Analiza potresov v Sloveniji

Slovenija leži na tektonsko dejavnem območju, ob stiku večih litosferskih plošč. Več o tem  sem pisal v tem blogu. Zato Slovenijo vsakih nekaj let strese močan potres, vsakih nekaj 10 let pa se pojavijo rušilni potresi. Problem s potresi, kot obliko naravne katastrofe, je ta da jih na noben način  ne moremo preprečiti. Tudi napovedovanje potresov je za današnjo znanost še prevelik zalogaj.

Lahko pa se zavarujemo pred pred potresi, tako da jih bolje razumemo. In prav splošno znanje o potresih v Sloveniji je razmeroma šibko, kar je (po mojih izkušnjah) posledica tega da učenci v šolah dobijo slabo ali pa v večih primerih celo zavajajoče znanje o potresih.

sfdsfdsf

Shema treh glavnih vrst prelomov ob katerih nastajajo potresi (normalni, reverzni in pa zmični prelom). Normalni prelomi nastajajo, ko se ozemlje širi in povzročajo pogrezanje terena. Reverzni prelomi ali narivi nastajajo ob krčenju ozemlja in so značilni za mlada gorovja, ki se dvigajo ob teh prelomih. Zmični prelomi pa nastanejo, ko dva bloka drsita drug ob drugem v bolj ali manj horizontalni smeri. V resnici je v naravi redko kateri prelom le normalen, reverzen ali zmičen, ampak se pojavljajo najrazličnejše kombinacije.

Torej v prvi vrsti kaj so sploh potresi? Enotne definicije seveda ni. Vendar potresi vedno nastajajo na stikih kamninskih blokov (npr. litosferskih plošč), ki se premikajo drug ob drugem. Te stike kamnin imenujemo prelomi. Večino časa kamninska bloka drsita nemoteno drug ob drugem in ne povzročata potresov. Zaradi različnih razlogov pa se kamninska bloka zatakneta. Premikanje neposredno ob prelomu je onemogočeno, med tem ko se bolj oddaljeni deli blokov še vedno premikajo. Posledično se sile na t.i. zaklenjenem prelomu začnejo močno povečevati. To se lahko dogaja več dni, let, ali stoletij. Vendar napetosti se ob prelomu ne morejo povečevati v nedogled, ampak le do  do t.i. strižne trdnosti kamnine. Vsaka kamnina ima svojo specifično strižno trdnost.  V trenutku ko je strižna trdnost presežena, kamninska bloka končno zdrsneta drug ob drugem. Ob tem pa se sprosti ogromna količina seizmične energije, kar občutimo kot potres. Bloka ki zdrsita vzdolž preloma povzročita nove nehomogenosti v napetostnem stanju, kar povzroči nastanek popotresov. So pa po popotresi navadno vsaj za eno magnitudo šibkejši kot glavni potresi.

shel_san_andreas

Prelom Svetega Andreja – najbolj znan zmični prelom na svetu – se premika tako hitro da je prestavil reko

Potresi se običajno zgodijo na velikih globinah. In to ravno iz razloga, ker so na Zemeljskem površju sile enostavno premajhne, da bi lahko prišlo do potresa. Velja da v večjih globinah nastajajo močnejši potresi. Vendar so najbolj nevarni plitvi potresi, ker se zaradi bližine površja seizmična energija ne uspe razpršiti (in porazgubiti), tako kot pri globokih potresih.

calquake.v2

Ob posebaj močnih potresih nastajajo površinski pretrgi, kot je ta na sliki ki je prestrigel cesto

In ravno tu prihaja do največjih težav oz. hude zmede v javnosti ob vsakem potresu. Torej kako merimo moč potresov? Samo moč potresov merimo v količini sproščene energije ob potresu. Sporočeno energijo pa ponavadi podajamo v magnitudah. Ob potresih se sprosti nepredstavljivo veliko energije. Ob potresu magnitude 5.6 (potres v Posočju 1998), se je sprostilo ca. 10^13 J energije, kar je primerljivo z energijo sproščeno ob eksploziji atomske bombe v Hiroshimi ( 5*10^13 J energije). Pa potres v Posočju sploh ni bil močan – npr. ob predlanskem potresu na Japonskem, ki je bil magnitude 9.0 se je sprostila kar 1.9*10^17 J, kar ustreza bi ustrezalo sproščeni energije 3000 atomskih bombam na Hiroshimo vrženih hkrati! Povečanje za eno magnitudo pomeni 27.5 kratno povečanje energije. Zato naj vas nikar ne zavede misel da potres npr. 5,7 enako kot potres 6,0. To lestvico včasih imenujemo tudi Richterjeva lestvica.

sdsaasdasEvropska makroseizmična lestvica

Druga lestvica s katero obravnavamo potrese je Evropska makroseizmična lestvica (EMS). Ta je naslednica bolj znane (in že zastarele) Mercallijeve lestvice. EMS lestvica ne podaja moči potresov, ampak učinke potresov na ljudi, predmete in na naravo. EMS lestvica je 12. stopenjska. Potresi intenzitete I so nezaznavni, potresi VI intenzitete povzročajo prve manjše poškodbe, VIII intenzitete povzročajo rušenja (Posočje 1998), potresi X intenzitete povzročijo uničenje vseh zgradb, med tem ko potresi XII povzročijo poleg popolnega uničenja zgradb tudi obsežne spremembe v naravi. Pomembno pri tej lestvici je predvsem ta da se intenziteta potresa lahko močno spreminja glede na lokacijo. Bližje kot je nek kraj žarišču potresa, večjo intenziteto potresa običajno občuti. Ni pa vedno tako. Hiše, ki so zgrajene na mehkih tleh (melj, glina, barjanska tla), so običajno bolj prizadete ob potresih, kot tiste zgrajene na trdnih kamninah (granit, apnenec, dolomit). Magnituda (mera za sproščeno energijo) pa je vedno enaka, ne glede na kraj na Zemlji in oddaljenost od žarišča potresa. Poleg tega je potrebno poudariti da absolutno ni nobene povezave med Richtarjevo lestvico in EMS lestvico, ker vsaka izmed lestvic opredeljuje povsem drugo stvar.

peridaPeriadriatski prelom (označen s puščicami) – prelom, ki je najverjetneje odgovoren za današnji potres na Koroškem.

Kako pa sploh ugotovimo žarišče potresa? Za odgovor na to vprašanje moramo najprej razumeti kakšne oblike potresnih valov nastanejo ob potresu. Obstajata da glavna tipa potresnih valov: vzdolžni ali P-valovi in prečni ali S-valovi. P- valovi nastanejo bodisi zaradi raztezanja bodisi zaradi krčenja kamnine kot posledica premika ob prelomu. Ti valovi se skozi kamnino širijo kot zgoščine in razredčine. Med vsemi potresnimi valovi, P-valovi potujejo najhitreje (ca. 5.8 km/s). Ob potresu kamnina ni izpostavljena samo krčenju/raztezanju, ampak tudi strigu. To povzroči S-valove, ki se tudi v resnici širijo podobno kot valovi, ki jih vidimo na vodni gladini. S-valovi navadno potujejo s 65 % hitrosti P-valov (3.45 km/s). Zato za njimi vedno zaostanejo. P-valovi niso rušilni valovi in jih ljudje zelo redko občutijo. Zaznajo pa jih seizmografi. Rušilni so počasnejši S-valovi. Razliko med prihodom nerušilnih P- valov  in rušilnih S-valov znaša običajno nekaj sekund do nekaj minut. To razliko uspešno izkoriščajo na Japonskem. Ob močnem potresu seizmogrami zaznajo P-valove in prebivalci so v trenutku avtomatsko, preko mobilnih telefonov, obveščeni da prihaja potres. Tistih nekaj sekund preden pridejo rušilni S-valovi je dovolj, da se v tem času prebivalci poskrijejo na varno, ustavijo jedrske elektrarne, ustavijo vlake. itd.

rterterter dfdsfsdfdsf

Način širjenja P in S-valov skozi kamnino

In ravno iz razlike v prihodu P in S-valov se da izračunati oddaljenost potresa. Na vse bolj oddaljenih seizmoloških opazovalnicah bo razlika v času prihoda P in S-valov vse večja. Oddaljenost potresa izračunamo po enačbi:

D = (Ts – Tp) / (1/Vs – 1/Vp)

kjer je D razdalja do potresa, Ts čas prihoda S-valov, Tp čas prihoda P-valov, Vs hitrost S-valov in Vp hitrost P-valov.

dfdsfds - KopijaSeizmogram današnjega potresa 4.0 magnitude v bližini Celovca. Seizmogrami z različnih potresnih opazovalnic so razporejeni glede na  naraščajočo oddaljenost od žarišča potresa. Z rdečo so označeni P-valovi, s zeleno pa počasnejši S-valovi. Vir: http://www.arso.gov.si/potresi/obvestila%20o%20potresih/aip/

S pomočjo zgornje opazovalnice in seizmogramov na zgornji sliki sem se za zabavo tudi sam lotil izračuna epicentra potresa, ki se je zgodil danes pri Železni Kapli. Zanimalo me je za koliko kilometrov se bom zmotil. Najprej sem izbral tri potresne opazovalnice, ki so najbolj oddaljene ena od druge: in sicer Perniče (VERS), Vrh pri Dolskem (VNDS) in Gorjuše (GORS). Iz zgornjih seizmogramov sem ugotovil da je bila razlika v prihodu P in S-valov v Perničah 5.0 s, na Dolskem 5.6 s in v Gorjušah 7.2 s. Ko sem podatke vstavil v zgornjo enačbo sem dobil da je bil potres od Pernič oddaljen 42.5 km, od Dolskega 47.6 km in od Gorjuš 61 km. Potem sem z računalniškim programu Arc Map narisal tri krožnice – tako da je bil center krožnice na lokaciji potresne opazovalnice, polmer krožnice pa je ustrezal oddaljenosti opazovalnice od potresa. Središče območja kjer se sekajo vse tri krožnice, predstavlja točko kjer se je zgodil potres. Pravi epicenter sem zgrešil za 16 km.

Seizmogram - Kopija - KopijaČasovna razlika v prihodu P in S-valov na izbranih potresnih opazovalnicah 

potres - Kopija (2) - Kopija2Zelen krog predstavlja potresno opazovalnico pri Gorjušah  (GORS), moder krog na Dolskem (VNDS) in rdeč v Perničah (PERS). Vijoličen krogec prestavlja epicenter, ki sem ga sam določil, črni krogec pa je pravi epicenter.

Potres v Posočju 1998 je povzročil tudi nekaj dobrega, saj je kot posledica v Sloveniji zrasla ena najmodernejših mrež potresnih opazovalnic na svetu. Avtomatske analize potresov dobimo na internetu le nekaj minut po potresu. Tako je bilo tudi danes ob potresu 4.0 magnitude v Železni Kapli. Potres je verjetno nastal ob Periadriatskem prelomu, ki je z dolžino ca. 1000 km najdaljši prelom v Alpah. Prelom je tako velik da je z lahkoto viden iz vesolja (glejte Google Earth). Zanimivo pri tem potresu pa je tudi da se je zgodil nenavadno plitko –  le v globini dveh kilometrov – kar je precej plitveje od povprečja, ki je nekje okoli 7 kilometrov. Le 5 minut za glavnim potresom se je zgodil popotresni sunek 1.9 magnitude, katerega epicenter prav tako leži na liniji Periadriatskega preloma, le nekoliko zahodneje, bližje Slovenski meji.fsdfdsf

Epicenter današnjega potresa. Modre točke so potresne opazovalnice, ki so zabeležile potres. Vir: http://www.arso.gov.si/potresi/obvestila%20o%20potresih/aip/

S zgornjo preprosto enačbo seveda ne dobimo natančne lokacije potresa.  Ta enačba namreč vsebuje preveč predpostavk: da se potresni valovi ves čas širijo z enako hitrostjo, da hitrost potresnih valov ne pojema, da je smer širjenja potresnih valov v obliki krogle ter da ni nobenih odbojev in drugih motenj. Vse te predpostavke v resnici skorajda nikoli ne držijo. Potresni valovi se v bolj gostih kamninah širijo nekoliko hitreje, kot v manj gostih. Zato valovi na meji med mehko in gosto kamnino pospešijo. Geološke strukture pa povzročijo da se valovi širijo  v nepravilnem vzorcu, namesto v obliki krogle. Če se želimo bolj natančno določiti hipocenter (žarišče) potresa, potrebujemo zelo natančne geološke podatke o globoki strukturi območja, kjer se je zgodil proces. Te podatke pa se vnese v bolj zapletene enačbe, ki upoštevajo geološko zgradbo, efekte topografije, spremembe hitrosti seizmičnih valov z globino in še nekatere druge parametre. Izračuni takih zapletenih enačb pa bi “na peš” trajali celo večnost. Zato to danes počnejo računalniki.

Bojan Ambrožič

6 comments

Submit a comment

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Komentirate prijavljeni s svojim WordPress.com računom. Odjava / Spremeni )

Twitter picture

Komentirate prijavljeni s svojim Twitter računom. Odjava / Spremeni )

Facebook photo

Komentirate prijavljeni s svojim Facebook računom. Odjava / Spremeni )

Google+ photo

Komentirate prijavljeni s svojim Google+ računom. Odjava / Spremeni )

Connecting to %s