Seriál Rozechvělá příroda, díl 3.: Kdo tady dělá ty "hustý" vlny?

Co ale, když jdete krajinou a najednou pocítíte zemětřesení? Právě zde se uplatní druhá, ovšem z historického hlediska první – starší – možnost určit velikost otřesu. Tím je právě (jak už také z prvního dílu víme) intenzita. Ta je vždy stanovena na základě posouzení účinků otřesu na krajinu a předměty v ní. Odborníci říkají „dle makroseismických účinků“. V průběhu let a v závislosti na státu se používala celá řada intenzitních stupnic. Připomeňme Rossi-Forelovu desetistupňovou stupnici z 2. poloviny 19. století, dále veřejnosti asi více známou, rovněž desetistupňovou, stupnici Mercalliho (tu na 12 stupňů rozšířil Cancani), dále Siebergovu stupnici, která do historie vstoupila jako první s jasně stanovenými všemi 12 stupni (do té doby byly 11. a 12. st. pouze vágní), ta přišla v roce 1912. Z těchto stupnic, nepatrně upravených, pak vznikla MCS stupnice, což značí Mercalli-Cancani-Siebergovu škálu. Ta se dodnes pužívá v jižní Evropě. Tato škála, či její předchůdkyně, byly ve 20. století podrobovány různým úpravám a vznikaly tak různé „lokální“ škály. Pro nás je důležitá v roce 1988 iniciovaná revize stupnice MSK z roku 1964, do té doby používané v celé Evropě. Označení pochází ze jmen autorů Medvedev,Sponheuer a Kárník. Ti ji odvodili z původní MCS a Richterem upravené Mercalliho škály (MM56). Tak spatřila světlo světa European Macroseismic Scale EMS. Publikována byla v roce 1998 a používá se nejen v Evropě.

Tato EMS stupnice vypadá takto:

Intenzita Definice Pozorované projevy

I. Nepocititelné Zaznamenávají pouze přístroje.

II. Stěží pocititelné Pocítí vnímavé osoby, když jsou v klidu (obvykle ve vyšších patrech budov).

III. Slabé Pocítí vnímavé osoby uvnitř budov. Slabé kývání zavěšených předmětů.

IV. Pozorovatelné Pociťuje většina lidí uvnitř budov. Okna, dveře a nádobí drnčí, sklo cinká. Pocit silnějších vibrací.

V. Silné Pociťuje většina lidí, i mimo budovu. Budovy se třesou. Nestabilní předměty se kácí, malé předměty se přemisťují, tekutiny se rozlévají, okna a dveře se otevírají.

VI. Nepatrné škody Pociťují všichni lidé, mnoho je jich vyděšených a vybíhají ven. Posunují se i větší předměty, některé padají, poškození omítek, komínů, trhliny ve zdech. Malé zvony začnou zvonit.

VII. Působící škody Pociťují i osoby jedoucí v autech, je obtížné stát. Většina lidí je vyděšených a vybíhají ven. Poškození chatrných budov, padání komínů, malé trhliny ve zdech, na svazích trhliny v zemi, zvoní i velké zvony, vytváří se vlny na vodní hladině.

VIII. Působící velké škody Pro mnoho lidí je obtížné stát. Budovy se pohybují v základech, vznikají trhliny ve zdech, nelze řídit motorová vozidla. Poškození i dobrých budov, sesuvy půdy, trhliny v půdě.

IX. Ničivé Panika, zřícení chatrných budov, lepší budovy jsou vážně poškozeny. Velké trhliny v půdě.

X. Silně ničivé Poškození i speciálně konstruovaných budov, mostů a cest. Rozsáhlé sesuvy půdy.

XI. Pustošivé Většina lepších budov je zničena, některé ze speciálně konstruovaných proti zemětřesení jsou poškozeny. Nepoužitelné silnice a železnice, zničení potrubí, sesuvy půdy.

XII. Zcela devastující Všechny objekty jsou totálně zničeny. Změní se tvářnost krajiny.

Tak tolik ke stupnici, kterou budete potřebovat, když budete na stránkách Geofyzikálního ústavu vyplňovat dotazník k Vámi pozorovanému jevu. Ne, nebojte, tak to není.. Ale sami si budete moci na základě shromážděných faktů o pozorování stanovit, jakou intenzitu to „Vaše“ zemětřesení mělo.

Na závěr si ještě řekneme něco opravdu málo k fázím signálu, aby teorie pro naše potřeby byla kompletní. Jde ovšem o velmi zjednodušený pohled.

Seismické signály patří k nejsložitějším třírozměrným signálům, které člověk pozoruje a studuje. Vyplývá to z faktu, že každý seismický rozruch, vyzářený seismickým zdrojem, je při svém šíření nesourodou a vrstevnatou Zemí odrážen, láme se, ohýbá se, také jej Země tlumí a signál se v horninách štěpí na různé seismické vlny, šířící se různými rychlostmi. Tak vznikají na různých místech zemského povrchu velmi složité vlnové obrazy, jejichž hlavní (převažující) frekvence se pohybují od 0.01 Hz (povrchové vlny silných světových zemětřesení) až po desítky Hz (prostorové vlny lokálních mikrozemětřesení). Vlnové obrazy slabých seismických jevů jsou přitom s rostoucí vzdáleností od zdroje stále více překrývány všudypřítomným seismickým neklidem. Pokud si schematicky znázorníme šíření signálu od seismického zdroje, dostaneme něco takovéhoto. Ze všech těch vln nás budou dále zajímat jen ty označené P a S.

P-vlna je, jak už bylo minule řečeno, vlna, která přichází k pozorovateli jako první a jedná se o vlnění podélné, tedy rozkmit jde ve směru šíření vlnění. Prakticky jde o periodické zhušťování a zřeďování materiálu, kterým se vlan šíří. A pro názornost tu máme jednak jednorozměrnou animaci a za druhé pro ještě lepší představu animaci v rovině, tedy dvojrozměrnou. A úplně stejný typ vlnění známe všichni z každodenního života. Ano, jde o zvuk, který mám umožňuje spoustu příjemných (tedy snad většinou) věcí.

S-vlna je pak vlna příčná, přichází - to už také víme – jako druhá, tedy sekundární, na rozdíl od té "P"rimární. I zde máme jednoduchou animaci a pak tu lepší, 2D. A zase máme porovnání, příčné (tedy z čistě exaktního hlediska převážně příčné) vlnění je třeba světlo. To také známe všichni.

Jak P, tak také S vlny, mohou být hlubinné i povrchové. Další zajímavé vlny jsou už jen povrchové. Jako první tu máme

Rayleighovu vlnu, to je povrchová vlna, která vziká složením P a S vlny do jedné. Alespoň pro nás to tak stačí, někteří odborníci by tu vytáhli detailní vlnový rozbor, ale my nejsme na Matematico -fyzikální fakultě nějaké univerzity, takže si život příliš komplikovat nebudeme, stačí nám to takto k představě. A pro úplné pochopení je tu obrázek.

Posledním typem vlny, kterou si zde uvedeme pro zajímavost, co vše dokáže příroda vyrobit, je Loveho vlna, která je vlastně přesným ekvivalentem našeho světla. Jde totiž o dvě na sebe kolmé S-vlny, které se šíří jedním směrem, stejně jako u světla se vlní elektrická složka kolmo na magnetickou a obě pak postupují od zdroje k nášim očím. Na obrázku Loveho vlny je to vidět lépe.

A na závěr našeho dnešního povídání si jen uveďme, že z odečtu časového rozdílu příchodu P a S vln na naši stanici můžeme dle různých modelů určit více či méně přesně vzdálenost zdreje otřesu od nás. To je pak základem lokalizace epicentra a hypocentra. A ze všech modelů si uveďme ten, který se dost dobře hodí pro otřesy ze vzdálenosti od 2000 do 10000 km. A to proto že jeho autorem je náš první profesor geofyziky, dr. Václav Láska. Láskovo pravidlo je jednoduché: "Vzdálenost epicentra v tisících km je přibližně rovna rozdílu příchozích časů P a S vln v minutách, povíženého o 1". A přesnost vůči mnohem komlikovanějšímu, dnes využívanému, modelu IASP91 je vidět zde. Dobré, že?

Tak to je pro dnešek vše, v dalším pokračování už to bude zábava, začneme "stavět" stanici. Tak se mějte a doufejme, že již v dohledné době i na viděnou u nás na Hvězdárně.