb (rotačná zložka pohybu) v časovej oblasti vykazuje ostré maximum v blízkosti laterálnej diskontinuity v sedimentoch. Rezonančné zosilnenie seizmického pohybu pod koloseom v Ríme môže byť pôvodnou príčinou chýbajúcej južnej časti vonkajšej steny. Príklady aplikácií numerického modelovania seizmického pohybu na reálnych lokalitách: Grenoble, Francúzsko; Thessaloniki, Grécko; Mygdónsky bazén, Grécko; lokality jadrových zariadení v Cadarache, Francúzsko; lokality jadrových zariadení vo Francúzsku a na iných miestach.

Prof. Peter Moczo, Dr. Jozef Kristek a Dr. Martin Gális sú autormi prvej monografie svojho druhu  o konečno-diferenčnom modelovaní seizmického pohybu. V monografii, ktorá vyšla pod názvom The Finite-Difference Modelling of Earthquake Motions. Waves and Ruptures v Cambridge University Press, zhrnuli dosiahnuté výsledky.

 

Z prednášky a prezentácie spracovala a uverejnila: Marta Bartošovičová, NCP VaT pri CVTI SR

Obrázky sú z prezentácie prof. Petra Mocza

PREZENTÁCIA

Foto: NCP VaT pri CVTI SR

FOTOGALÉRIA

 

Súvisiace:

Hore
Publikácie Veda v CENTRE
výtvarná súťaž TVT 2019
Aurelium - centrum vedy
Vedec roka 2018
QUARK
Prechod VK na VND - leto
fotografická súťaž TVT 2019
Noc výskumníkov 2019
kúpa časopisov jún 2016
Atmosféra počas TVT 2018
TVT 2019
TVT 2018 články
TAG História
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Náš mozog je zložený z miliárd neurónov, ktoré sú poprepletané tisíckami prepojení.
Zistite viac