podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 00 (pár slov na úvod)
SEISMOLOGIE
A
SEISMOTEKTONIKA
Osnova předmětu
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 00 (pár slov na úvod)
Osnova 2023:
1. Předmět studia a historické perspektivy
1.1. Hlavní cíle a zdroje dat
1.2. Vnímání zemětřesení v historické perspektivě
2. Fyzika zemětřesení
2.1. Napětí a křehké porušení
2.2. Dynamika zlomů a zemětřesení
2.3. Seismický cyklus
2.4. Problémy predikce zemětřesení
3. Seismická vlna
3.1. Seismický signál jako vlnová funkce
3.2. Vliv prostředí na seismickou vlnu
3.3. Rychlost seismických vln
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 00 (pár slov na úvod)
4. Seismický paprsek
4.1. Geometrie seismického paprsku
4.2. Seismický paprsek ve vrstevnatém prostředí
4.3. Nomenklatura objemových seismických fází a jejich hodochrony
5. Seismické zdroje a jejich parametry
5.1. Klasifikace seismických zdrojů
5.2. Poloha hypocentra
5.3. Velikost zemětřesení
5.4. Zdrojové mechanismy
6. Registrace seismického záznamu
6.1. Princip setrvačného seismometru
6.2. Digitalizace a filtrace dat
6.3. Stručná historie seismického monitorování
7. Neinstrumentální data a doprovodné jevy
7.1. Makroseismická data
7.2. Doprovodné jevy (sesuvy, zkapalnění sedimentu, tsunami)
7.3. Historická zemětřesení
7.4. Paleoseismologie
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 00 (pár slov na úvod)
8. Statistické a pravděpodobnostní zpracování dat
8.1. Magnitudo-četnostní vztahy
8.2. Distribuce zemětřesení v prostoru a čase
8.3. Seismické ohrožení
9. Seismicita deskových rozhraní
9.1. Recentní desková rozhraní
9.2. Kinematika a dynamika litosférických desek
9.3. Seismotektonika divergentních rozhraní
9.4. Seismotektonika transformních rozhraní
9.5. Seismotektonika konvergentních rozhraní
10. Vnitrodesková seismicita
10.1. Seismotektonika vnitrodeskových tektonických zón
10.2. Vulkanická zemětřesení
10.3. Indukovaná seismicita
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 00 (pár slov na úvod)
11. Přirozená seismicita v regionu Evropy
11.1. Přirozená seismicita v regionu Středomoří
11.2. Přirozená seismicita alpinských jednotek střední Evropy
11.3. Přirozená seismicita alpinského předpolí
11.4. Seismicita Skandinávie
11.5. Monitorování přirozené seismické aktivity na území ČR
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 00 (pár slov na úvod)
Doporučené publikace pro rozšíření studia:
Lay, Wallace (1995): Modern Global Seismology
Stein, Wysession (2003): An Introduction to Seismology, Earthquakes,
and Earth Structures
Kearey, Klepeis, Vine (2009): Global Tectonics
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 00 (pár slov na úvod)
Hodnocení – na základě závěrečného písemného testu:
20 otázek (jednoduché teoretické otázky - cílem je zjistit celkovou
orientaci v problematice)
maximální počet bodů za otázku – 3 body
maximální počet bodů za test – 60 bodů
Hodnocení : 51-60 A
46-50 B
41-45 C
36-40 D
31-35 E
0-30 F
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 00 (pár slov na úvod)
SEISMOLOGIE
A
SEISMOTEKTONIKA
část 1.: Předmět studia
a historické perspektivy
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01a (cíle a zdroje dat)
1.1: Hlavní cíle a zdroje dat
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01a (cíle a zdroje dat)
Předmět studia seismologie:
problematika generování, šíření a záznamů elastických vln
v Zemi a dalších přirozených kosmických tělesech.
Předmět studia seismotektoniky:
vztahy mezi seismickými jevy (zemětřeseními), aktivními
tektonickými procesy a křehkými poruchami v určitém
vymezeném regionu
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01a (cíle a zdroje dat)
Zemětřesení:
proces, při kterém jsou generovány krátkoperiodické elastické
vlny
Témata seismologie:
- generování elastických vln a vlastnosti zdroje elastických vln
- šíření elastických vln horninovým prostředím
- pozorování projevů elastických vln a jejich detekce
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01a (cíle a zdroje dat)
Data:
- makroseismická
(makroseismická pozorování)
- instrumentální
(záznam seismometru)
Hlavní cíle vztažené ke zdroji:
- lokalizace jevu
- geometrie zdrojové oblasti
- velikost jevu
- kinematické parametry
- ...
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01a (cíle a zdroje dat)
Témata seismotektoniky:
- charakteristika seismické aktivity spjaté s jednotlivými přírodními
(i jinými) procesy
- charakteristika seismické aktivity spjaté s jednotlivými regiony
(např. výpočty seismického ohrožení v daném regionu)
Data:
statisticky representativní soubor výsledků zpracovaní dat
- instrumentální seismologie
- historické seismologie
- paleoseismologie
plus data vztahující se k mechanice, strukturní geologii, geofyzice,
geodézii atd.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01b (historické perspektivy)
1.2.: Vnímání zemětřesení
v historické perspektivě
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01b (historické perspektivy)
Zemětřesení je přírodní fenomén, který na mnoha místech světa
významně zasahoval lidskou společnost.
Příklady:
Sparta 464 př. n. l. (zásadní oslabení Spartské moci)
Antiochie 13. 12. 115 n.l. (římský císař Traianus ohrožen na životě)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01b (historické perspektivy)
Fenomén zemětřesení v chápání starověkého Řecka:
Ve starověkých textech se prolínají mytologické obrazy s racionálními
popisy událostí.
Přelom 7/6. st. př.n.l. – začíná se formovat řecká filosofie (Milétská škola),
z ní plyne snaha o racionální vysvětlení příčin pomocí filozofických úvah.
Thales z Milétu: první racionální „teorie“ zemětřesení (příčina je hledána v
kolébání pevné země plovoucí na vodní mase světového oceánu).
Anaximandrův „válcovitý“
model Země
Anaximandros
z Milétu
(610 – 546 př. n. l.)
Thales z Milétu
(624 – 548 př. n. l.)
Poseidón
(mýtický původce zemětřesení)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01b (historické perspektivy)
Aristotelův model vzniku zemětřesení:
Aristoteles rozebírá svou hypotézu o vzniku zemětřesení ve druhé knize
díla „Meteorologicorum“.
Vznik zemětřesení má souviset s prouděním větru v dutinách země
(Aristoteles rozeznává více druhů zemětřesení).
Vítr má vznikat v důsledku vypařování vlhka ze země.
Aristoteles ze
Stageiry
(384 – 322 př. n. l.)
Aristotelova interpretace Anaxagorova
modelu (dle Oesera et al. 1992)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01b (historické perspektivy)
Senecovo pojednání o zemětřesení:
Problematice zemětřesení se věnuje ve svém díle „Naturales quaestiones“
z roku 65 Seneca (v 6. knize „De Terra Motu“), kde popisuje silné
zemětřesení v Pompejích (5. 2. 62 nebo 63) a rozebírá úvahy o příčinách.
Bez citace uvádí jako jednu z příčin zemětřesení expanzi podzemního
ohně (a s ním souvisejících exhalací) do svého okolí (spojení zemětřesení
a vulkanických procesů).
Lucius Annaeus
Seneca
(4 př. n. l. – 65 n. l.)Pompeje – doklady oprav po zemětřesení z roku 62 n. l. (Pizzorusso 2012)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01b (historické perspektivy)
Rozvoj Aristotelových myšlenek o zemětřesení ve středověké
scholastice a v renesanci:
Scholastičtí a renesanční učenci přebírají Aristotelovu představu o vzniku
zemětřesení, zpočátku ji jen mírně doplňují.
Je rozvíjena nauka o vnitřním teple (pod vlivem pseudoaristotelských
spisů) - zemětřesení je jako přírodní jev spojováno s vulkanismem.
Albert Veliký
(1193-1206/1207)
Georgius Agricola
(1494-1555)
„Meteororum“
Jammyho tisk z r. 1651
„De ortu et causis
subterraneorum“ (1544)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01b (historické perspektivy)
Descartův a Kircherův model Země:
Aristotelovu a Agricolovu myšlenku vnitřního tepla rozvíjí v renesanci
zejména Descartes a Kircher.
Descartův sférický model Země se žhavým
jádrem („Principia Philosophiae“, 1644)
Kircherův model s propojenými „vulkanickými
krby“ („Mundus subterraneus“, 1664)René Descartes (1596-1650) Athanasius Kircher (1602-1680)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01b (historické perspektivy)
Vulkány a zemětřesení:
Zemětřesení jsou pokládány za jevy spojené s plyny unikajícími skrz
horninové prostředí v rámci vulkanických procesů, např. Leibniz (1694).
Modely vzniku zemětřesení jsou doplněny také o myšlenku chemické
exploze - experimentálně ji demonstroval Lémery v roce 1700, více ji
zpopularizoval Immanuel Kant (1756).
Ale již Buffon (1749) upozorňuje, že existují také
zemětřesení jiného typu.
Lémeryho „vulkán“ (1700)
Georges Louis Leclerc de
Buffon (1707-1788)
Nicolas Lémery
(1645-1715)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01b (historické perspektivy)
Otřesy bez vulkánů:
Pozorování slabých lokálních zemětřesení v místech, kde nebyly žádné
doklady aktivity související s vulkanismem (viz Londýn 1750; Comrie 1841-
1844), obracely pozornost k „jiným“ možným příčinám otřesů.
Vystrašení obyvatelé opouští
Londýn po otřesech (1750).
Síť stanic u skotského Comrie (1841) – první
přístrojové monitorování lokální seismické aktivity.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01b (historické perspektivy)
Lisabonské zemětřesení 1755:
Zemětřesení o magnitudu 8.5 až 9.0 zničilo 1. 11. 1755 Lisabon (asi 50.000
obětí na životech). Zemětřesení bylo doprovázeno vlnou tsunami o výšce až
15 metrů.
Událost ovlivnila řadu oblastí (filosofii, stavitelství – a také zrod seismologie).
Zkáza Lisabonu v důsledku zemětřesení (1755).
Modely šíření vlny tsunami (1755) podle Omira et al. 2012
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01b (historické perspektivy)
Objev seismických vln:
V návaznosti na Lisabonské zemětřesení publikuje v roce 1761 reverend
John Michell v Philosophical Transactions zásadní práci, ve které dokládá
šíření projevů zemětřesení v podobě vln od zdroje na velkou vzdálenost.
Poisson (1831) matematicky dokládá, že v neohraničeném elastickém
prostředí se šíří pouze dva typy vln: rychlejší podélné a pomalejší příčné.
Malletova představa (Mallet 1848) křehkého
porušení hornin v důsledku šíření seismické vlny.
John Michell
(1724-1793)
Siméon Denis Poisson
(1781-1840)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01b (historické perspektivy)
Od směru ke zdroji:
První přístrojová měření (Milne, síť u skotského Comrie) i makroseismická
pozorování (Mallet, sledování směru řícení staveb) ukazují směr šíření vln.
Směr lze popsat seismickým paprskem – paprsky směřují k bodovému
zdroji (epicentrum – poprvé tento pojem použil Schmidt 1874)
Malletovo schéma (Mallet 1846) určení
směru šíření seismické vlny podle
směru pádu staveb.
Detail Malletovy mapy intenzity
a směru šíření vln pro
jihoitalské zemětřesení 1857.
Robert Mallet
(1810-1881)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01b (historické perspektivy)
Vztah mezi řícením částí staveb a směrem šíření signálu může být
mnohem komplikovanější – přesto Malletovy studie ukázaly dobrou
využitelnost tohoto fenoménu pro určení směru šíření signálu.
Sloupy zřícené po zemětřesení v roce 749
(Hippos, Izrael).
Test účinku zemětřesení (a = 1.9 g) na
sloupořadí (Nikolić et al. 2019).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01b (historické perspektivy)
Posuny na zlomech jako příčina zemětřesení:
O důležitosti zlomů porušujících horniny se sice už vědělo (Nicolas Steno
„Prodromus“ 1699), ale předpokládalo se, že zlomy jsou vytvářeny
zemětřesením.
Teprve v roce 1884 ukazuje Grove Karl Gilbert, že vztah je opačný
(zemětřesení vznikají v důsledku náhlého pohybu na zlomu).
A teprve po zemětřesení v San Franciscu (18. 4. 1906) tuto myšlenku nově
dokázal a prosadil Harry Fielding Reid (1911).
Reidův princip vzniku zemětřesení.Posunutý plot po zemětřesení (1906).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01b (historické perspektivy)
Seismické vlny jako okno do nitra Země:
Na přelomu 19. a 20. století jsou budováni první celosvětové (globální) sítě
seismických stanic. Z jejich dat jsou zjišťovány křivky závislostí mezi
vzdáleností epicentra a dobou šíření seismické vlny (tzv. hodochrony).
Na základě hodochron je pak zjišťována vnitřní stavba Země (1909-1932).
Rozložení hypocenter pomáhá poznat charakter okrajů litosférických desek.
Radiální model Země odvozený
z hodochron seismických vln.
Rozložení hypocenter na
subdukční zóně (podle Benioffa 1954).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 01b (historické perspektivy)
Seismologie a politika:
10. 9. 1996 byla v OSN předložena Smlouva o úplném zákazu jaderných
zkoušek (CTBT – Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty). Jako klíčová
metoda kontroly dodržování Smlouvy bylo vybráno seismické monitorování.
Globální politický zájem umožnil vybudování a dlouhodobý provoz rozsáhlé
celosvětové seismické sítě – vývoj nových technologií, unikátní data o
celosvětové seismicitě, možnost dalšího využití (varovné systémy apod.).
Globální seismická síť CTBTO.
Záznamy jaderných explozí pořízené
stanicí VRAC u Brna.
Čína (Lop Nur)
10. 6. 1994
Tuamotu
1. 10. 1995