Kako se prenosi zemljotres kroz tlo

[kojica]

Čedomir Stanković

Prilikom registrovanja potresa, postavlja se pitanje kako je taj seizmički talas došao do
nas. Odakle je došao? Da li je potres bio blizu nas ili je to samo refleksija nekog daljeg
potresa. Vrlo često se čuje da je slabiji potres samo upozorenje pred jači.

Znamo da je zemljotres talasno kretanje zemlje usled interakcije tektonskih ploča. Ti
talasi se kroz Zemljinu koru prostiru po zakonima fizike, te ih je lako objasniti. Pošto
unutrašnjost naše planete nije homogeno rasporedjena, očekivano je da se seizmički
talasi neće kretati pravolinijski. Pravac i brzina njihovog kretanja se može proračunati u
zavisnosti od toga gde je bio potres i koliko je vremena prošlo do registrovanja tog
potresa na različitim seizmološkim stanicama. Još jedna stvar koja utiče na vrstu
zemljotresa je dubina nastanaka.

[kojica]

http://razbibriga.net/clear.gif

[kojica]

Do početka 20-og veka, građa naše planete je bila nerazrešiva misterija. Jedino na
osnovu čega se moglo zaključivati o tome šta se nalazi u dubini Zemlje, bili su vulkani i
rudničke jame. Međutim, zahvaljujući brojnim tehničkim pronalascima s kraja 19-og veka,
postalo je moguće “zaviriti” u dubinu Zemlje do njenog samog središta. Jedan od ključnih
izuma koji su omogućili proučavanje Zemljinih dubina, bio je seizmograf. Zaključci na koje
su uputili rezultati dobijeni proučavanjem seizmičkih talasa, bili su svakako krajnje
neočekivani. Naime, došlo se do zaključka da Zemlja ima više jasno
razgraničenih “slojeva”. Prelazi između tih “slojeva” su manje ili više jasni i oštri i
nazivamo ih diskontinuiteti.

http://razbibriga.net/imported/2011/09/fsg-1.jpg

[kojica]

Ako Zemlju posmatramo kao celinu (njen čvrsti, tečni i gasoviti deo), najjasniji
diskontinuitet je upravo onaj na kojem mi živimo - diskontinuitet između litosfere i
atmosfere.

Metoda kojom se određuje epicentar zemljotresa je sledeći. S obzirom na to da jedna
seizmološka stanica nije u mogućnosti sa velikom preciznošću odrediti mesto nastanka,
one medjusobno upoređuju podatke i na taj način određuju mesto potresa.

http://razbibriga.net/imported/2011/09/triangulation-1.jpg

[kojica]

Postoji razlika u brzini kretanja P i S talasa. P talasi su elastični seizmički talasi. Nesto poput zvučnih
talasa. Takođe P talas ima karakteristiku da za razliku od S talasa prolazi kroz tečnosti, sto je osnovni
uslov za prenošenje P talasa kroz Zemljino jezgro. Samim tim različite seizmološke stanice registruju
različite magnitude i različite talase. Slika gore pokazuje kako se određuje mesto epicentra
zemljotresa presekom tri magnitude ragistrovane na tri posebne seizmološke stanice. Za snagu
zemljotresa u epicentru, usvaja se najjača amplituda registrovana na nekom seizmogramu.

U homogenim i izotropnim materijama P talasi se kreću najčesće uzduzno. Čestice materije koje
prenose P talase vibriraju uzduž ili paralelno kretanju talasa.

http://razbibriga.net/imported/2011/09/slika_1-1.gif
slika 1

http://razbibriga.net/imported/2011/09/slika_2-1.gif
slika 2

[kojica]

Najčešće brzine P talasa kod zemljotesa su od 5 do 8 km/s. Brzina varira od toga kroz
kakvu materiju se talas prostire. Pa na primer brzina može biti ispod 6 km/s kroz
litosfernu ploču, pa čak to 13 km/s kroz jezgro Zemlje.

Druga vrsta talasa su S talasi ili talasi smicanja. Po nekad se mogu nazvati elastični
talasi zbog prirode svog kretanja. S talas je jedan od dva glavna tipa elastičnih talasa.
Tako su nazvani jer se kreću kroz materiju, za razliku od površinskih talasa. S talas je
poprečni talas. Njegovo kretanje je normalno na pravac prostiranja talasa. S talasi se
kreću kao talasi na uzetu koje je zatreseno, za razliku od P talasa koji se takoreći
šunjaju. S talas pravi elstične deformacije tako da pravi efekat smicanja na objekte koji
se nadju pogodjeni ovam talasom

http://razbibriga.net/imported/2011/09/slika_3-1.gif
slika 3

http://razbibriga.net/imported/2011/09/slika_4-1.gif
slika 4

[kojica]

Na sledećim slikama se vidi delovanje P i S talasa na tlo.

http://razbibriga.net/imported/2011/09/dia_seismic_s_waves-1.jpg

http://razbibriga.net/imported/2011/09/dia_seismic_p_waves-1.jpg

http://razbibriga.net/imported/2011/09/stress_types-1.jpg

[kojica]

Sledeći problem koji se javlja prilikom određivanja snage zemljotresa je upravo intezitet
njegove snage. Što je zemljotres jači, to će se njegova magnituda teže odrediti.
Zemljotesi slabijih inteziteta su tačnije izmereni nego jači zemljotresi. Sto je jači
zemljotes, imamo i veću grešku prilikom određivanja istog. Kod izuzetno jakih potesa
(kao skorašnjeg u Japanu) imamo znatno vise elemenata koji utiču na sam potres, a to
su:


nelinearno povećanje toplote tla usled trenja
nastanak slobodnih oscilacija usled velikih potresa
uticaj na rotaciju Zemlje usled preraspodele mase i energije u njenoj unutrašnjosti i
trajnih deformacija


http://razbibriga.net/imported/2011/09/a-1.jpg

[kojica]

http://razbibriga.net/imported/2011/09/dfhb-1.jpg

[kojica]

http://razbibriga.net/imported/2011/09/fdh-1.jpg

[kojica]

http://razbibriga.net/imported/2011/09/gjvb-1.jpg

[kojica]

http://razbibriga.net/imported/2011/09/vbbvcx-1.jpg

[kojica]

Pored tih problema, imamo i slučaj promene brzine i refleksije seizmičkih talasa usled
prolaska kroz slojeve različite gustine. Na prvoj slici vidimo kako bi se kretali talasi da je
tlo homogeno, ali posto nije, imamo slučajeve refleksije na par narednih slika gde na
poslednjoj se vidi koliko odgovora na potes imamo od samo jednog potresa.



http://www.youtube.com/watch?v=fn7fjlx41h0&feature=player_embedded

[kojica]

http://razbibriga.net/imported/2011/09/64-1.jpg

http://razbibriga.net/imported/2011/09/p_wave-1.jpg

[kojica]

Kretanje seizmičkih talasa i njihov uticaj na neku oblast, to jest analiza kretanja talasa i
rasipanja energije nastale u rasedu se zove fokalni mehanizam.

Fokalni mehanizam bi bio grafička prezentacija neelastične deformacije jedne oblasi
izazvane prostiranjem seizmičkih talasa.

Može se slobodno reći da je fokalni mehanizam rezultat analize prostiranja P talasa
potresa čiji su podaci skupljeni iz mreže seizmoloških stanica (najmanje 10 ravnomerno
raspoređene oko epicentra).

Energija potresa se opisuje kao dupli par ili double couple modelom. Ovaj model je
matematički opisan u tri dimenzije simetričnim tenzorom od devet komponenti koji se
naziva moment tenzora. Ovaj tenzor je dat orijentacijom i intezitetom 3 međusobno
normalne ose: P (kompresija), T(tenzija), N( neutralna osa). Orijentacija i intezitet ovih
osa se utvrdi posadicima koje prikupe seizmološke stanice u toku jednog potresa.

[kojica]

http://razbibriga.net/imported/2011/09/img256-1.jpg

[kojica]

Tenzoti su geometrijski objeki koji opisuju linearni odnos između vektora, skalara i drugih
tenzora.

Naime, svaki od fokalnih mehanizama ima dva primera prestavljena takozvanim velikim
krugovima na donjoj polulopti stereografke projekcije. Samo jedan od konjugovanog para
radeda je aktivan u toku potresa. Ove ravni su pod 90 stepeni u odnosu jendna na
drugu. Glavne ose tenzora su bisektrise trougla koji zaklapaju ove ravni raseda. Polje
koje je određeno na konjugovanim parom raseda i u kojem se nalazi osa maksimalne
kompresije, dok je polje u kome se nalazi osa maksimalne tenzije polje tenzije. Polje
kompresije je belo, a polje tenzije crno. Prilikom prolaska seizmičkih talasa kroz stenu
dešava se to da u polje kompresije čestice teže ka fokusu potresa (centru
stereografkse projekcije), a u tenzionom polju se odaljavaju od njega. Ovo pravilo se
kotisti za određivanje karakteristika krevanja talasa po rasedu.

http://razbibriga.net/imported/2011/09/screenshot002-1.jpg

[kojica]

Postoji nekoliko metoda kako doći do momenta tenzora ili orijentacije njegove glavne tri
ose. Jedan od metoda je grafička metoda. Ona nije primenljiva za sve tipove
zemljotresa. Ali je dobra za razumevanje kako se podaci sa seizmograma mogu koristiti u
cilju dobijanja dugih podataka kao što su fokalni mehanizmi.

Imamo tačno vreme zemljotersa i razdaljine svake stanice od epicentra (sto se vidi na
vec pomenutoj slici). Dalje pomoću standarnih modela brzine prostiranja seizmičkih
talasa kroz zemlju izračunamo teorjsko vreme pristizanja prvih p talasa do svake
seizmološke stanice. Onda se gleda karakteristika p talasa u tačno određenom
vremenskom ternutku (t). Onda P talasi u tom trenutku (t) mogu biti u pozitivnom ili
negativnom delu na seizmogramu ili čak i ne moraju biti zabelezeni.

http://razbibriga.net/imported/2011/09/screenshot006-1.jpg

[kojica]

Svaki od ovih podataka (svaka stanica) ima još dva bitna podatka: azimut stanice u
odnosu na fokus potresa i take off angle, odnosno ugao koji zaklapa imaginaran pravac
stanica-fokus i vertikalna ravan. Prvi P talas u pozitivnom piku ima kompresioni karakter,
u negativnom ima tenzioni karakter, a ako nema signala u trenutnu t radi se o neutralnim
ravnima ili je signal bio slab. Tako svaki podatak možemo prestaviti na projekciju donje
polulopte jer znamo njegovu orijentaciju, kompresiju i tenziju.

http://razbibriga.net/imported/2011/09/screenshot007-1.jpg

[kojica]

http://razbibriga.net/imported/2011/09/screenshot008-1.jpg

Tako dobijamo niz podataka čijom interpolacijom mozemo dobiti fokalni mehanizam
jednog zemljotresa. Što imamo vise podataka to će fokalni mehanizam biti tačniji.