Věda a technika v pozadí
Chvění země

Teorie

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.

Příčiny 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).

Seismické vlny zaznamenáváme velmi citlivými přístroji, tzv. seismografy. Při průchodu seizmických vln seismografem dochází k relativnímu pohybu mezi částí seismografu spojenou s vlnící se zemí a druhou částí, setrvačnou hmotou seizmografu, která má určitý stupeň volnosti pohybu. Seismografy jsou konstruovány k zaznamenání co nejširšího rozsahu frekvencí (lokální slabá zemětřesení mají frekvenci až do 60 Hz, silná vzdálená zemětřesení až setiny Hz).

Jestliže k měření použijeme víc seismických stanic, získáme z doby šíření jednotlivých druhů vln informace o rychlosti i směru jakéhokoli posunu. Na základě těchto informací pak můžeme lokalizovat ohnisko na dálku. Při husté síti seismických stanic je možné takové místo získat s přesností desítek nebo stovek metrů. Při řídké síti seismických stanic se chyba zvyšuje až na desítky kilometrů.

Jako zemětřesení označujeme jakékoli vychýlení seismografu. Není proto divu, že ročně jich je několik set tisíc. Intenzita podélných a příčných vln klesá se čtvercem vzdálenosti od zdroje, protože se šíří prostorem v kulových vlnoplochách. Jako poslední dorazí povrchová vlna, jejíž intenzita klesá se vzdáleností, protože se šíří v ploše v kruhových vlnoplochách. Z toho důvodu je také nejintenzivnější, má největší účinky.

Zajímavost z biologie:
Chvění země nemusí pocházet jen od zemětřesení. Šíří se zemí v podobě infrazvuku, který mohou slyšet např. sloni, psi, kočky, drobní hlodavci a další. Sloni navíc používají infrazvuk k vzájemnému dorozumívání. Mohou se tak slyšet až na vzdálenosti několika kilometrů. Medúzy vnímají infrazvuk pocházející z vln na hladině. Při blížící se bouřce mohou reagovat a vzdálit se od pobřeží. 

Slon indický.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: Yathin S. Krishnappa. Under Creative Commons.

K vyjádření intenzity zemětřesení v epicentru se používají makroseizmologické stupnice, Mercalliho-Cancaniho-Siebergova (MCS – uvedená v následující tabulce), 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.

Oba typy stupnic jsou srovnány v následující tabulce.