Zemljotres

Iz Vikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigaciju, pretragu
Za druga značenja, pogledajte Potres (višeznačna odrednica).
Karta sa svim epicentrima potresa od 1963-1998. godine
Prikaz pokreta tektonskih ploča prema GPS merenjima

Zemljotres ili potres (trus) nastaje usled pomeranja tektonskih ploča, kretanja Zemljine kore ili pojave udara, a posledica je podrhtavanje Zemljine kore zbog oslobađanja velike energije. Tektonske ploče se godišnje pomere 2 do 3 cm ali nasuprot tome zemljotresi se dešavaju vrlo često.[1] Nasuprot rasprostranjenom uverenju da su to retke pojave, oni se dešavaju vrlo često, ali njihov najveći broj je slabog intenziteta i javlja se na relativno malim površinama kopnenih prostora ili okeanskog dna.

Na zemljinoj površini, zemljotresi se mogu manifestovati kao drmanje ili dislociranje tla. Ponekada, mogu izazivati pojavu cunamija, razornog morskog talasa. Do zemljotresa dolazi usled zaglavljivanja tektonskih ploča pri čemu dolazi do naprezanja stenske mase i onog trenutka kada naprezanje postane toliko da ga stene ne mogu izdržati dolazi do lomljenja i klizanja duž raseda.

Zemljotresi mogu nastati prirodno ili kao rezultat ljudske aktivnosti. Manji zemljotresi mogu takođe biti izazvani vulkanskom aktivnošću, klizanjem tla, eksplozijama i nuklearnim testovima. U najširem značenju reč zemljotres se koristi da opiše bilo koji seizmični događaj - bilo da je u pitanju prirodni fenomen ili događaj izazvan od strane ljudi — a koji generiše seizmičke talase.

Zemljotresi ulaze u red najstrašnijih prirodnih katastrofa koje se dešavaju na Zemlji, zbog čega su još od iskona privlačili pažnju ljudskog roda. Zbog toga podatke o zemljotresima nalazimo u zapisima starim više hiljada godina. Ipak, značajnija proučavanja zemljotresa odvijala su se tek od 19. veka.

Definicija zemljotresa[uredi]

Zemljotres je oscilovanje čestica tla izazvano prirodnim ili veštačkim uzrocima. Posledica su oslobođene Zemljine unutrašnje energije. Za skup svih seizmičkih pojava upotrebljava se zajednički naziv seizmizam. Seizmizam ili potresi su iznenadna i kratka podrhtavanja delova zemljine kore.

Potres je proces oslobađanja kinetičke energije na nekom nebeskom telu. Potres na našoj planeti naziva se zemljotres. Događa se u Zemljinoj litosferi ili neposredno ispod, u sledećem sloju tzv. astenosferi i plaštu, koji čini većinu Zemljine mase. Deo kinetičke energije koji se rasipa putem litosfere naziva se seizmička energija i meri se u seizmološkim opservatorijama (stanicama). Kod većine zemljotresa seizmička energija je proporcionalna ukupnoj kinetičkoj energiji. Zato su za većinu potreba površinske opservatorije dovoljne, a osim površinskih kopnenih postoje još i dubinske kopnene, te podmorske opservatorije. Oslobađanje energije može biti kontinuirano, kada govorimo o sporom zemljotresu i koji može trajati godinama, ili prividno trenutno, kada zemljotres obično traje kraće od jednog minuta. Zemljotresi mogu biti prirodni tj. nastali usled delovanja sila prirode, ili veštački izazvani aktivnošću čoveka, npr. detonacijom eksplozivnih sredstava.

Uzroci potresa na drugim nebeskim telima ne moraju biti istog porekla kao na Zemlji. Stoga je i sa stanovišta fizike opravdano izraz zemljotres koristiti isključivo za Zemlju, a potres za sva nebeska tela. Tako se potresi na drugim nebeskim telima u naučnoj literaturi nazivaju prema tom telu, npr. oni na Mesecu nazivaju se lunatresi. U engleskom govornom području međutim česta je i upotreba izraza potres (quake) kao skraćenice za zemljotres (earthquake). Nauka koja se bavi izučavanjem zemljotresa i srodnih procesa je seizmologija i zasniva se na direktnim merenjima. Nauka koja izučava potrese na drugim nebeskim telima je astroseizmologija i uglavnom se zasniva na indirektnim opažanjima. Primer ovoga je opažanje akustičnih svojstava Sunčevih gasova, pošto su akustični talasi u biti talasi kinetičke energije koji se prostiru kroz gasove, npr. u atmosferi. U Sunčevom sistemu potrese uzrokuju hemijske reakcije kod gasovitih nebeskih tela, odnosno plimne sile te snažna vulkanska aktivnost kod stenovitih tela.

Podela zemljotresa[uredi]

Zemljotresi se, prema načinu postanka dele na prirodne i veštačke. Prirodni zemljotresi se, dalje, mogu podeliti na spontane i izazvane. Spontani zemljotresi su oni koji nastaju usled kretanja litosfernih ploča, pa se nazivaju i tektonski zemljotresi. U grupu izazvnih prirodnih zemljotresa spadaju vulkanski i urvinski zemljotresi.

Tektonski zemljotresi nastaju oslobađanjem seizmičke energije u Zemljinoj kori. Nastaju pod dejstvom velikih pritisaka u stenskim masama Zemljine kore, najčešće izazvane pomeranjem većih blokova Zemljine kore. Tako dolazi do iznenadnog loma stenske mase, koji je praćen elastičnim deformacijama okolnih stenskih masa, koje se zatim šire u prostor u obliku seizmičkih talasa. Uzroci pokreta u litosferi su konvekcijska strujanja koja se dešavaju u astenosferi. Tom prilikom se hladnija magma spušta iz gornjih delova, i iz donjih delova prema površini gura topliju magmu (slično procesu ključanja vode), što dovodi do širenja okeanskog dna. Litosfera je razlomljena u više ploča, koje se međusobno mimoilaze, sudaraju i razilaze.

Mimoilaženje ploča se razvija blizu zona širenja, mada ne mora uvek biti vezano za njih. U ovim zonama su potresi vrlo česti, jer je astenosfera ohlađena i čvrsta, velike viskoznosti. Razilaženje ploča se odvija najčešće na okeanskom dnu, dok postoje samo dva primera razilaženja na kopnu - Island i istočna Afrika. Duž ovih granica potresi su ređi, jer je astenosfera još uvek žitka i male viskoznosti. Subdukcija ploča se razvija u oblastima sudaranja okeanskih i/ili kontinentalnih ploča. Ploče su ovde već očvrsle i hlađene, pa su i zemljotresi ovde najčešći i najjači.

Vulkanski zemljotresi nastaju kao posledica kretanja magme u oblastima savremenih vulkana. U neposrednoj su vezi sa snažnim vulkanskim erupcijama i eksplozijama vulkanskih gasova i para.

Urvinski zemljotresi nastaju kao posledica obrušavanja svodova i bokova velikih pećina i podzemnih prostorija. Obično se javljaju u terenima izgrađenim od krečnjaka, gipsa i drugih stena podložnih lakom razaranju u kojima nastaju pećine različitih dimenzija.

Veštački (antropogeni) zemljotresi nastaju usled delatnosti čoveka, odnosno njegovim dejstvom na prirodnu sredinu. Najčešći primer takvih aktivnosti može se pratiti u oblastima u kojima su formirana velika veštačka akumulaciona jezera, gde se formiraju tzv. indukovani zemljotresi. Grupi veštačkih zemljotresa pripada i seizmička aktivnost stimulisana upumpavanjem vode u duboke bušotine (na primer, za potrebe eksploatacije geotermalne energije iz Zemljine unutrašnjosti).

Prirodni zemljotresi[uredi]

Litosfera je neprestano izložena delovanju različitih unutarnjih i vanjskih sila koje naprežu stensku masu. Na taj način stenje nakuplja veliku potencijalnu energiju. Svaki materijal vremenom popušta naprezanju i oslobađa se stresa ispuštanjem kinetičke tj. stvarne energije. Veliku većinu zemljotresa karakterišemo kao slabe pošto ne razaraju veštačke objekte. Većina slabih zemljotresa događa se kad stenska masa dosegne svoju materijalnu nestabilnost. Manji broj zemljotresa su razorni po veštačke objekte. Većina takvih zemljotresa nastaje usled tektonske aktivnosti Zemlje tj. međusobnim trenjem kore i plašta u pokretu, najčešće duž postojećih raspuklina u Zemljinoj kori kao što su rasedi, brazde ili rovovi. Međutim bileže se razorni zemljotresi i u tektonski neaktivnim područjima, kao i oni koji stvaraju nove raspukline i druge geomorfološke oblike.

Prostiranje talasa energije emitovane tokom tipičnog zemljotresa.

Prostiranje energije iz zemljotresa[uredi]

Brzina prostiranja talasa zavisi od gustine i elastičnosti medija u koji talasi prodiru. Brzine se za našu planetu kreću od oko 3-8 km/s u Zemljinoj kori, pa do 13 km/s u najdubljem delu plašta. Zemljotresi proizvode razne vrste talasa s različitim brzinama. Pri prolasku preko seizmoloških opservatorija, njihovo različito vreme putovanja omogućava naučnicima da lociraju žarište (ili fokus, ili hipocentar) zemljotresa.

U geofizici, talasi isijani tokom zemljotresa koriste se na dva osnovna načina: tomografski gde se, slično kao u medicini, koriste refrakcija i refleksija talasa za ispitivanje unutrašnjosti, te oscilacijski gde se identifikacija pojedinih segmenata Zemljine unutrašnjosti vrši odnosno njihova fizičko-hemijska svojstva ispituju posmatranjem vlastitih slobodnih oscilacija Zemlje karakterističnih za neki njen segment ili proces. Zahvaljujući velikoj globalnoj mreži seizmoloških opservatorija, seizmička tomografija je zastupljeniji način. Nedostatak oba ova načina je to što se mogu koristiti samo kad se desi vrlo jak zemljotres. To je naime jedina pojava na Zemlji, kod koje dolazi do ispuštanja dovoljne količine kinetičke energije da bi se dobila rezolucija (jasnoća) neophodna za dvodimenzionalno ili trodimenzionalno oslikavanje odnosno izučavanje unutrašnjosti planete.

Dva osnovna tipa seizmičkih talasa su telesni talasi i površinski talasi. Postoje i drugi načini prostiranja talasa ali oni nisu od velikog značaja u seizmologiji odnosno geofizici.[2]

Telesni talasi[uredi]

Telesni talasi putuju kroz unutrašnjost Zemlje. Oni slede putanju zraka zakrivljenu promenljivom gustinom i Jangovim modulom (krutošću) Zemljine unutrašnjosti. Gustina i moduli zauzvrat variraju u skladu s promenama temperature, sastava i faze. Ovaj efekat je sličan refrakciji svetlosnih talasa.

  • P talasi (primarni) su longitudinalni ili kompresijski talasi. U čvrstim materijalima ovi talasi generalno putuju skoro dvostruko brže od S talasa, a mogu se prostirati kroz sve vrste materijala. U vazduhu, ti talasi pritiska postaju zvučni ili audio talasi, pa putuju brzinom zvuka. Tipične brzine su 330 m/s kroz vazduh, 1450 m/s kroz vodu, te oko 5000 m/s kroz granit.
  • S talasi (sekundarni) su transverzni ili poprečni (eng. shear) talasi, što znači da se pod njihovim delovanjem tlo pomiče okomito na njihov pravac prostiranja. Kod horizontalno polarizovanih S talasa, tlo se kreće naizmenično ka jednoj pa drugoj strani. S talasi mogu da putuju jedino kroz čvrstu materiju, pošto fluidi (tečnosti i gasovi) nisu u stanju da zadržavaju poprečne stresove. Brzina ovih talasa je oko 60% brzine P talasa u datom materijalu. S talasi stižu u seizmološku stanicu nakon P talasa, jer imaju relativno manju brzinu prostiranja.

Površinski talasi[uredi]

Površinski talasi su analogni vodenim talasima a putuju po Zemljinoj površini, i to sporije nego telesni talasi. Usled njihove niske frekvencije, dugotrajnosti te velike amplitude, oni su većinom najrazornija vrsta seizmičkih talasa. Postoje dva podtipa površinskih talasa: Rejlijevi talasi, te Lavovi talasi.

  • Rejlijevi talasi, ili „uvijanje tla“, su površinski talasi koji putuju u obliku mreškanja (prepletenih nizova manjih talasa), u kretanju sličnom kretanju talasa na površini vode. Međutim za razliku od vodenih talasa, povratna sila kod Rejlijevih i dr. seizmičkih talasa nije gravitacijska nego elastična, dok je kretanje čestica na manjim dubinama retrogradno. Postojanje ovih talasa predvideo je 1885. godine nobelovac Džon Rejli. Oni su sporiji od telesnih talasa, i imaju brzinu koja je oko 90% brzine S talasa za tipični homogeni elastični medijum.
  • Lavovi talasi su površinski talasi koji uzrokuju horizontalno poprečno smicanje tla. Nazvani su po britanskom matematičaru A.E.H. Lavu, koji je 1911. godine izradio matematički model za ove talase. Oni se obično kreću nešto brže od Rejlijevih talasa, ili oko 90% brzine S talasa.

Korisnost[uredi]

U istraživanju i praksi najkorisniji su P i S talasi, na dva glavna načina: u geofizici kod izučavanja fizičko-hemijskih svojstava unutrašnjosti Zemlje, te u seizmologiji kod lociranja zemljotresa.

U geofizici[uredi]

Talasi isijavani tokom jakih zemljotresa predstavljaju glavni izvor informacija u istraživanju najdubljih regiona naše planete.

Na primer, kad se zemljotres dogodi, seizmometri u blizini epicentra sve do udaljenosti oko 90 km su u stanju zabeležiti i P i S talase, ali oni udaljeniji više ne prepoznaju visoke frekvencije prvog S talasa. Pošto poprečni talasi ne mogu prolaziti kroz tečnost, ovaj fenomen je poslužio kao prvobitni dokaz danas dobro poznate činjenice da je Zemljino spoljašnje jezgro tečno. Slično je pretpostavljeno da i Mesec ima čvrsto jezgro, ali su kasnija istraživanja ukazala da je Mesečevo jezgro možda istopljeno.

U seizmologiji[uredi]

Primer određivanja mogućeg položaja hipocentra zemljotresa iz kašnjenja nailaska talasa na dve udaljene seizmološke stanice (u proizvoljnim jedinicama).

U slučaju lokalnih odnosno bližih zemljotresa, razlika u vremenu nailaska (dolaska prvih) P i S talasa koristi se za određivanje udaljenosti zemljotresa. U slučaju zemljotresa na ogromnim razdaljinama, neophodne su barem četiri geografski raznolike (tj. što ravnomernije raspoređene oko hipocentra) seizmološke stanice na zajedničkom sistemu praćenja protoka vremena. Na njima se beleži vreme nailaska P talasa, iz čega se onda računa jedinstveno vreme i lokacija zemljotresa. Tipično, desetine ili čak stotine nailazaka P talasa koriste se za proračun jednog hipocentra. Uobičajena su neslaganja u proračunu hipocentra do 0,5 sekundi kod udaljenih, a 0,1-0,2 sekundi kod lokalnih zemljotresa. Ovo praktično znači da je većina dojavljenih nailazaka P talasa u saglasnosti s proračunom lokacije hipocentra. Tipičan algoritam za računanje lokacije je iterativan (tj. rešenju se približava u koracima), a započinje s pretpostavkom da se zemljotres desio na dubini od 33 km, da bi se potom podešavanjem dubine minimizirali ostaci iz proračuna. Većina zemljotresa dešava se na dubinama do 100 km.

Brz i najmanje pouzdan način određivanja razdaljine između seizmometra i ishodišta seizmičkog talasa do 200 km udaljenosti, je množenjem kašnjenja tj. razlike vremena nadolazaka P talasa i S talasa u sekundama, sa 8 km/s. Savremene mreže seizmoloških opservatorija služe se kompleksnijim i pouzdanijim načinima za lociranje zemljotresa.

Na ogromnim razdaljinama odnosno globalno, prvopridošli P talasi su prethodno putovali duboko u unutrašnjost Zemljinog plašta, i možda se čak i reflektovali od vanjsko jezgro, pre nego što su doputovali nazad do Zemljine površine gde ih je zabeležila seizmološka opservatorija. Talasi na ovaj način putuju brže nego da su se od zemljotresa do seizmometra kretali pravolinijski. Razlog tome je što se, u skladu s Hajgensovim principom, brzina kretanja unutar Zemlje znatno povećava. Po tom principu gustina unutar planete raste s dubinom, što bi samo po sebi usporilo talase, ali pošto s dubinom još više raste i modulus stena, dublje znači brže. Stoga duži put može zahtevati kraće vreme.

Da bi se precizno izračunala lokacija hipocentra, stvarno vreme putovanja mora biti poznato s velikom tačnošću. Zato je od velike važnosti da opservatorije budu na istom sistemu praćenja protoka vremena. Danas u tu svrhu najčešće služi sistem globalnog pozicioniranja GPS, koji kao sastavni deo svoje navigacijske radio-poruke sadrži i vreme. Budući da u svakoj sekundi vremena P talasi prevale velike razdaljine, čak i greška od 0,5 s u proračunu vremena nailaska može značiti za više stotina kilometara pogrešan proračun udaljenosti pa time i lokacije zemljotresa. U praksi se stoga koriste nailasci P talasa u veliki broj seizmoloških stanica zajedno, kako bi se na taj način greške umanjile ili poništile. Tako sračunata lokacija epicentra danas je uglavnom pouzdana, i kreće se u proseku oko 10-50 km globalno. Guste mreže bliskih stanica, kakve postoje npr. u Kaliforniji, omogućuju tačnost od oko 1 km. Daleko veća tačnost je ostvariva kad se vreme meri direktno pomoću unakrsnog korelisanja talasnih frontova.

Opis[uredi]

Opis zemljotresa sadrži podatke o jačini (tj. magnitudi), lokaciji i vrsti cepanja Zemljine kore. Opis lokacije zemljotresa zavisi od toga da li je važnije da se posmatra zemljotres po njegovoj stvarnoj jačini i u hipocentru, ili pak u projekciji tog žarišta na površinu epicentru. U prvom slučaju obično je reč o geofizičkim i seizmološkim istraživanjima, a u drugom o socio-ekonomskim studijama.

Klasični[uredi]

Jačina zemljotresa opisuje se na dva glavna načina. U prvom koji koristi Rihterovu skalu i njene varijacije, meri se količina kinetičke energije emitovane u hipocentru. Ova skala je logaritamska, pa svaki naredni stepen označava da je zemljotres bio deset puta jači od onog s prethodno nižim stepenom jačine. Ova skala sadrži stepene od 0 do 9,5. U drugom načinu koji koristi Merkalijevu skalu i njene varijacije, procenjuju se posledice zemljotresa na površini, a prema štetama za ljudsku zajednicu nastalim u okolini epicentra. Ova skala je apstraktna i sadrži stepene od II do XII. Prvi je čulno neprimetan, dok je XII stepen katastrofalan u smislu rušenja svih građevina i značajnih izmena reljefa.

Po dubini, zemljotresi se dele na plitke i duboke. Pri tome se oni najplići označavaju dubinom 10 km, što se koristi i kad se plitka dubina ne može precizno utvrditi. Najdublji zabeleženi zemljotresi bili su na dubinama oko 700 km. Podela zemljotresa po dubini nije urvrđena konvencijom. Mehanizam nastanka dubokih zemljotresa nije razjašnjen, budući da materijal na tim dubinama nije u čvrstom stanju.

Opis raseda odgovarajućom orijentacijom lopte za plažu (eng. beachball), zabeleženom tokom cepanja. Paralelno rasedu (strike-slip), kompresivnim nasrtanjem (thrust), i produženjem (normal).

Savremeni[uredi]

Tokom poslednjih decenija razvijen je i metod karakterizacije zemljotresa određivanjem njihovog moment-tenzora. Tenzor je matematička generalizacija koncepta vektora. Ovom metodom opisuju se način i prostorna orijentacija oslobađanja kinetičke energije u žarištu, koje time više nije pojednostavljeno predstavljano tačkom, nego ga se može opisivati s određenim stepenom složenosti.

Npr. snažniji zemljotresi, koji se često nazivaju tektonski zemljotresi i koji po magnitudi dosežu 7 ili više stepeni na Rihterovoj skali, sada se mogu karakterisati preciznije. To znači da se mogu opisivati u vremenu i prostorno - duž izduženih geomorfoloških struktura poput raseda i sl. - čak i po nekoliko stotina kilometara.

Rezultat novog pristupa je i momentna magnituda Mw, kojom se određuje veličina zemljotresa. Ovim metodom je omogućeno posmatranje tektonskih zemljotresa u širem tj. globalnom kontekstu, uz nadu da će to možda pomoći u utvrđivanju uzroka tektonike.

Nastanak[uredi]

Pored frakture stenske mase, uzroci slabijih zemljotresa su još i punjenje pa pražnjenje akumulacionih jezera, rudarstvo, sezonske padavine naročito snežne, i dr. Velike kiše u stanju su da lubrikuju već napregnute rasede, menjajući fizička i hemijska svojstva materijala uključujući plašt, te tako pospešuju pojavu slabijih ili jačih zemljotresa.

Uzroci tektonike kao generatora razornih zemljotresa su nepoznati. To je zato što su nejasni izvori energije neophodne za pokretanje tektonskih masa. O uzrocima pojave tektonike na Zemlji postoje najmanje četiri fizičke hipoteze. Uzroci očito mogu biti unutar i izvan zemalje, ili njihova kombinacija.

Predviđanja zemljotresa još uvek nisu moguća. Da bi neko predviđanje bilo od koristi, potrebno je da se tačno prognozira magnituda, vreme i lokacija zemljotresa.

Podmorski prirodni zemljotresi nekada izazovu cunami, u delu okeana ili mora gde topografija dna svojim pogodnim oblikom uvećava učinak emitovane kinetičke energije. Usled plitkosti i relativno male veličine te zatvorenosti Jadranskog mora, mogućnost cunamija nakon zemljotresa duž južne (Italija) ili severne obale (Dalmacija, bosansko, crnogorsko i albansko primorje), je praktično zanemariva.

Mehanizam nastanka potresa[uredi]

Rasedi su mehanički diskontinuiteti stenskih masa, po kome se relativno kretanje blokova u datom veličinskom području ne može zanemariti. Žarišta zemljotresa nalaze se najčešće na ovim stenskim diskontiuitetima. Prema načinu postanka, rasedi se dele na: normalne (gravitacione), transkurentne i reversne rasede.

Elastični odsek se ogleda kroz periode prikupljanja i oslobađanja seizmičke energije. U prvom periodu se prikuplja energija, vrše se elastične deformacije, a trenje je još uvek veće od napona među pločama. U drugom periodu napon prevazilazi trenje među pločama, i dolazi do odskoka.

Vrste dodira ploča[uredi]

Tri vrste dodira tektonskih ploča.

Većina razornih zemljotresa nastaje međusobnim dodirom tektonskih masa. Postoje tri vrste dodira tektonskih ploča, zavisno od načina na koji se jedna masa kreću u odnosu drugu, kao i od raznih površinskih fenomena.

  1. Transformni dodir (konzervacijski) nastaje na mestima međusobnog proklizavanja ploča duž transformnih raseda. Relativno kretanje dvaju ploča može biti sinistralno (leva strana prema posmatraču) ili dekstralno (desna strana prema posmatraču). San Andreas rased u Kaliforniji, te Sarajevski rased su primeri transformnog dodira s dekstralnim kretanjem.
  2. Divergentni dodir (konstruktivni) nastaje na mestima međusobnog razilaženja dve ploča. Srednjeokeanske brazde kao npr. Srednjoatlantska, te aktivni tektonski rovovi kao npr. Velika rasedna dolina dolina u Africi, su primeri divergentnih dodira.
  3. Konvergentni dodir (destruktivni), zvan i aktivni obod, nastaje na mestima gde se dve ploče sudaraju obično praveći subduktivnu zonu (ako jedna ploča podranja pod drugu) ili kontinentalnu koliziju (ako obje ploče sadrže kontinentalno stenje). Duboki podmorski rovovi su obično povezani sa subduktivnim zonama. Subduktivna masa sadrži mnoge hidratne minerale. Pri zagrevanju ovi minerali oslobađaju svoju vodu koja onda uzrokuje topljenje plašta. Tako nastaje vulkanizam, npr. planinski venac Andi u Južnoj Americi, te japanski ostrvski luk.

Globalna merenja tektonike[uredi]

Kretanje ploča: primer iz jedne od kampanja GPS merenja agencije NASA; vektori ukazuju na mogući opšti smer i intenzitet kretanja. Drugi primeri pokazuju drugačiji opšti smer i intenzitet.

Vektor stvarnog kretanja tektonskih ploča je očito funkcija svih sila koje deluju na određenu ploču. Stepen nepoznavanja doprinosa pojedinih sila kretanju pojedinih ploča je nepremostiv problem za globalne pristupe merenju tektonike. Jedini preostali ispravni pristup onda je razmatranje nekog pogodno odabranog relativnog merila kretanja ploča.

Stoga sve studije koje nastoje da globalno „izmjere tektoniku“, treba uzimati s oprezom. Dodatan izvor njihove nepouzdanosti su satelitski sistemi korišteni za određivanje lokacije (GPS, GLONASS, GALILEO i dr.). Iako su takvi sistemi vrlo precizni, takva merenja po definiciji nisu nikada apsolutna odnosno tačna. Naime, svi takvi satelitski sistemi su geocentrični tj. lokacija i orijentacija im je određena relativno u odnosu na centar mase Zemlje. Ti sistemi tako nemaju nijedan stepen slobode pa se ne mogu uzimati kao nezavisni tj. apsolutni merne sistemi. Rezultati njihovih merenja uvek zavise od početno odabranog koordinatnog sistema i njegovih karakteristika poput orijentacije, rotacije, dinamike, tačnosti, preciznosti itd.

Unutrašnje sile kao pokretači tektonike[uredi]

Prema angloameričkoj školi misli u geonaukama, disipacija toplote iz plašta predstavlja dovoljan izvor energije za tektonsku aktivnost Zemlje. Po tom vjerovanju, suvišna gustina okeanske litosfere koja tone u subduktivnim zonama je pokretač ploča, tj. ploče svoju pokretljivost duguju relativnoj gustini okeanske litosfere i relativnoj slabosti astenosfere. Obe te pretpostavke su nepotvrđene. U tom scenariju, kada se formira u srednjeokeanskim brazdama, okeanska litosfera se pretpostavlja da je manje gustine od astenosfere pod njom, ali svojim starenjem postaje sve gušća, te se konduktivno hladi i deblja. Veća gustina starije litosfere u odnosu na astenosferu ispod nje navodno omogućuje tonjenje litosfere u duboke zone plašta u subdukcijskim zonama, a slabost astenosfere omogućuje lakše kretanje ploča ka subdukcijskoj zoni.[3]

Međutim, ukupna energija iz svih poznatih izvora u unutrašnjosti Zemlje kao i njene okoline, nedovoljna je da objasni pomicanje tektonskih ploča, pa uzrok tektonike ostaje nepoznat.[4] Osim toga, postoje ploče poput Severnoameričke i najveće Evroazijske, koje se kreću a da nigde nisu u subdukciji sa drugim pločama. Stoga uzrok kretanja ploča ostaje predmetom intenzivnog istraživanja i debate među naučnicima.

Seizmološka tomografija za neke regione Zemlje ukazuje na lateralno (bočno) promjenjivu distribuciju gustine u čitavom plaštu. Takve varijacije u gustini mogu biti materijalne (usled hemije stena), mineralne (usled varijabilnosti mineralnih struktura), ili termalne (putem termičkog širenja i skupljanja, usled toplotne energije). Manifestacija ove promenjive gustine je konvekcija plašta iz sila potiska.[5] Zagovarači gore pomenute hipoteze o disipaciji toplote plašta kao glavnom pokretaču tektonike, tvrde i da konvekcija plašta direktno ili indirektno korespondira kretanju ploča. Dve preostale sile za koje pobornici navedene škole misli smatraju da utiču presudno na kretanje ploča su još trenje (ili frikcija) i gravitacija. Međutim, za te tvrdnje nema dokaza, odnosno ako je uzrok konvekciji plašta i poznat, to ne objašnjava samu tektoniku.[4] Da bi ta teza bila potvrđena, ta se energija mora na predvidljiv tj. objašnjiv način transportovati u litosferu, da bi se ploče uopšte mogle pomaći. Uzroci tektonike nastavljaju biti predmetom debate i istraživanja u geodinamici.

Spoljašnje sile kao pokretači tektonike[uredi]

Više studija od 2006. ustvrdile su da postoji trend kretanja svake ploče u smeru zapada, a usled Zemljine rotacije i plimne frikcije Meseca. Po njima, dok se Zemlja obrće prema istoku, Mesečeva gravitacija uzrokuje malo povlačenje Zemljine površine unazad, odnosno prividno zapadno. Zaključak ovih studija je da to objašnjava zašto Venera i Mars nemaju tekroniku, pošto Venera nema mesec, a meseci Marsa su premali da bi pravili značajne plimne efekte na Mars.[6][7]

Začetnik hipoteze o tektonici ploča, austrijanac Alfred Vegener, teoretizirao je da uticaji Meseca uzrokuju tektoniku na Zemlji. Međutim, naučna zajednica prvenstveno angloamerička, Vagenerovo objašnjenje je u to vreme odbacila uz objašnjenje da bi direktni Mesečevi efekti doveli do plimne frikcije, koja bi zauzvrat davno zaustavila Zemljinu rotaciju. Indirektni efekti Meseca na Zemlju nisu nikada razmotreni odnosno proučeni, iako Vagener nije tvrdio da su direktni efekti poput plimne frikcije jedini mogući lunarni uzročnik tektonike.

Angloamerička škola misli u geonaukama i danas odbacuje Vegenerovo stanovište o mogućem lunarnom poreklu tektonike na Zemlji. Kao dokaz za ovu apsolutnu tvrdnju danas, koriste se gore pomenutim globalnim studijama iz relativnih (GPS i dr.) merenja. Međutim, zapadna komponenta kretanja svih ploča je utvrđena van svake sumnje barem u odnosu na celokupan donji segment plašta. Takođe je utvrđeno i da se čvrsto jezgro Zemlje kreće brže od ostatka planete.[8] Razlozi su nepoznati i o njima postoji više predloženih objašnjenja, npr. uticaj gravitacijske sile Meseca koja navodno usporava litosferu više negoli jezgro, uticaj magnetnog polja same Zemlje na svoje unutrašnje jezgro uglavnom sačinjeno od željeza, potom piezoelektricitet tako sačinjenog unutrašnjeg jezgra, i dr.

Elementi zemljotresa[uredi]

Tačka zemljotresa na mestu inicijalne rupture (mesto oslobađanja energije) naziva se fokus ili hipocentar. Tačka na površini Zemlje direktno iznad hipocentra naziva se epicentar.

Hipocentar ili žarište zemljotresa je mesto u unutrašnjosti Zemljine kore od koga počinju da se prostiru seizmički talasi, odnosno mesto na kome se dešava elastični odskok.
Epicentar je ortogonalna projekcija hipocentra na površ Zemlje, odnosno to je mesto na površi Zemlje na kome se potres najjače oseća.
Potres se širi u talasima, a linije kojima na karti spajamo mesta jednake jačine potresa nazivamo izoseiste.

Prema načinu i brzini širenja, potresi mogu biti s longitudalnim ili primarnim te sekundarnim ili transverzalnim talasima. Longitudinalni su najbrži i prostiru u smeru širenja, dok transverzalni izazivaju strmo prostiranje čestica i šire se samo kroz čvrstu građu. Drugi talasi uzrokuju kružno i vodoravno prostiranje te imaju najslabiji učinak.

Merenje jačine potresa[uredi]

Razaranje u Japanu posle zemljotresa i cunamija marta 2011.

Jačina potresa zavisi od više činilaca kao što su količina oslobođene energije, dubina hipocentra, udaljenosti epicentra i građi Zemljine kore.
Intenzitet zemljotresa odražava rušilački efekat zemljortresa na površi Zemlje. Izražava se različitim skalama, od kojih se u Evropi najčešće primenjuju MCS i MSK - 64 skale od 12 stepeni.

Magnituda zemljotresa predstavlja jedinicu mere količine oslobođene energije u hipocentru. Izražava se magnitudnom skalom Rihtera koja nema gornju granicu, ali pošto još nije zabeležen zemljotres jačine 10, obično se predstavlja do 9 jedinica.

Nauka koja se bavi potresima naziva se seizmologija, no uprkos njenom napretku i novim saznanjima, teško je predvideti pojavu potresa i njegove posledice.

Instrumentalno registrovanje zemljotresa[uredi]

Seizmoskopi regitruju samo da se desio zemljotres, i eventualno amplitudu zemljotresa, tako da se može odrediti intenzitet. Prvi poznati seizmoskop napravljen je u Kini, i datira od oko 4000 godina pre nove ere. Pomoću njega bilo je moguće odrediti pravac iz koga su dolazili trusni talasi.

Seizmografi registruju vremensku istoriju potresa. Oscilacije se mehanički ili na neki drugi način prenose na traku koja se kreće ujednačenom brzinom, najčešće 60 ili 120 mm u minutu.

Optički seizmografi registruju vremensku istoriju potresa na foto osetljivom papiru. Oscilacije se prenose preko elektronskih sklopova uz odgovarajuće pojačanje.

Akcelerografi mere ubrzanje pri oscilovanju čestica tla.

Efekti i posledice[uredi]

Klizanje tla[uredi]

Zemljotresi mogu aktivirati pokretanje tla na padinama (klizanje), odlamanje kamenih blokova i nastanak odrona i pokretanje lavina koje mogu u brdsko-planinskim predelima naneti veliku materijalnu štetu i ugroziti ljudske živote.

Požari[uredi]

Požari mogu biti pratioci zemljotresa pri čemu oni obično mogu biti izazvani kidanjem električnih vodova i gasnih infrastrukturnih pravaca.

Likvefakcija tla[uredi]

Likvefakcija nastaje, kada usled trešenja tla, vodom zasićeni granularni materijal privremeno izgubi čvrstoću i počne da se ponaša kao tečnost. Ova pojava može uzrokovati znatne štete, kako na mostovima tako i na zgradama, koji se obično naginju ili tonu u otečnjeni sediment.

Cunami[uredi]

Širenje cunamija od potresa u Indijskom okeanu 2004. godine

Potresi s epicentrom na dnu mora izazivaju velike talase - cunamije koji mogu dosegnuti visinu i do 30 m (Cunami u Indijskom okeanu 2004.).

Procenjuje se da godišnje ima oko 900.000 potresa magnitude do 2.5 (po Rihteru) a oni jači su ređi i pojavljuju se svakih 5 do 10 godina.

Distribucija zemljotresa[uredi]

Najveći broj zemljotresa vezan je za granice litosfernih ploča. Pritom, najjači zemljotresi generišu se u zonama sučeljavanja ploča, u prostoru gde se jedna ploča podvlači pod drugu. Najizrazitija takva zona je u vatrenom pojasu Pacifika, gde se dogodi 53% svih potresa. Druga po redu zona po broju potresa je mediteransko-alpsko-himalajsko područje (41% svih potresa). Zemlje u kojima se događa najviše potresa su: Čile (povezano sa subdukcijom Naska ploče ispod Južnoameričke ploče), Japan (subdukcija Pacifičke ploče pod Evroazijsku ploču), Indonezija.

Neki od jačih, destruktivnijih potresa[uredi]

  • Potres u Skoplju, Makedonija, 26. jul 1963, poginulo oko 1000 ljudi
  • Potres u Kašmiru 2005. godine, u kom je poginulo 90.000 a povređeno 110.000 ljudi.
  • Potres u Indijskom okeanu 2004. godine, jedan od najjačih potresa ikad zabeleženih s jačinom od 9,3 stepena po Rihteru s epicentrom na obali Indonezijskog ostrva Sumatre koji je pokrenuo veliki cunami koji je odneo preko 250.000 života.
  • Tanšanski potres 1976, najdestruktivniji potres modernih vremena, procenjuje se da je u njemu stradalo oko 245.000 ljudi.
  • Šanhi potres (1556.) Najsmrtonosniji potres u istoriji čovečanstva za koji se procenjuje da je odneo 830.000 ljudskih života u Kini.
  • Potres u Čileu (22. maj 1960) - Zahvatio je površinu od 140.000 km² u blizini grada Valdivia. Zemljište je spušteno za 2 metra, nekoliko gradova je zbrisano, 25 ostrva čileanskog arhipelaga je potopljeno, a izdugnuta su neka nova. Reke Čilean, Rio Bio i Nuble su promenile su pravac kretanja. Kao prateća pojava, proradio je i vulkan Riniče, nakon 40 godina mirovanja. Topografske karte su bile neupotrebljive. Poginulo je oko 6.000 stanovnika. Ovo je najjači zemljotres zabeležen ikada, zabeležena je jačina od 9,5 stepeni Rihtera i 12 stepeni MKZ skale.
  • Potres u Tohoku 11. marta 2011. jačine 9 stepeni Rihtera pogodio je severoistok ostrva Honšu u Japanu i digao razoran cunami visok 10 metara. Približno 10.000 ljudi je poginulo, a 90.000 ljudi se smatra nestalim. Nakon zemljotresa došlo je do kvara na rashladnim sistemima nuklearne centrale Fukušima 1, nakon čega je došlo do eksplozije. Četiri radnika koji supokušavali da osposobe sistem su umrla od radijacije.

Vidi još[uredi]

Reference[uredi]

  1. Luka Lj. Pešić:Opšta geologija, Endodinamika, Beograd. 1995. ISBN 86-80887-58-7.
  2. Bullen, K. E., Bolt, B.A. (Editor) An Introduction to the Theory of Seismology. Cambridge University Press. 4. izdanje 1987, 520 strana. ISBN 0-521-28389-2.
  3. Pedro Mendia-Landa. „Myths and Legends on Natural Disasters: Making Sense of Our World”. Pristupljeno 05. 02. 2008. 
  4. 4,0 4,1 Stevenson, David J. A planetary perspective on the deep Earth. Nature 451(7176):261-265, 17 Jan 2008. [1]
  5. Tanimoto Toshiro, Lay Thorne (07. 11. 2000). „Mantle dynamics and seismic tomography”. Proceedings of the National Academy of Science. 97 (23): 12409—12410. PMID 11035784. doi:10.1073/pnas.210382197. 
  6. Lovett, Richard A. (24. 1. 2006). „Moon Is Dragging Continents West, Scientist Says.”. National Geographic News. 
  7. Riguzzi, F., Panza, G., Varga, P., Doglioni, C. Can Earth's rotation and tidal despinning drive plate tectonics? Tectonophysics, Corrected Proof, 2009. doi:10.1016/j.tecto.2009.06.012
  8. Earth's core rotates faster than its crust, scientists say. News by University of Illinois at Urbana-Champaign.

Literatura[uredi]

  • Deborah R. Coen. The Earthquake Observers: Disaster Science From Lisbon to Richter (University of Chicago Press; 2012) 348 pages; explores both scientific and popular coverage
  • Donald Hyndman, David Hyndman (2009). „Chapter 3: Earthquakes and their causes”. Natural Hazards and Disasters (2nd izd.). Brooks/Cole: Cengage Learning. ISBN 0-495-31667-9. 

Spoljašnje veze[uredi]