Dopad zemětřesení na životní prostředí

Živelné katastrofy jsou přírodní události nebo procesy, které mají ničivé účinky na lidi, majetek, infrastrukturu a životní prostředí. Tyto katastrofy jsou obvykle způsobeny přírodními silami a zahrnují jevy, jako jsou zemětřesení, hurikány, povodně, sopečné erupce, lesní požáry a další.

Příčiny vzniku zemětřesení a jeho definice

Zemětřesení vzniká pohybem zemských desek, který uvolní energii ve formě otřesů země. Otřesy vznikají, pokud dojde k náhlému uvolnění energie v zemském tělese. Ta se pod povrchem hromadí v důsledku silových pochodů, které v horninách zemské kůry a pláště neustále vytvářejí napěťové stavy. Mezi tyto procesy patří konvekční proudění, izostáze, gravitační působení apod. Jestliže dojde k náhlému uvolnění této nashromážděné energie, vzniká zemětřesení, které můžeme definovat jako "soubor krátkodobých pohybů reprezentující proces při změně napěťového stavu hornin".

Zemětřesení je asi největším přírodním hazardem. To platí nejen pro počty obětí a míru škod, ale i pro velikost zasaženého území. K tomu dále přispívá také psychologický faktor. Otřesy většinou přichází náhle, často bez jediného varování, a za několik desítek sekund za sebou zanechávají obrovské neštěstí. I v současné době, přes pokroky ve výzkumu seismiky a dynamiky zemského tělesa, je předpověď zemětřesení a ochrana před touto katastrofou stále velmi obtížná.

Základní terminologie

Při studiu zemětřesení je důležité správně chápat základní používané termíny.

• Ohnisko zemětřesení je místo v zemské kůře nebo plášti, kde dané otřesy vznikají.
• Hypocentrum představuje těžiště plochy ohniska.
• Epicentrum je kolmý průmět hypocentra na zemský povrch. Jde o bod na povrchu, který je nejblíže k oblasti vzniku otřesů.
• Vzdálenost mezi epicentrem a hypocentrem udává hloubku ohniska.

Hypocentrální čas je doba vzniku zemětřesení v ohnisku, epicentrální čas je okamžik, kdy seismické vlny dorazí do epicentra. Oba časy se většinou udávají v UTC, aby byla možné porovnávat projevy konkrétního zemětřesení v rámci celé planety. Epicentrální vzdálenost je vzdálenost epicentra od daného místa pozorování. Intenzita zemětřesení je veličina, která charakterizuje jeho účinky na základě makroseismických projevů, tedy projevů, které jsou subjektivně pozorované lidmi v krajině (ničení staveb, sesuvy, pukliny v povrchu apod.). Oproti tomu velikost zemětřesení udává množství energie otřesy uvolněné. Jde o objektivní veličinu, která vychází z měření mikroseismických účinků, tedy těch, které jsou zaznamenávány speciálními přístroji, seismografy.

Čtěte také: Analýza rizika zemětřesení

Klasifikace zemětřesení

Zemětřesení můžeme klasifikovat z několika hledisek. Kromě hodnocení intenzity a velikosti můžeme otřesy dělit podle původu vzniku a hloubky ohniska. Podle vzniku dělíme zemětřesení na řítivá, vulkanická a tektonická.

• Řítivá zemětřesení vznikají řícením stropů různých podzemních dutin. Může se jednat o přírodní útvary (např. krasové jeskyně) nebo o člověkem vytvořené dutiny (opuštěné doly apod.). Řítivá zemětřesení mají pouze lokální dosah, přesto škody mohou být značné (např. obydlené průmyslové důlní oblasti).
• Zemětřesení vulkanická jsou vázána na přívodní dráhy vulkanického materiálu. Často doprovázejí nebo předcházení sopečné erupce. Intenzita nabývá veliká, a většinou mají pouze lokální dopad. Charakteristický je výskyt otřesů ve skupinách (tzv. zemětřesné roje).
• Zemětřesení tektonická jsou nejčastějším a nejnebezpečnějším typem zemětřesení. Vznikem jsou vázána na poruchy v litosféře (zlomy, subdukce), kde často dochází k náhlým a intenzivním procesům, které uvolňují velké množství nahromaděné energie. Prostorový dopad otřesů může být obrovský a rozsah postižené oblasti až stovky km². Velké bývají rovněž škody i oběti na životech.

Podle procentuálního vyjádření představují tektonická zemětřesení 90%, vulkanická 7% a řítivá asi 3% všech otřesů v zemském tělese.

Podle hloubky ohniska rozlišujeme zemětřesení mělká, středně hluboká a hluboká.

• Mělká zemětřesení vznikají v zemské kůře a svrchní části pláště v hloubce do 60 km. Patří sem všechny řítivé, vulkanické i většina tektonických otřesů, spolu s projevy různých dalších procesů jako je řícení skal, pád lavin nebo odpal náloží.
• Středně hluboká zemětřesení jsou charakteristická hloubkou hypocentra 60 - 300 km. Vznikají tedy výhradně v zemském plášti a jsou vázána především na okraje litosférických desek (subdukční zóny).
• Hluboká zemětřesení (nad 300 km) jsou generována výhradně ve významných subdukčních zónách, především v tichomořské oblasti (tzv. Wadati-Benioffovy zóny). Nejhlubší světové zemětřesení bylo, zaznamenáno v oblasti Indonésie v roce 1934. Hloubka ohniska byla vypočtena na 720 km.

Otřesy můžeme dále dělit podle oblasti vzniku na kontinentální a podmořská. Kontinentální způsobují většinou okamžité škody a ztráty na životech, podmořská jsou naopak příčinou vzniku vln tsunami.

Seismické vlny

Pokud dojde uvnitř zemského tělesa nebo na jeho povrchu k uvolnění nashromážděné elastické energie, je generováno vlnění, které nazýváme seismickými vlnami.

Čtěte také: Dopad zemětřesení na ekosystémy

• Prvním druhem jsou vlny podélné, neboli P-vlny (též primární, longitudinální vlny). Jednotlivé částice kmitají shodně se směrem šíření vlny, jedná se o jakési periodické zhušťování a zřeďování hmoty. P-vlny se mohou šířit v jakémkoli prostředí (pevné, kapalné, plynné), prochází tedy celým zemským tělesem. Ačkoli jsou nejrychlejším typem elastických vln, způsobují minimální škody a jejich účinky je možno přirovnat ke zvukové rezonanci.
• Dalším typem seismických vln jsou vlny příčné, neboli S-vlny (též sekundární, transverzální). Částice kmitají kolmo na směr šíření vlny, a to buďto v horizontální nebo vertikální rovině. Přestože S-vlny jsou pomalejší než vlny primární, představují mnohem větší nebezpečí, neboť při jejich působení dochází k fyzickému pohybu zemského povrchu (ničení staveb). Sekundární vlny ale neprocházejí celým zemským tělesem, nemohou se totiž šířit v kapalinách a plynech.
• Po zemském povrchu se elastické vlnění šíří v podobě dvou typů povrchových, neboli s-vln (tj. surface waves), které pohybem částic připomínají vlny transverzální. Rychlejší Loveho vlny kmitají částicemi kolmo na směr vlnění v horizontální rovině. Vlny Rayleighovy naopak v rovině vertikální, přičemž jednotlivé částice hmoty vykonávají pohyb po eliptické trajektorii. Povrchové vlny jsou celkově pomalejší než vlny objemové (tj. primární a sekundární), ale představují maximální rizika.

Podle jejich rychlostí by do daného místa měly seismické vlny dorazit v pořadí P-S-s, tedy primární, sekundární a nakonec povrchové. Ve skutečnosti se ale toto pořadí může měnit. Rychlosti šíření vln je totiž do značné míry ovlivněna fyzikálními vlastnostmi prostředí, jímž dané vlny procházejí. Je to především minerální složení, porozita a teplota hornin.

Při šíření seismických vln zemským tělesem dochází rovněž k jejich vzájemné přeměně, lomu, odrazu nebo refrakci (ohybu). Vnitřní prostředí Země není jednolité, ale střídají se vrstvy s různými jejichž fyzikální vlastnosti ovlivňují charakter šíření vln. Na každém rozhranní může proto docházet k odrazu, přeměně nebo lomu seismického vlnění, což závisí především na úhlu dopadu, hustotě prostředí a rychlosti šíření vln v něm. Následně vzniklé vlny odražené, přeměněné nebo lomené se dál šíří zemským tělesem. Jestliže se hustota v určité vrstvě mění spojitě, vzniká vlny refragovaná.

Při šíření seismických vln zemským tělesem se dále uplatňují tři hlavní principy. Podle Huygensova principu platí, že každou částici k níž dospěla elastická vlna je možno považovat za nový zdroj vlnění. Fermatův princip udává, že vlny prochází prostředím po dráze, které odpovídá minimálními času průchodu (není vždy geometricky nejkratší trajektorie). Princip superpozice stanovuje, že vlny se šíří prostředím nezávisle na sobě.

Intenzita zemětřesení

Intenzita zemětřesení je veličina, která je určována na základě pozorování makroseismických účinků zemětřesení. Tyto zahrnují různé stupně poškození staveb, vznik prasklin a puklin v povrchu, případný pokles nebo vzestup terénu, sesuvy apod. Intenzita je tedy čistě subjektivní veličina závislá na určení míry škod, které vznikly v souvislosti s otřesy. Je důležité si uvědomit, že z tohoto důvodu je její velikost v každém místě pozorování odlišná a klesá se vzdáleností od epicentra.

Pro určení intenzity zemětřesení slouží zemětřesné stupnice. Mezi dvě nejznámější a mezinárodně používané patří dvanáctistupňová škála MCS (Mercalli-Cancani-Sieberg), rovněž známá jako stupnice MM (Modified Mercalli), nebo dvanáctistupňová škála MSK-64 (Medveděv-Sponheuer-Kárník). Každá stupnice obsahuje označení stupně intenzity zemětřesení, jeho název, popis účinků a hodnotu zrychlení, které bylo vyvolané danými otřesy. Pro stupnici MSK-64 platí, že hodnoty zrychlení jsou 4-5x větší než u škály MCS.

Čtěte také: Život s úsměvem a ohledem na přírodu

Z měření intenzity zemětřesení se posléze sestavují mapy zemětřesné aktivity. Při jejich sestavování je využíváno třech izolinií, a to izoseist (stejná pozorovaná intenzita zemětřesení), izoblab (místa stejných škod), a izakust (místa zaznamenání shodných doprovodných akustických projevů zemětřesení). Měření intenzity otřesů má kromě mapování zemětřesné aktivity i historický význam. Pro jednotlivé stupnice totiž existují převodní vztahy pro určení magnituda. Díky tomu můžeme alespoň přibližně určit velikost historických zemětřesení z dob, kdy ještě neexistovala žádná měření pomocí přesných přístrojů a k dispozici jsou pouze záznamy očitých svědků katastrof.

Velikost zemětřesení (magnitudo)

Velikost zemětřesení je, oproti intenzitě, objektivně změřitelnou veličinou. Její hodnota je stanovena na základě pozorovaní mikroseismických účinků zemětřesení, tedy těch, které registrují speciální přístroje - seismografy. Seismografy jsou přístroje, které tvoří upravená horizontální a vertikální kyvadla a jejichž měření využívá principu setrvačné hmoty. Tato hmota (závaží) je umístěna tak, aby byla vzhledem k zemi co nejvíce pohyblivá. Při otřesech povrchu se snaží zůstat v klidové poloze, čímž se dostává do relativního pohybu se zbytkem seismografu, který se chvěje spolu s okolním prostředím. Některé moderní seismografy mohou být založeny i na princip magnetické indukce. Jednotlivé kmity jsou posléze přenášeny na registrační papír, čímž vzniká zápis zemětřesení zvaný seismogram.

Jako první jsou registrovány přímé, odražené a přeměněné vlny podélné (P), po nich přicházejí přímé, odražené nebo přeměněné vlny sekundární (S). Na základě měření seismografy stanovujeme veličinu magnitudo M, která je reprezentuje velikost zemětřesení. Tato veličina, kterou zavedli C. Richter a B. Gutenberg, je definována jako "dekadický logaritmus amplitudy zemětřesení vyjádřené v mikrometrech registrované standardním Woodovým-Andersonovým krátkoperiodovým seismografem v epicentrální vzdálenosti 100 km". Magnitudo je objektivní veličinou, která je totožná pro všechny místa pozorování. S její pomocí můžeme určit množství elastické energie E uvolněné při konkrétním otřesu.

Magnitudo zemětřesení je základem Richterovy stupnice. Tato škála v podstatě nemá horní ani dolní hranici. Za horní hranici můžeme považovat až mez soudržnosti hornin. Je důležité si uvědomit, že nejde o stupnici lineální, nýbrž logaritmickou. To znamená, že každý další stupeň je desetinásobkem stupně předchozího. Malá zemětřesení jsou tak milionkrát slabší než ta velká. Za nejsilnější zemětřesení jsou považovány otřesy v Chile roku 1960 (uvažované M = 9,5). Zemětřesení, které způsobilo katastrofu tsunami 2004 mělo velikost 9,0 - 9,3 Richterovy škály.

Pro jednotlivá magnituda zemětřesení platí statistické zákony. Podle E. Bryanta se za rok pravděpodobně vyskytne asi 49 000 otřesů o M = 3,0 - 3,9, ale pouze 1 otřes o M > 8,0.

Velikost a intenzita zemětřesení jsou samozřejmě porovnatelné. Tabulka uvádí takové srovnání, spolu s údajem o množství uvolněné energie.

Geografické rozmístění a dopady

Geografické rozmístění ohnisek zemětřesení je značně nerovnoměrné. Zajímavé je, že zemětřesením je postižena asi 1/10 zemského povrchu, ale hazardu otřesů musí čelit zhruba polovina světové populace. Hlavní seismické oblasti jsou vázány na všechny typy rozhranní litosférických desek, tedy konvergentní, divergentní i transformní. Pohyb jednotlivých desek není plynulý, ale děje se epizodicky.

Každá katastrofa působí v jiném rozsahu, má zcela jiný charakter, což se odráží i na počtu obětí. Nejničivější bývají zemětřesení. Podobně velké ztráty na lidských životech mají tropické cyklóny či mořské zátopy, například vlnou tsunami. Ty působí na pobřeží v délce tisíců km. desetitisíce obětí mají za následek říční povodně, které působí v značné délce údolí toku. Mohou způsobit povodeň v rozsahu až tisíců km². Většinou působí v bezprostřední blízkosti vulkánu a v oblasti šíření vulkanického mraku vulkanické erupce. U velkých erupcí může dojít k obrovským ztrátám.

Míru dopadu katastrofy ovlivňují také vnější podmínky. K těmto podmínkám řadíme hustotu osídlení a charakter budov. Česká republika patří k velmi hustě osídleným zemím s výstavbou, která není schopna odolávat silným zemětřesením. V oblastech s vysokou seismickou aktivitou jsou konstruovány tak, aby odolaly silným zemětřesením.

Ochrana před přírodními katastrofami

Vzdělávání a školení: Lidé musí být informováni o rizicích a vědět, jak správně reagovat v případě katastrofy.

tags: #zemetreseni #dopad #na #životní #prostředí

Oblíbené příspěvky:

• Co patří do plastů?
• Udržitelnost ve Švýcarsku
• Obnovitelné zdroje energie a ekologie
• Výběr auta v důchodu
• Jak se stát strážcem přírody