Věda a technika v pozadí Zemětřesení

Celkový přehled Veřejnost MŠ 1. stupeň ZŠ 2. stupeň ZŠ SŠ VŠ

Autor textu

Autor textu:

O čem je tento exponát

O čem je tento exponát:

Exponát Zemětřesení zkoumá odolnost staveb proti otřesům podloží. Postav si co největší/nejvyšší budovu v daném čase a zjisti, jestli odolá otřesům. Vylepšuj, upravuj a znovu zkoušej nejlepší design.

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.

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.

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. 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.

Za prvních několik let 21. století zemřelo na následky zemětřesení už přes 900 tisíc lidí. To je polovina z počtu 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.