Keby sme dokázali urobiť chemickú snímku vnútra Zeme, videli by sme, že vnútro Zeme je, veľmi zjednodušene, tvorené tenkou kôrou, hrubým plášťom a jadrom. Keď využijeme na snímkovanie Zeme seizmické vlny, zistíme, že plášť je tvorený tromi vrstvami tenšieho vrchného plášťa a hrubším spodným plášťom, pričom hrubšia vonkajšia časť jadra je kvapalná a menšia vnútorná tuhá. O snímke možno v jednom i druhom pohľade hovoriť preto, lebo ukazujú okamžitú štruktúru Zeme.
Keby sme mohli vnútro Zeme filmovať nepretržite, napríklad niekoľko miliónov rokov, a potom by sme si film veľmi zrýchlene premietli, videli by sme, že asi 100 km hrubá najvrchnejšia časť Zeme tvorená kôrou a časťou vrchného plášťa sa správa ako jedna vrstva. V porovnaní s ostatnou časťou plášťa sa pohybuje, a dokonca do nej môže klesať. Zjednodušene možno povedať, že táto 100 km hrubá dynamická vrstva – litosféra – neberie ohľad na chemický rozdiel medzi kôrou a vrchným plášťom. Celá je relatívne pevná, krehká a studená.
Tri rôzne pohľady do vnútra Zeme vytvárajú tri rôzne obrazy. Ešte by sme mohli pridať napríklad mineralogický obraz. Každý je pravdivý. To, ako tieto obrazy súvisia, a čo sa deje vnútri Zeme, skúma najmä fyzika Zeme (geofyzika). Fyzika jediná môže vďaka povrchovým meraniam fyzikálnych veličín, matematickým metódam a numerickému modelovaniu skúmať celý objem našej planéty. Na základe fyzikálneho modelu štruktúry Zeme a procesov v nej sa potom rozvíjajú aj iné modely, napríklad chemický či mineralogický. Sústredíme sa len na dva javy – tektonické zemetrasenie a seizmické vlny.
Tuhá látka alebo viskózna kvapalina?
Horniny zemského vnútra sa môžu správať napríklad ako elastické látky alebo ako vysokoviskózne kvapaliny. Závisí to od veľkosti a rozloženia síl, teploty a doby pôsobenia. Horninový materiál možno charakterizovať tzv. relaxačným časom. Ak je doba pôsobenia síl dostatočne kratšia ako relaxačný čas materiálu, správa sa materiál pružne. Ak je dostatočne dlhšia, správa sa viskózne. V dôsledku konvekcie (látkového transportu) v plášti vznikajú silové pôsobenia s časovou variáciou rádovo 104 rokov. Pri tejto dobe sa elasticky správa už iba litosféra.
Dynamika litosféry
Litosféra nie je spojitou vrstvou: je rozbitá na približne 20 platní. Tieto platne sú v dôsledku konvekcie v plášti vo vzájomnom pohybe. V princípe poznáme tri typy rozhrania (kontaktu) platní: divergentné (napr. stredoatlantický chrbát medzi Euroázijskou a Severoamerickou platňou), konvergentné (napr. podsúvanie Tichooceánskej platne pod Severoamerickú platňu) a transformné (napr. zlom San Andreas medzi Tichooceánskou a Severoamerickou platňou).
Keď hovoríme o zlome San Andreas v Kalifornii, Severoamerická platňa má tendenciu pohybovať sa vo vzťahu k Tichooceánskej platni rýchlosťou asi 5 až 6 cm za rok. Ide o tzv. pravostranný zlom: ak stojímena ktorejkoľvek z dvojice platní, tá druhá sa pohybuje doprava. Jednoduchému prekĺzavaniu na zlome však bráni trenie.
| Ročná štatistika | |||
| Počet zemetrasení lokalizovaných svetovou sieťou seizmických staníc v jednom roku je v priemere vyše 350 000. | |||
| Momentové magnitúdo MW |
Počet zemetrasení | Celková energia uvoľnená zemetraseniami za rok v Nm | Percentuálny podiel na energii uvoľnenej za rok |
| ≥ 8 | 1,1 | 3 300 × 1014 | 55,9 % |
| 7 – 7,9 | 18 | 2 000 × 1014 | 33,2 % |
| 6 – 6,9 | 120 | 480 × 1014 | 8,0 % |
| 5 – 5,9 | 800 | 120 × 1014 | 2,0 % |
| 4 – 4,9 | 6 200 | 33 × 1014 | 0,6 % |
| 3 – 3,9 | 49 000 | 9,3 × 1014 | 0,2 % |
| 2 – 2,9 | 300 000 | 2,1 × 1014 | < 0,1 % |
| Od roku 1501 je dokumentovaných 35 zemetrasení s odhadovaným alebo určeným momentovým magnitúdom MW 8,5 alebo väčším. | |||
Zemetrasenia na kontaktoch platní
Okrem kontaktu na zlome sa však celé obrovské platne pohybujú. Preto sa platne deformujú a na zlome San Andreas sa hromadí tangenciálne napätie. Keď v nejakom mieste (hypocentre) dosiahne toto napätie medzu pevnosti kontaktu danú statickým trením, vznikne trhlina, t. j. častica jednej platne odskočí od pôvodne susediacej častice druhej platne. Táto trhlina (či sklz alebo nespojitosť) sa potom šíri po ploche kontaktu (ploche zlomu San Andreas). Rýchlosť šírenia trhliny dosahuje väčšinou rýchlosť približne 1,75 až 2,45 km/s, v niektorých prípadoch aj vyššiu ako približne 3,5 km/s. Na porovnanie, maximálna rýchlosť u nás na diaľnici je 130 km/h, t. j. približne 0,036 km/s.
Mapa epicentier zemetrasení s vyznačením intervalov hĺbky hypocentra a hlavných litosférických platní, ilustrácia Lisa Christiansen, Caltech Tectonics Observatory, USA, úprava autori
Keďže odskok v každom mieste plochy zlomu trvá relatívne krátko (rádovo 1 až 10 sekúnd), v okolí šíriacej sa trhliny sú častice krátkodobo vychyľované zo svojej pôvodnej polohy a začnú kmitať. Tento kmitavý pohyb má dostatočne krátke periódy, aby sa mohol relatívne rýchlo rozšíriť do okolia zlomu, pozdĺž ktorého sa šíri trhlina. Zároveň má dostatočne dlhé periódy na to, aby sa mohol šíriť celým objemom Zeme. Hovoríme, že sa vnútrom Zeme šíria seizmické vlny. Rýchlosť šírenia pozdĺžnych vĺn dosahuje v spodnom plášti viac ako 13 km/s, v žule pri povrchu Zeme približne 6 km/s. Keď seizmické vlny dosiahnu povrch Zeme, rozkmitajú ho. Ak je to dostatočne silný pohyb, cítime ho ako zemetrasenie (tak trasľavý pohyb povrchu Zeme pomenovali starovekí Gréci). Tektonickým zemetrasením je však celý proces od spontánneho vzniku trhliny až po kmitavý pohyb povrchu Zeme.
Stredoatlantický chrbát je v skutočnosti tvorený postupnosťou úsekov divergentných rozhraní orientovaných pozdĺž chrbta a oddelených malými úsekmi transformných zlomov orientovaných v smere vzájomného pohybu platní. Zemetrasenia vznikajú len na týchto krátkych transformných zlomoch a sú preto relatívne slabé.
Mechanizmus vzniku zemetrasení na kontakte, pri ktorom sa jedna platňa ponára pod druhú, je geometricky trochu zložitejší ako v prípade transformného zlomu. Aj v tomto prípade však ide o vznik trhliny v mieste, kde nahromadené tangenciálne napätie dosiahne medzu pevnosti kontaktu danú statickým trením, a následné šírenie trhliny. Všetky najväčšie zaznamenané zemetrasenia vznikli práve v miestach ponárajúcich sa platní. Ak sa taký kontakt platní nachádza pod oceánom (čo je typické pre obvodové oblasti Tichého oceánu), spôsobujú tieto zemetrasenia cunami.
Z mapy epicentier zemetrasení je zrejmé, že zemetrasenia vznikajú aj v hĺbkach až do 700 km. Tieto zemetrasenia vznikajú vnútri ponárajúcich sa litosférických platní, ktoré si zachovávajú určitú pevnosť a krehkosť, kým nesplynú s materiálom plášťa.
Zemetrasenia vnútri platní
Tektonické zemetrasenia však vznikajú aj vnútri neponárajúcich sa litosférických platní, pretože sa v nich nachádzajú bloky, ktoré sú tiež vo vzájomnom pohybe. Tieto vnútroplatňové zemetrasenia sa zvyčajne pripravujú podstatne dlhšie ako zemetrasenia na kontakte litosférických platní. Preto sú často veľmi prekvapujúce. Územie Slovenska je súčasťou Euroázijskej platne a tiež má niekoľko zón so seizmoaktívnymi zlomami, na ktorých vznikajú zemetrasenia.
Zdrojové zóny na Slovensku
Na Slovensku sa vyskytujú zemetrasenia s makroseizmickými účinkami (t. j. účinkami na ľudí, predmety, stavby a prírodu), aj mikrozemetrasenia, ktoré boli zaznamenané len seizmickými stanicami. Zhluky epicentier indikujú seizmické zdrojové zóny.
Polohy zdrojových zón súvisia s geologicko-tektonickou stavbou územia Slovenska a jeho okolia. Najvýznamnejšou oblasťou vzniku zemetrasení je kontakt Východných Álp a Západných Karpát, ktorý prechádza do oblasti kontaktu geologických jednotiek Západných Karpát so stabilnou Európskou platformou. Tomu zodpovedajú zdrojové zóny Modra-Pernek, Dobrá Voda a stredné Považie so Žilinou. Ďalej na východ sa zemetrasenia vyskytujú najmä v okolí slovensko-poľského pohraničia. V oblasti stredného Slovenska sa nachádza zdrojová zóna zahŕňajúca najmä oblasť horného Pohronia. Zo zdrojových zón v Panónskej panve je na území Slovenska najznámejšia oblasť Komárna. Na východe Slovenska sú zemetrasenia najmä v oblasti Slanských a Vihorlatských vrchov. Všetky zemetrasenia na území Slovenska sú plytké kôrové zemetrasenia s hypocentrami v hĺbkach do 20 km.
Najlepšie, no ešte nie dostatočne preskúmanou zdrojovou zónou je Dobrá Voda. Je to vďaka tomu, že zo všetkých zón je najbližšia k lokalite jadrovej elektrárne Bohunice. O ostatných zónach toho vieme podstatne menej. Je to preto, že nie sú finančné prostriedky na dostatočný počet moderných seizmických prístrojov, a tiež aj preto, že mnohé historické zemetrasenia nie sú dobre zdokumentované. Dokumentovanie zemetrasení možno považovať za primerané až po reformách miestnej správy počas panovania Márie Terézie a po ničivom zemetrasení v Komárne v roku 1763. Ani najdôležitejšie historické zemetrasenia nie sú dostatočne preskúmané. Ich výskum vyžaduje úzku spoluprácu seizmológov a historikov a tú sa zatiaľ nepodarilo dosiahnuť.
Najväčšie prístrojovo zaznamenané zemetrasenie – 22. 5. 1960 Valdivia, Čile, momentové magnitúdo MW = 9,5, uvoľnená energia asi 100 000-krát väčšia ako v prípade atómovej bomby zhodenej na Hirošimu, porušená plocha zlomu približne 800 × 200 km, priemerná veľkosť sklzu asi 11 m
Najväčšie dokumentované zemetrasenie v Európe – 1. 11. 1755 Lisabon, Portugalsko, epicentrum asi 290 km juhozápadne od Lisabonu, odhadované momentové magnitúdo MW = 8,5 – 9,0, 30 000 – 50 000 mŕtvych len v Lisabone, zničilo asi 85 % všetkých budov v Lisabone.
Dosiaľ uspokojivo nevysvetlené zemetrasenie – 19. 9. 1985 Michoacan, Mexiko, epicentrum na západnom pobreží Mexika, MW = 8,0; najväčšie škody na území hlavného mesta (vo vzdialenosti približne 380 km od epicentra), kde zemetrasenie spôsobilo smrť asi až 45 000 ľudí, zranilo asi 30 000 ľudí, poškodilo alebo zničilo vyše 400 budov, nechalo viac ako 100 000 ľudí bez prístrešia a priame škody presiahli tri miliardy dolárov. Silné seizmické pohyby na území hlavného mesta sa dosiaľ nepodarilo kvantitatívne uspokojivo vysvetliť.
Zemetrasenia s najväčším počtom obetí – 23. 1. 1556 Shaanxi, Čína, odhadované momentové magnitúdo MW = 8,0, zahynulo viac ako 830 000 ľudí. Od roku 856 bolo najmenej 37 zemetrasení, z ktorých každé usmrtilo viac ako 10 000 ľudí. Od roku 1556 bolo 15 zemetrasení, z ktorých každé usmrtilo viac ako 100 000 ľudí.
Zemetrasenie, ktoré spôsobilo najväčšie škody – 2011 Tohoku-Oki, Japonsko, MW = 9,1, najväčšie škody boli spôsobené vyvolaným cunami, celkové škody sa odhadujú na 235 miliárd dolárov.
Triaslo sa aj naše územie
V 15. storočí tvorili banské mestá na strednom Slovensku a bane na vzácne kovy v ich okolí hospodárske centrum Uhorska. Dňa 5. júna 1443 zemetrasenie s epicentrom na strednom Slovensku zničilo Banskú Štiavnicu a vážne poškodilo Kremnicu. Jeho epicentrálna intenzita bola 8° EMS-98. Účinky tohto zemetrasenia sú dosiaľ známe len pre najvýznamnejšie mestá toho obdobia, napríklad Viedeň, Krakov a Brno. Nedávnym archeologickým prieskumom bolo zdokumentované zničenie veľkej časti hradu Ľupča.
Málo preskúmané je zemetrasenie zo 16. novembra 1613 pri Žiline. Zemetrasenie malo spôsobiť škody až v Bratislave. Epicentrálna intenzita mohla dosiahnuť až 8° EMS-98.
prof. RNDr. Peter Moczo, DrSc., akademik Učenej spoločnosti Slovenska
RNDr. Peter Labák, PhD.
RNDr. Róbert Kysel, PhD.
doc. Mgr. Jozef Kristek, PhD.
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky UK v Bratislave
Ústav vied o Zemi SAV
Viac informácií nájdete na: www.nuquake.eu, www.seismology.sk, www.zemetrasenia.sk, www.cambridge.org/Moczo.
