Seismologie

Zemětřesení je jakýkoliv pohyb země, bez ohledu na příčinu. Otřesy půdy bývají nepostřehnutelné, ale mohou být tak silné, že srovnávají se zemí celá města. K zemětřesení dochází následkem uvolnění energie při pohybu litosférických desek, posunu hornin či jejich pukání. Někdy k zemětřesení dojde i po dopadu meteoritu nebo umělém výbuchu. Prostor, v němž zemětřesení vzniká, označujeme jako ohnisko zemětřesení. Jeho rozměry mohou dosahovat i několika set kilometrů. Vzhledem k rozměrům Země toto ohnisko nahrazujeme bodovým hypocentrem. Kolmý průmět hypocentra na zemský povrch je epicentrum zemětřesení.

Přičiny zemětřesení se pokoušeli lidé vysvětlit již v době 2000 let před naším letopočtem. První solidní vysvětlení podal John Michell po zemětřesení v Lisabonu v roce 1755. Tvrdil, že zemětřesní tvoří vlny, které vznikly díky posunu horninových masivů pod zemským povrchem. Konečnou rychlost šíření vln v zemském nitru odhadoval i Thomas Young.

V dávné nebo v méně dávné minulosti došlo k vzájemnému posunutí plastických hornin v zemské astenosféře, který v křehkých horninách litosféry částečně vyvolá napětí. Některé zlomy jsou aktivní i dnes a vykazují roční posunutí až několik cm. Některá aktivní místa jsou bez pohybu. To jsou nebezpečná místa zaklesnutí, v nichž se připravuje budoucí zemětřesení. Kinetická energie pohybu bloků se zde přeměňuje v potenciální energii deformace. Zemětřesení je pak rychlým uvolněním zaklesnutí. Takové zlomy je pak někdy vidět i na povrchu země. Např. v roce 1899 při aljašském zemětřesení došlo k jednorázovému vertikálnímu zdvihu až o 15 m. Z místa se pak šíří seismické – zemětřesné vlny. To jsou ale méně časté případy. Daleko častěji zemětřesení vznikají v hloubce až 720 kilometrů. Ta, jež se projevují na povrchu, ale nevznikají hlouběji než 70 kilometrů pod povrchem. Předpokládá se, že energie uvolněná při silnějším zemětřesení je řádově 10¹⁸ J.

Letecký pohled na zlom v San Andreas, nedaleko Los Angeles.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

Zemětřesení se dělí podle svého původu na řítivá (tvoří asi 3 % všech zemětřesení a vznikají propadnutím stropů podzemních dutin), sopečná (tvoří asi 7 % všech zemětřesení, jejich vznik souvisí se sopečnou činností) a tektonická (tvoří asi 90 % všech zemětřesení, jejich vznik souvisí s pohybem litosférických desek).

Zemětřesení se v poslední době vyskytuje i na místech, která byla dosud seizmicky klidná (např. Arkansas, Colorado, Ohaio nebo Texas). Může za to těžba ropy a břidličného plynu pomocí tzv. frackingu. To se vhání voda s množstvím jedovatých chemikální hluboko pod zem do porézních vrstev obsahujících plyn nebo ropu.

K vyjádření intenzity zemětřesení v epicentru se používají makroseizmologické stupnice, např. Mercalliho-Cancaniho-Siebergova (MCS), modiﬁkovaná stupnice Mercalliho MM (používá se hlavně v USA) apod. Obě stupnice jsou uvedeny v následující tabulce.

Stupeň a označení zemětřesení		Zrychlení zemětřesných pohybů (mm s^-2)		Přibližný popis
Stupeň a označení zemětřesení		MCS	MM	Přibližný popis
I		< 2,5		registrace jen přístroji, člověk nepociťuje
II	velmi slabé	2,5 – 5		pociťují jen velmi citliví lidé ve vyšších poschodích budov, lehce zavěšené předměty se mohou chvět
III	slabé	5 – 10		citelnější pro lidi, v budovách vibrace
IV	mírné	10 – 25	147 – 196	vnímají lidé i mimo budovy, chvění nábytku, oken, zdí
V	dosti silné	25 – 50	294 – 392	chvění budov, kývání zavěšených předmětů, praskání okenních tabulí, thrliny v omítce
VI	silné	50 – 100	588 – 686	kolísání půdy, opadávání omítek, zřícení některých komínů
VII	velmi silné	100 – 250	980 – 1470	trhliny ve zdech, vlny na vodní hladině, řícení komínů
VIII	bořivé	250 – 500	2450 – 2940	značné škody na budovách, trhliny v půdě, mění se hladina vody ve studních
IX	pustošivé	500 – 1000	4900 – 5390	značné škody, řícení budov
X	ničivé	1000 – 2500	> 5880	většina budov pobořena, zničeny mosty, hráze, železnice, sesuvy
XI	zemětřesná katastrofa	2500 – 5000		pobořeny všechny budovy, hráze, mosty, velké trhliny v půdě, změny toku řek, velké sesuvy
XII	velká zemětřesná katastrofa	> 5000		ve větším měřítku popis jako u XI. stupně, pohyby podél zlomů, předměty vyhazovány do vzduchu.

V roce 1935 vyvinul americký seismolog Charles Francis Richter postup k hodnocení energie zemětřesení, která se vyjadřuje tzv. magnitudou. Jako měřítko si vzal výchylku ﬁktivního seismografu, který je umístěn ve vzdálenosti 100 km od epicentra zemětřesení. Skutečná zemětřesení se přepočítávají na tuto standardní situaci. Richterova stupnice není lineární, ale logaritmická se základem 10. Každý vyšší stupeň odpovídá 10násobně silnějšímu zemětřesení (např. stupeň 4 je 100krát silnější než stupeň 2). Richterova stupnice je shora neomezená, ale vyšší stupeň než 10 není reálný. Při síle 100 by se uvolnila energie, která by roztříštila zeměkouli. Nejvyšší hodnota naměřená na Richterově stupnici je 9,5 (zemětřesení 1960 u pobřeží Chile). Zemětřesení 26. prosince 2004 mělo magnitudu 9,0 a bylo pátým nejsilnějším zemětřesením. Oba typy stupnic jsou srovány v následující tabulce.

M	Uvolněná energie (J)	Postižená oblast (km²)	Průměrná roční frekvence	MCS
3 – 3,9	9,5 ∙ 10⁸ – 4,0 ∙ 10¹⁰	1 950	49 000	0 – III
4 – 4,9	6,0 ∙ 10¹⁰ – 8,8 ∙ 10¹¹	7 850	6 200	IV – V
5 – 5,9	9,5 ∙ 10¹¹ – 4,0 ∙ 10¹³	39 000	800	VI – VII
6 – 6,9	6,0 ∙ 10¹³ – 8,8 ∙ 10¹⁴	130 000	120	VII – VIII
7 – 7,9	9,5 ∙ 10¹⁵ – 4,0 ∙ 10¹⁶	540 000	18	IX – X
8 – 8,9	6,2 ∙ 10¹⁶ – 8,8 ∙ 10¹⁷	2 080 000	1	XI - XII

Zajímavost ze stavebnictví:
Za prvních několik let 21. století zemřelo na následky zemětřesení už přes 900 tisíc lidí. To je polovina z počtu obětí za minulé století. Je to způsobeno rostoucím počtem lidí na planetě Zemi i rostoucím počtem lidí ve městech v rizikových oblastech. Nejvíce obětí nemá na svědomí samotné zemětřesní, ale zřícené budovy. Nejvíce ohrožených velkých měst je nyní 16, jsou to třeba Káthmándú v Nepálu, Istanbul v Turecku, Dilí v Indii, Quito v Ekvádoru nebo Manila na Filipínách. Proto se technici, architekti a stavitelé snaží vytvořit domy, které by byly schopné zemětřesení odolávat. Pokud ale v okolí budou stát domy nestabilní, může se stát, že padající trosky zasáhnou a zničí i ten nejodolnější dům.

Následky zemětřesní v San Francisku v roce 1906. Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.Podle nejnovějších studií je nejodolnějším materiálem obyčejné dřevo, které se při pohybech půdy sice ohýbá a deformuje, ale praská jen výjimečně. Naopak železobeton je jedním z nejrizikovějších materiálů. Ocelové konstrukce, používané v současné době, odolávají zemětřesní velmi dobře. Pád celé budovy je téměř vyloučený. Jediným rizikem jsou nekvalitně provedené sváry. V roce 2006 otestovali v Japonsku sedmipatrovou dřevostavbu při umělém zemětřesní o magnitudě 7,5.

Japonský test dřevěné budovy.Při stavbách zemětřesení odolných budov se nejčastěji kombinuje několik postupů. Jedním z nich je izolace základů budovy od země pod ní pomocí tzv. izolátoru, který nepřenáší pohyb země při zemětřesení na samotnou budovu. Další je tzv. aktivní ochrana, která normálně nepracuje a zapíná se až po hlášení z řady senzorů. Další způsob je pomocí velmi hmotných kyvadel, která se umísťují na vrcholu budovy. Jejich pohyb je ovládán počítačem a dokáže hýbat kyvadlem proti pohybu země. Slouží i ke stabilizaci budovy při silném větru. Nejmodernějším způsobem jsou jakési umělé šlachy v podobě silných lan ovládaných počítačem. Ten řídí jejich napětí a manipuluje jimi tak, aby stabilizovali dům proti pohybům zemětřesní.