Сеизмологија

Анимација Индонезијског цунамија из 2004. године

Карта глобалних епицентара потреса од 1963. до 1998.

Реконструкција Џанг Хенговог сеизмографа.

Сеизмограм снима 3 врсте потресних таласа: црвена линија показује П-таласе који су најбржи; зелена линија показује С-таласе који су спорији 1,7 пута; дуги таласи или L-таласи су најспорији, а деловање им је слабо.

Схематски приказ унутрашњости Земље. 1. континентална кора - 2. океанска кора - 3. горњи слој - 4. доњи слој - 5. вањско језгро - 6. унутарње језгро - А: Мохоровичићев дисконтинуитет - Б: Гутенбергов дисконтинуитет - C: Лехманнов дисконтинуитет.

Сеизмологија (грч. seismos: потрес и logos: наука) грана је геофизике која се бави проучавањем земљотреса, односно кретањем еластичних таласа кроз Земљу и њихових пратећих појава. Она посматра и мери природне тектонске вибрације, проучава ефекте земљотреса, (на пример цунами таласе), као и изворе потреса, као што су вулкански, тектонски, океански, атмосферски и вештачки процеси (експлозије). Сеизмологија помаже у схватању тектонике Земљине коре, структуре унутрашњости Земље и предвиђању земљотреса.

Резултати сеизмолошких истраживања примењују се у грађевинарству (потресно инжењерство, инжењерска сеизмологија, противсеизмичка градња), урбаном планирању и у истраживањима нафте и природног плина (примењена геофизика). Стручни рад у сеизмологији укључује бележење потреса, њихово лоцирање и каталогизирање, размену података с међународним институцијама, макросеизмичку обраду јачих потреса (мапирање њихових учинака) и слично. Научна истраживања обухваћају проучавање појединости процеса раседања у жаришту (хипоцентру) потреса, моделовање распростирања еластичних таласа кроз Земљу, те одређивање грађе њене унутрашњости, проучавање деловања потресних таласа на грађевине, те процену сеизмичких сила које ће на објект деловати у будућности (потресна угроженост и опасност). Већина спознаја о грађи Земље откривена је управо сеизмолошким поступцима. Научно поље такође укључује студије учинака потреса, попут цунамија као и разних сеизмичних извора попут вулканских, тектонских, океанских, атмосферских и вештачких процеса (попут експлозија). Сродно поље које користи геологију, да изводи закључке на темељу информација које се тичу пређашњих потреса је палеосеизмологија. Бележење земљиног кретања као функцију времена се зове сеизмограм.

Историја

Сеизмологија је релативно млада наука, која се врло брзо развијала тек од почетка 20. века. Реч сеизмологија први је средином 19. века употријебио ирски научник Роберт Малет (1810. – 1881), а први употребљиви сеизмографи конструисани су нешто касније у Италији, Јапану и Немачкој (сеизмометрија). Развој теорије распростирања еластичних таласа претходио је развоју мерних инструмената, па су главне врсте потресних таласа на сеизмограмима утврђене много година након што је њихово постојање теоријски предвиђено. Године 1828. први је пут узета у обзир јачина (интензитет) потреса за означавање штета на грађевинама. У сеизмолошкој су се пракси до данас одржале различите макросеизмичке лествице, које сврставају опажене учинке потреса на гређевине, људе, животиње, предмете и околину у одређени број ступњева, те тако одређују јачину потреса на том месту.

Поткрај 19. века била су основана прва национална сеизмолошка друштва и такозвана поверенства (1878. у Швајцарској, 1880. у Јапану), а 1905. била је основана Међународна удруга за сеизмологију, која је 1951. прерасла у данашње Међународно удружење за сеизмологију и физику унутрашњости Земље. У свету је 1920-их радило око 150 сеизмолошких постаја, те је био основан Међународни сеизмолошки центар, који и данас прикупља податке са сеизмолошких опсерваторија широм света. У европско-медитеранској зони од 1975. делује регионална сеизмолошка организација. У 1950-има у свету је деловало око 700 сеизмолошких постаја. Данас има више од 8 500 међународно регистрованих постаја.

Нагли развој рачунара у другој половини 20. века омогућио је решавање сложених нумеричких проблема повезаних с теоријом ширења и моделовања еластичних таласа у хетерогеном и анизотропном средству, али и знатан напредак у развоју сеизмографа, који се данас темеље искључиво на дигиталном прикупљању података. Сеизмологија разматра појаве које се мере у изузетно великим распонима; најмањи помаци тла који се мере реда су величине 10⁻⁸ метара, док помаци код великих потреса прелазе десетак метара, а период им је од хиљадитог дела секунде приближно до 1 сат. Типични сеизмографи данас прикупљају између 60 и 600 података сваке секунде у непрекинутом раду, па годишње свака постаја прикупи просечно око 12 Гб података.

Потрес

Главни чланак: Потрес

Потрес је изненадна и краткотрајна вибрација тла узрокована урушавањем стена (урушни потрес), магматском активношћу (вулкански потрес) или тектонским поремећајима (тектонски потрес) у литосфери и делом у Земљином плашту. Проучавањем потреса бави се сеизмологија, грана геофизике. Место настанка потреса у дубини Земље назива се жариште (фокус) или хипоцентар потреса. Оно може бити непосредно испод површине па све до дубине од 750 километара (потрес с дубљим жариштем до сада није забележен). Ако је хипоцентар у дубини до 70 километара, потрес је плитак, средње дубоки хипоцентар налази се између 70 и 300 километара, а дубоки хипоцентар на више од 300 километара испод Земљине површине. Потресне вибрације шире се од хипоцентра на све стране прогресивним еластичним потресним таласима. Најбржи су лонгитудинални таласи (лат. undae primae или П-таласи), који осцилују у смеру ширења, стежући и растежући материјал кроз који пролазе. Трансверзални таласи (лат. undae secundae или С-таласи) вибрирају окомито на смер ширења, 1,7 пута су спорији од П-таласа, а шире се само кроз чврсте стене. Дуги таласи (лат. undae longae или L-таласи) најспорији су, чине их кружна и водоравна компонента, а деловање им је слабо. Потрес је најјачи у епицентру (место на површини Земље непосредно изнад хипоцентра) и у његовој најближој околини (епицентрално подручје). Крива зависности трајања путовања потресног таласа до појединог места у епицентралној удаљености назива се ходокрона.

Снага потресног ударца зависи од дубине хипоцентра, удаљености епицентра, својствима тла (у чврстим стенама потрес је слабији него у невезаном тлу), присутности подземне воде, чврстоћи грађевина и другом. Јачина потреса (мера за потрес према оцени учинка потреса на људе, грађевине и природу) одређује се помоћу искуствених макросеизмичких лествица које вреде само за одређена подручја. Прву такву лествицу израдио је Ђакомо Гасталди 1564. године. Од тада је израђен низ лествица за одређивање и упоређивање јачине потреса: лествица П. Б. Егена од 6 ступњева (1828), Мишела Стефана де Росија и Франсое Алфонса Форела од 10 ступњева (1883), Ф. Оморија од 7 ступњева (1900) и друге. Године 1917. Међународно сеизмолошко удружење предложило је за општу упорабу Меркали-Канкани-Сибергове (МЦС) лествице од 12 ступњева (Меркалијева скала). На њој се темељи и Медведев-Спонхеуер-Карникова (МСК) лествица из 1964. године, такође од 12 ступњева. Линије које одељују подручја једнаке јачине потреса називају се изосеисте. У инструменталној сеизмологији јачина потреса одређује се на основи магнитуде (M), величине која се израчунава на темељу записа сеизмографа. Лествицу магнитуда одредио је C. Ф. Рихтер 1935. године, па се она назива његовим именом. Магнитуда M потреса величина је сразмерна енергији Е потресних таласа (израженој у џулима) ослобођених у жаришту потреса и једнака је у свим сеизмолошким постајама које бележе дотични потрес. Она директно зависи од енергије Е ослобођене у жаришту потреса, према релацији:

$\log E=4,8+1,5\cdot M$

односно:

$M={\frac {2}{3}}\cdot (\log E-4,8)$

и омогућује релативно прецизно даљинско оцењивање учинка потреса, јер је за многа подручја на Земљи утврђен однос између износа магнитуде и потресних разарања, односно МЦС-лествице.

На Земљи се годишње забележи више од милион подрхтавања тла, то јест потреса углавном неуочљивих за људска чула. Само 20 до 30 потреса годишње узрокује људске жртве, понекад и стотине хиљада мртвих. Готово 95% потреса јавља се у два уска појаса: циркумпацифичком и медитеранско-трансазијскоме. Први се протеже ободом Тихог океана (такозвани Пацифички ватрени круг), а други од Азора преко Средоземнога мора, Мале Азије, Кавказа, Арменскога горја, Памира и Хималаје до Индонезије.

Литература

• Аллабy, Аилса; Аллабy, Мицхаел, ур. (2003). Оxфорд Дицтионарy оф Еартх Сциенцес (Сецонд изд.). Оxфорд Университy Пресс. 
• Бен-Менахем, Ари (1995), „А Цонцисе Хисторy оф Маинстреам Сеисмологy: Оригинс, Легацy, анд Перспецтивес” (ПДФ), Буллетин оф тхе Сеисмологицал Социетy оф Америца, 85 (4): 1202—1225 
• Батх, M. (1979). Интродуцтион то Сеисмологy (Сецонд, Ревисед изд.). Басел: Биркхäусер Басел. ИСБН 9783034852838. 
• Дависон, Цхарлес (2014). Тхе фоундерс оф сеисмологy. ИСБН 9781107691490. 
• Еwинг, W. M.; Јардетзкy, W. С.; Пресс, Ф. (1957). Еластиц Wавес ин Лаyеред Медиа. МцГраw-Хилл Боок Цомпанy. 
• Губбинс, Давид (1990). Сеисмологy анд Плате Тецтоницс. Цамбридге Университy Пресс. ИСБН 978-0-521-37141-4. 
• Халл, Степхен С. (2011). „Сциентистс он триал: Ат фаулт?”. Натуре. 477 (7364): 264—269. Бибцоде:2011Натур.477..264Х. ПМИД 21921895. дои:10.1038/477264а. 
• Канамори, Хироо (2003). Еартхqуаке предицтион: Ан овервиеw (ПДФ). Интернатионал Хандбоок оф Еартхqуаке анд Енгинееринг Сеисмологy. 81Б. Интернатионал Ассоциатион оф Сеисмологy & Пхyсицс оф тхе Еартх'с Интериор. стр. 1205—1216. Архивирано из оригинала (ПДФ) 24. 10. 2013. г. 
• Лаy, Тхорне, ур. (2009). Сеисмологицал Гранд Цхалленгес ин Ундерстандинг Еартх'с Дyнамиц Сyстемс (ПДФ). Репорт то тхе Натионал Сциенце Фоундатион, ИРИС цонсортиум. 
• Сцхулте, Петер; Алегрет, Лаиа; Арениллас, Игнацио; Јосé А. Арз; Пеннy Ј. Бартон; Паул Р. Боwн; Тимотхy Ј. Бралоwер; Гаил L. Цхристесон; Цлаеyс, Пхилиппе; Цхарлес С. Цоцкелл; Гаретх С. Цоллинс; Алеxандер Деутсцх; Тамара Ј. Голдин; Казухиса Гото; Јосé M. Грајалес-Нисхимура; Рицхард А. Ф. Гриеве; Сеан П. С. Гулицк; Кирк Р. Јохнсон; Wолфганг Киесслинг; Цхристиан Коеберл; Давид А. Кринг; Кеннетх Г. МацЛеод; Такафуми Матсуи; Јаy Мелосх; Алессандро Монтанари; Јоанна V. Морган; Цливе Р. Неал; Доуглас Ј. Ницхолс; Рицхард D. Норрис; Елисабетта Пиераззо; Грег Равизза; Марио Реболледо-Виеyра; Wолф Уwе Реимолд; Ериц Робин; Тобиас Салге; Роберт П. Спеијер; Артхур Р. Сwеет; Јаиме Уррутиа-Фуцугауцхи; Виви Вајда; Мицхаел Т. Wхален; Пи С. Wиллумсен (5. 3. 2010). „Тхе Цхицxулуб Астероид Импацт анд Масс Еxтинцтион ат тхе Цретацеоус-Палеогене Боундарy”. Сциенце. 327 (5970): 1214—1218. Бибцоде:2010Сци...327.1214С. ИССН 1095-9203. ПМИД 20203042. дои:10.1126/сциенце.1177265. Приступљено 5. 3. 2010. 
• Схеарер, Петер M. (2009). Интродуцтион то Сеисмологy (Сецонд изд.). Цамбридге Университy Пресс. ИСБН 978-0-521-70842-5. 
• Стеин, Сетх; Wyсессион, Мицхаел (2002). Ан Интродуцтион то Сеисмологy, Еартхqуакес анд Еартх Струцтуре. Wилеy-Блацкwелл. ИСБН 978-0-86542-078-6. 
• Wен, Лианxинг; Хелмбергер, Доналд V. (1998). „Ултра-Лоw Велоцитy Зонес Неар тхе Цоре-Мантле Боундарy фром Броадбанд ПКП Прецурсорс” (ПДФ). Сциенце. 279 (5357): 1701—1703. Бибцоде:1998Сци...279.1701W. дои:10.1126/сциенце.279.5357.1701. Архивирано из оригинала (ПДФ) 20. 07. 2011. г. Приступљено 04. 12. 2019. 
• Јеффреyс, Харолд (1. 6. 1926). „Он тхе Амплитудес оф Бодилy Сеисмиц Wауес.”. Геопхyсицал Јоурнал Интернатионал (на језику: енглески). 1: 334—348. Бибцоде:1926ГеоЈ....1..334Ј. ИССН 1365-246X. дои:10.1111/ј.1365-246X.1926.тб05381.x. 

Спољашње везе

• European-Mediterranean Seismological Center, real-time earthquake information website.
• Seismological Society of America.
• Incorporated Research Institutions for Seismology.
• USGS Earthquake Hazards Program.
• A brief history of seismology to 1910 (UCSB ERI)