Fizika Potresa

Zašto je stručnjacima teško predvidjeti gdje će i kada doći do potresa, otkriva geofizičar Hrvoje Tkalčić

  • Autor: Mladen Smrekar
  • Zadnja izmjena 24.03.2020 15:23
  • Objavljeno 24.03.2020 u 15:02
Hrvoje Tkalčić sve je najvažnije odgovore na pitanja o potresima sakupio na jednom mjestu

Hrvoje Tkalčić sve je najvažnije odgovore na pitanja o potresima sakupio na jednom mjestu

Izvor: Pixsell / Autor: Borna Filić

Što su uopće potresi, zbog čega nastaju, kako određujemo njihovu točnu lokaciju i što se točno događa kad se pokrenu? Na sva ta i druga pitanja odgovara hrvatski znanstvenik, profesor na Australskom nacionalnom sveučilištu

Hrvoje Tkalčić, australski znanstvenik hrvatskog podrijetla, ovih dana veoma je tražena osoba. Geofizičar svjetskog glasa, čovjek koji je život posvetio istraživanju misterija potresa, za mnoge je prava adresa da potraže odgovore na pitanja koja ih muče, naročito otkako se tako silovito zatreslo tlo ispod Zagreba. Pojedinačno mu je teško odgovoriti na sve upite pa je one najvažnije odgovore sakupio u svom postu na Facebooku. Evo što je sve rekao.

Što su potresi i kako nastaju

Zemlja je dinamičan planet. Velike tektonske ploče i manji fragmenti od kojih se sastoji Zemljin gornji sloj su u konstantnom gibanju jer je ona u svojoj unutrašnjosti još uvijek topla. Ovisno o smjeru gibanja ploča i fragmenata, dolazi do zapinjanja na rubovima zbog trenja između njihovih ploha. Dvije ploče, ili dva manja fragmenta, tako duže vremena mogu biti u stanju kompresije.

Probajte naći dva poveća bloka spužve za pakiranje, pritisnite ih jedan uz drugi i zatim ih tako stisnute pokušajte pomaknuti lateralno u suprotnim smjerovima. Na početku to neće ići, sve dok ne primijenite dovoljno veliku silu da uspijete prevladati trenje i pomaknuti ih. Kada se blokovi konačno pokrenu, gibanje će biti ubrzano, kao da je došlo do proklizavanja. Upravo tako nastaje i potres – naglim proklizavanjem na dodirnim površinama koje se još nazivaju rasjedi.

Seizmički tomogram rasjeda San Andreas na Parkfieldu

Seizmički tomogram rasjeda San Andreas na Parkfieldu

Izvor: Sciencephoto / Profimedia / Autor: Science Photo Library

Međutim u prirodi je sve to puno većih dimenzija i što su rasjedi veći, raste mogućnost za veći potres jer je magnituda potresa proporcionalna površini rasjeda koja se aktivirala. Recimo, rasjed San Andreas, koji se pruža u smjeru jugoistok-sjeverozapad i stotinama kilometara prati zapadnoameričku obalu, ima sa svoje lijeve strane ploču veličine cijelog Pacifika, a s desne gromadu puno veću od cijelog američkog kontinenta. Zbog toga taj rasjed ima kapacitet za ogromne potrese, čak i one iznad magnitude 8.0.

Dakako, uz tektonske, postoje vulkanski potresi, ali oni su manje relevantni u ovoj priči.

Zbog čega nastaju potresi kod Zagreba

Kod potresa ispod Medvednice radilo o dva bloka stijena u kontaktu jer Zagreb je dosta daleko od rubova tektonskih ploča. No samo postojanje Medvednice dokaz je da je područje geološki aktivno. Kroz geološku povijest Zemlje neki su se dijelovi njezine kore uzdizali, drugi spuštali, a Medvednica je nekad čak bila i otok u Panonskom moru. Geolozima je poznato to da se u području Medvednice nalaze rasjedi, a na koncu i veliki potres iz 1880. dogodio se na jednom od njih.

Prve seizmološke analize nedjeljnog glavnog potresa pokazale su da je riječ o tzv. reversnom rasjedu kod kojeg do potresa dolazi zbog toga što su dva bloka u kontaktu bila dugo izložena kompresiji, baš kao u primjeru spužve za pakiranje. Suprotno od reversnih su normalni rasjedi kod kojih su blokovi izloženi dilataciji, tj. sile su u suprotnom smjeru od kompresije.

Što se točno događa prilikom potresa

Prilikom naglog proklizavanja iliti potresa energija koja se akumulirala mjesecima, godinama, a ponekad i stoljećima, naglo se oslobodi u obliku valova.

Kod prolaska tih valova kroz Zemlju oscilacija čestica tla može biti ili u smjeru gibanja valova, baš kao što molekule zraka osciliraju kod zvuka, ili pak okomito na smjer gibanja valova, sličnije valovima na površini mora. Prva vrsta su P valovi (primae), a druga su S valovi (secundae). Kad valovi stignu na površinu Zemlje iz njezine unutrašnjosti, P uvijek prethode S valovima.

Slikovito se može reći da osjetljiva olovka seizmometra zapiše njihovo gibanje na pomičnom komadu dugačkog papira koji je omotan oko rotirajućeg mehaničkog valjka, a i doslovno, kod analognih zapisa. Taj se zapis naziva seizmogram. Uz prostorne, postoje površinski valovi koji se šire površinom Zemlje.

Što je uzrok materijalnoj šteti u Zagrebu

Zbog načina na koji se giba tlo kod P valova oni se osjete ili kao udarac (kod kompresije) ili kao propadanje (kod dilatacije); mogu vas izbaciti iz kreveta, ali rijetko mogu prouzročiti značajniju štetu. Upravo su stoga S (ili transverzalni) valovi, kod kojih se čestice tla gibaju okomito na smjer širenja valova, prouzročili najveće štete u Zagrebu. Ta vrsta gibanja je analogna onome što je većina ljudi opisala kao osjećaj ljuljanja.

Ljuljanje kod umjerenih potresa može potrajati nekoliko sekundi, a kod onih jačih i oko minutu ili dulje. A kako to izgleda, vidi se i iz videouradaka snimljenih za vrijeme potresa u Tohokuu ili drugih poznatijih potresa.

Inače, kod većih udaljenosti od žarišta potresa površinski valovi su ti koji uzrokuju najviše štete. Ovako plitak potres, dubine od oko 10 kilometara, generirao je i površinske valove koji su se mogli osjetiti na širem području.

Potres i cunami koji su 2011. pogodili Tohoku

Izvor: Društvene mreže / Autor: A Reinoehl

Kako određujemo točnu lokaciju potresa

Zamislimo da se dogodio potres na nepoznatoj lokaciji, a vi imate tri seizmometra: jedan u Puli, drugi u Dubrovniku i treći u Osijeku. Zamislimo i to da ste na zapisanim seizmogramima jasno prepoznali trenutak kad su stigli P i S valovi. Iz vremena koje je proteklo između nadolazaka P i S valova možete zaključiti koliko daleko je potres, po istoj logici po kojoj se može odrediti daljina olujnog oblaka brojeći sekunde između bljeska munje i zvuka groma.

U Puli ste tako na seizmogramu izmjerili da je vrijeme koje je proteklo između nadolazaka P i S valova 6.6 sekundi, u Dubrovniku je ta razlika 40.6 sekundi, a u Osijeku 31.9 sekundi. I bez računa vam je odmah jasno da je potres najbliže Puli, a najdalje Dubrovniku.

Snimke potresa s nadzornih kamera Medicinskog fakulteta

Izvor: Društvene mreže / Autor: MEF Zg

Ako pretpostavimo da se P valovi gibaju prosječnom brzinom od 8 km/s, a S valovi prosječnom brzinom od 4.5 km/s, lako ćemo izračunati na osnovi vremenskih razlika između nadolazaka S i P valova da je potres udaljen 68 kilometara od Pule, 418 kilometara od Dubrovnika, a 328 kilometara od Osijeka. To je slično primjeru munje i groma, samo što je brzina zvuka kroz zrak (0.34 km/s) dosta manja od brzine P i S valova, a brzina svjetlosti praktički beskonačno velika relativno u odnosu na brzinu zvuka, tako da bi tri sekunde između munje i groma odgovarale udaljenosti od samo jednog kilometra.

Odredili smo da je potres 68 kilometara daleko od Pule, ali on se mogao dogoditi u bilo kojem smjeru od Pule na udaljenosti od 68 kilometara. Drugim riječima, rješenje je negdje na kružnici radijusa 68 kilometara sa središtem u Puli, možda negdje u moru, a možda i na kopnu. Ako istu logiku primijenimo na Dubrovnik i Osijek te nacrtamo i ostale dvije kružnice na zemljopisnoj karti, one će se presjeći približno u jednoj točki koja pripada svim trima kružnicama. Proizlazi da je ta točka grad Rijeka, i to je u ovom slučaju naše rješenje. Ako sam ovo dobro opisao, shvatili ste princip metode triangulacije, a ona se osim lokacije potresa koristi još u astronomiji, geodeziji, u vojne svrhe itd.

Po istoj ovoj metodi, naši seizmolozi su odredili da je epicentar jučerašnjeg glavnog potresa bio kod Markuševca.

  • +49
  • +46

Štete od potresa na Mirogoju

Izvor: Cropix / Autor: Neja Markicevic / CROPIX

Hoće li biti još potresa u Zagrebu i okolici i možemo li ih predvidjeti

Bit će ih vjerojatno još dosta manjih u sljedećim danima, što će uzrokovati podrhtavanje tla, ali to je norma kod većine umjerenih i većih potresa. Dakle postupno smirivanje. Nezahvalno je davati prognoze o tome čeka li nas veći potres, kada i gdje te koje magnitude, jer činjenica je da znanstvenici još nemaju recept po kojem je to moguće utvrditi, sviđalo se to nekome ili ne. Međutim ono što možemo je predvidjeti kako će se gibati tlo i koji će učinak to imati na zgrade i infrastrukturu za razne moguće scenarije budućih potresa.

Posljednji potresi rezultirat će u velikom broju zabilježenih podataka na seizmogramima u cijeloj Hrvatskoj te široj regiji i omogućit će kolegama seizmolozima da kalibriraju postojeće modele arhitekture podzemlja ispod sjeverne Hrvatske i bolje odrede položaj i orijentaciju rasjeda, a kroz to onda i učinak valova potresa na infrastrukturu Zagreba i okolice.

Zašto ne možemo znati gdje će biti sljedeći udar

Nezahvalno i teško je govoriti o prognozi potresa, čak i meni koji sam seizmolog, kaže Tkalčić. Moja motivacija kao znanstvenika je shvatiti fiziku potresa, što se događa u žarištu, kako se energija oslobađa i kako iz valova koji su se oslobodili razumjeti građu Zemlje.

Svaki potres je jedinstven i drugačiji po nečemu od onoga prethodnog. Unutrašnjost Zemlje još je neistražena i u fazi otkrića, a mi bilježimo na površini valove potresa koji prolaze kroz tu istu nedovoljno poznatu Zemljinu unutrašnjost i onda na osnovi tih zapisa pokušavamo shvatiti nelinearan i vrlo kompleksan fizikalan sustav.

Pregled tjedna bez spama i reklama

Prijavi se na naš newsletter i u svoj inbox primaj tjedni pregled najvažnijih vijesti!