Zemětřesení uvolňuje skryté síly: Jak vzniká a co ho způsobí?

Lidstvo rádo podléhá iluzi o neomezenosti svých možností a schopností. Přistáváme na Měsíci, štěpíme atomy, krotíme šelmy i viry... Ale stačí, aby se hluboko pod našima nohama pohnula země, a jsou z nás bezmocní mravenečkové vydaní napospas silám přírody skrytým pod povrchem. Napospas ničivému zemětřesení. Jak vzniká a co ho způsobuje?

Pravda, úplně bezmocní proti zemětřesení nejsme. Naučili jsme se stavět budovy odolávající otřesům a dokážeme docela dobře odhadnout, ve kterých oblastech se máme mít před velkým zemětřesením na pozoru.

Ale katastrofa nakonec stejně může přijít náhle, bez varování. Zvláště v chudých zemích, které si nemohou dovolit moderní architekturu a technologie, bývají následky tragické. Jako v roce 2005 v Pákistánu nebo v roce 2004 po vlně tsunami, vyvolané jedním z největších zemětřesení, jaké lidstvo pamatuje.

Srážka světů: když se Země otřese

Zemětřesení začíná hluboko

Zřícené budovy a mosty, spadlé stromy, přerušené elektrické vedení, zničené vodovody i plynová potrubí, požáry... Důsledky silného zemětřesení v osídlené krajině nelze přehlédnout. Přesto je veškerý zmatek na povrchu jen ohlasem dějů hluboko pod zemí. Kdybychom chtěli proniknout přímo do srdce zemětřesení a zjistit, jak vzniká, museli bychom se vydat několik kilometrů až desítky kilometrů hluboko.

V hloubce zemské kůry se ukrývají zlomy, na nichž se stýkají různé bloky hornin. Nejsou v klidu, pomalu se vůči sobě pohybují. V místě kontaktu jsou do sebe zaseknuté - jako kdybyste k sobě přiložili dva brusné papíry a snažili se je proti sobě posunovat.

V oblasti zlomu se hromadí napětí tak dlouho, až spoj nevydrží. Horninové bloky obrovskou rychlostí „poskočí“, čímž se rázem zbaví nahromaděné energie. Ta způosbí zemětřesení. Zemí se z jeho centra šíří seismické vlny - podobně jako zvuk ve vzduchu nebo vlny na hladině, když do vody hodíme kámen.

Prostě peklo: Sopky a srážky pevninských ker

Tanec litosférických desek

Zemský povrch jen zdánlivě připomíná jednolitou skořápku pevně obalující zemský plášť a jádro. Zemská kůra je ve skutečnosti rozdělena do několika tzv. litosférických desek, které se vůči sobě rychlostí několika centimetrů za rok pohybují. A právě v místech, kde se tyto desky setkávají, vzniká drtivá většina zemětřesení.

Litosférické desky se od sebe oddalují (např. uprostřed Atlantského oceánu nebo ve východoafrických riftových údolích), posunují se podél sebe (jako na zlomu San Andreas v Kalifornii), nebo se srážejí, přičemž se jedna zpravidla zasouvá pod druhou (např. Tichomořská deska pod Jihoamerickou za vzniku And).

Kde vzniká zemětřesení?

Zemětřesení vznikají pouze v zemské kůře, tedy nehluboko pod povrchem. Většina z nich má centrum v hloubce pět až třicet kilometrů, kde ještě nepanují tak vysoké teploty, aby vzniku zemětřesení dokázaly zabránit.

Jak souvisí teplota s náchylností ke zlomům a na nich vznikajícím zemětřesením? RNDr. Aleš Špičák, CSc., ředitel Geofyzikálního ústavu Akademie věd ČR, to vysvětluje na příkladu svíčky: „Zemětřesení vyžaduje křehký materiál. Když necháte vymrznout svíčku a pak se ji pokusíte zlomit, praskne. Když ji dáte na sluníčko a uděláte totéž, jenom se ohne.“

Sopky v Česku: Hrozí nám nebezpečí?

V zahřáté svíčce „svíčkotřesení“ nevyvoláte, hmota se působícím silám pokorně poddá. Stejně je tomu v horkém zemském plášti. K zemětřesením přesto dochází i v hloubce stovek kilometrů. Děje se tak v místech, kde se jedna litosférická deska zasouvá pod druhou.

„Horký plášť nestačí vyrovnat nízkou teplotu zasouvané zemské kůry. Ta si udržuje svou křehkost, a mohou v ní tedy vznikat zemětřesení. Jsou to vlastně také mělká zemětřesení, ale prostředí, v němž k nim dochází, bylo samo zataženo do větší hloubky,“ doplňuje Aleš Špičák.

Richterova stupnice

Sílu zemětřesení odborníci popisují veličinou zvanou magnitudo; ta je úměrná množství uvolněné energie. V tomto případě mluvíme o velikosti zemětřesení podle Richterovy stupnice.

Přestože hodnotu magnituda po každém ničivém zemětřesení zmiňují všechny noviny i televize, o účincích zemětřesení toho samo o sobě nemusí mnoho napovědět. „Když seismolog studuje zemětřesení chladně jako geologický proces, není pro něho nejdůležitější, jestli napáchalo škody, nebo ne. Jde mu především o popis přírodního jevu,“ říká Aleš Špičák.

Magnitudo seismologové určují z velikosti výchylky, kterou při zemětřesení zaznamenají seismografy. Největší zemětřesení dosáhla hodnoty magnituda 9,5. Ale pokud k tak silným otřesům dojde třeba někde v neobydlených pustinách Aljašky, žádné velké škody nenapáchají. Zato v obydlené oblasti ničí a zabíjí i mnohem menší zemětřesení.

Co je tornádo? A proč způsobilo na Moravě tolik škody?

Stupnice škod

Pro popis účinků zemětřesení na zemském povrchu se používají jiné stupnice. V Evropě to je tzv. evropská makroseismická stupnice o dvanácti stupních. Zatímco magnitudo podle Richterovy stupnice je jednoznačně dáno měřením, intenzitu zemětřesení podle makroseismické stupnice odborníci určují na základě přímo pozorovaných úkazů a škod. Ty nezávisejí pouze na síle zemětřesení, ale i na geologickém podloží, hloubce ohniska zemětřesení, kvalitě staveb na povrchu a na dalších faktorech.

Seismograf nahlíží do nitra Země

Seismografy zaznamenávající otřesy země prozrazují leccos zajímavého nejen o zemětřesení samém, ale i o vnitřním uspořádání naší planety. Pro výzkum Země jsou stejně důležité jako teleskopy pro pozorování vesmíru nebo mikroskop pro studium buněk.

Z rychlosti šíření seismických vln dokáže zkušený odborník vyčíst informace o prostředí, jímž se vlny šířily. A vůbec přitom nemusí jít o oblast zemětřesením bezprostředně zasaženou. Seismografy zachycují i otřesy z druhé strany zeměkoule. Díky tomu známe mocnost zemské kůry, víme, že vnější část zemského jádra je tekutá...

Když vybuchne atomová bomba

Naftaři si od seismologů nechávají radit, kde vrtat. Český tým profesora Vlastislava Červeného patří v tomto ohledu ke světové špičce. Při průzkumu ložisek nerostných surovin vědci zemětřesení dokonce uměle vyvolávají – buď pomocí výbušnin, nebo speciálními těžkými auty, která vibrují a rozechvívají zemi.

Před sedmdesáti lety byla poprvé odpálena atomová bomba

Za studené války byli seismologové nepostradatelní pro hlídání pokusných výbuchů atomových bomb na druhé straně železné opony. Byl výbuch úspěšný? O jak silnou bombu šlo? Američané studovali záznamy seismografů dokazující testy jaderných zbraní v Sovětském svazu, Rusové obdobně hlídali Američany, Francouze, Brity...

Seismologům neušel ani test severokorejské atomové bomby. Vybuchla 9. října 2006, exploze odpovídala zemětřesení o síle 4,2 podle Richterovy stupnice. Na české stanice dorazily seismické vlny po necelých dvanácti minutách.

Česká zemětřesení

Mezititulek je trochu zavádějící, protože seismologové v České republice nesledují pouze naše, místní zemětřesení. Seismické vlny se šíří na obrovské vzdálenosti a české seismografy registrují i vlny mající původ na opačné straně planety. Neunikne jim žádné zemětřesení silné alespoň 4,5 stupňů podle Richterovy stupnice. Denně jich je několik. Seismické stanice byste našli například v Kašperských Horách, v Průhonicích u Prahy nebo ve Vranově u Brna.

To však neznamená, že by se u nás země netřásla. Česká republika leží daleko od krajů litosférické desky a opravdu velká zemětřesení tu nehrozí, menší otřesy jsou však v některých oblastech poměrně běžné. Nejrušněji je na Chebsku a Kraslicku v západních Čechách, kde byla zaznamenána i zemětřesení s magnitudem 4,5, oceněná makroseismickou intenzitou 6-7. Oblast monitoruje speciální místní síť seismických stanic, podobně jako také relativně „živé“ Jeseníky. Kromě toho mají čeští seismologové přibližně třicet mobilních stanic pro příležitostná měření po celé republice a v zahraničí.

Před výbuchem: Tajemství probuzené sopky

Jak předvídat zěmtřesení?

Přes všechnu snahu se seismologům nedaří zemětřesení spolehlivě předvídat. „Aby v televizi vystoupil seismolog a oznámil, že zítra ve 13.20 dojde tam a tam k zemětřesení o takové a takové síle? Ne, taková předpověď podobná předpovědi počasí zatím nepřipadá v úvahu,“ vysvětluje Aleš Špičák.

Jako příklad naší bezmoci vůči silám přírody zmiňuje zemětřesení z října 2004 v kalifornském Parkfieldu. K otřesům tam dochází pravidelně, takže seismologové oblast prošpikovali všemožnými přístroji. Vedle seismických vln měřili i úniky oxidu uhličitého a radonu, pohyby podzemní vody a celou řadu dalších jevů, které by mohly signalizovat blížící se zemětřesení. K dispozici měli všechny představitelné údaje za několik desítek let – a nic. Zemětřesení přišlo, aniž se to na měřených veličinách předem jakkoli projevilo.

Seismologové dovedou určit pouze pravděpodobnost, s níž k zemětřesení v určité oblasti v nejbližších letech dojde, a také jeho pravděpodobný průběh. Pomáhají rozhodovat, kde je možné bezpečně stavět, kde jsou nutné speciální úpravy a kterým místům se při rozvoji měst raději vyhnout.

Lidé třesou zemí

Některá zemětřesení o poměrně značné síle má na svědomí člověk. Otřesy je schopen vyvolat tam, kde výrazně mění charakter horninových masivů. O otřesech vyvolaných explozí atomové bomby se zmiňujeme tady.

Ale vždy nemusí jít o tak extrémní událost. Stačí dlouhodobá hlubinná těžba nerostných surovin, kvůli níž se změní napětí v horninách. Nebo vtlačování obrovských objemů vody pod zemský povrch při těžbě ropy.

Anebo stavba přehrady, která zatíží rozsáhlé území obrovskou vahou vody. U egyptské Asuánské přehrady naměřili po jejím napuštění zemětřesení o síle až 6 stupňů Richterovy stupnice.

Hlubiny v ohrožení: Rybolov a těžba kovů

Jak vypadá seismograf

Seismograf je přístroj zaznamenávající seismické vlny vyvolané zemětřesením. Pracuje na principu setrvačnosti. Těžké závaží je zavěšeno tak, aby se mohlo volně pohybovat v jednom směru. Při zemětřesení se snaží zůstat v klidu, zatímco podložka, k níž je uchyceno záznamové zařízení, se pohne spolu s podložím.

Dříve psací hrot zaznamenával výchylky jako zubatou čáru na otáčející se buben s papírem, dnes jsou přístroje elektronické. Seismolog může sedět v pohodlné kanceláři, a přesto okamžitě vidí, co se v kterém koutě planety děje, protože síť seismografů daleko v pustině i hluboko na dně oceánu odesílá naměřené údaje přes satelit přímo do jeho počítače.

Zemětřesení v číslech:

Hloubka ohniska (hypocentra) zemětřesení:

Hloubka ohniska zemětřesení je zpravidla 5 - 30 km, ale v místech, kde je zemská kůra jedné litosférické desky zatlačována pod druhou, může ohnisko ležet až v hloubce 680 km.

Velikost posunu:

Při zemětřesení u Sumatry, které 26. prosince 2004 vyvolalo ničivou vlnu tsunami, se horninové bloky proti sobě posunuly asi o 20 metrů. Šlo však o jedno z největších zemětřesení novodobé historie. Posun u většiny zemětřesení je mnohem menší.

Rychlost posunu:

Rychlost posunu zemětřesení je obrovská, řádově v kilometrech za sekundu (až 16 000 km/hod).

Délka zlomu:

Délka zlomu odpovídá síle zemětřesení. U Sumatry se 26. prosince 2004 posunuly litosférické desky na vzdálenosti asi 1000 km.

Trvání otřesů:

Otřesy zpravidla trvají do jedné minuty; trvání otřesů rovněž odpovídá síle zemětřesení. Zemětřesení u Sumatry však trvalo několik minut.

Jak často dojde k zemětřesení?

Zemětřesení o síle 8,0 a vyšší podle Richterovy stupnice udeří v průměru jednou ročně, o síle alespoň 7,0 v průměru sedmnáctkrát ročně, zemětřesení s magnitudem alespoň 5,0 bývá kolem 1300 a s magnitudem 2,0 více než milion ročně.