official magazine of CAS

 


EUSJA General Assembly

eusja.jpg EUSJA General Assembly
& EUSJA Study Trip

Prague, Czech Republic
March 14–17, 2013

Important links

International cooperation

 

ESO

EUSCEA

AlphaGalileo

WFSJ

 

 

Books

English books prepared for publication by Academy bulletin

 

Akademie věd České republiky / The Czech Academy of Sciences 2014 a 2015

rocenka_obalka_en.jpg
The Czech Academy of Sciences has issued a report accounting selected research results achieved by its scientific institutes in all research areas in 2014 and in early 2015.
Full version you can find here.

 

kniha
VILLA LANNA IN PRAGUE
The new english expanded edition 

 

kniha
SAYING IT ...ON PAPER


Archive

Stopy AB v jiných titulech

Stopa AB v dalších médiích a knižních titulech

Abicko  > 2011  > duben  > Věda a výzkum

Je možno predikovat zemětřesení?

 V oddělení seismologie Ústavu struktury a mechaniky hornin AV ČR vznikla v roce 2007 sice malá, ale z hlediska rozvoje poznání významná laboratoř. Jako cíl si uložila vybudovat v Evropě síť nových aparatur – vertikálních statických kyvadel, která umožňují měřit mikrodeformace hornin nebo jejich náklony v řádu desítek až stovek nanoradiánů.

V roce 2007 badatelé instalovali první dvě kyvadla v podzemí ve štole Prokop v Příbrami, což umožnilo oprostit se od řádově větších rušivých deformací při povrchu, a sledovat tak nerušeně vývoj deformace horského masivu. Překvapivě se zjistilo, že kromě předpokládaných slapů a ročního chodu náklonu a šumu masivu, trvalých plouživých deformací masivu – creepu, seismických vln vzdálených i blízkých zemětřesení a koseismických trvalých deformací – existují anomálie před velkými zemětřeseními, které pocházejí zejména z okrajů Eurasijské litosférické desky (viz obr. 1).

09_1.gif
Obr. 1: Vývoj anomální deformace v N-S směru a vývoj šumu (variací náklonů) na kyvadle P7 v Příbrami před sumatranským zemětřesením 2007 (M = 8,5)

Povzbuzeni tímto neočekávaným úspěchem jsme urychlili instalaci dalších kyvadel v jeskyni č.13C v Moravském krasu, na činném dole Slovmag Lubeník, v bunkru Skutina v Orlických horách, ve štole Ida u Malých Svatoňovic a připravili instalaci kyvadel u Postojny ve Slovinsku, u Bari v Itálii a u Marsaly na Sicílii. V roce 2010 bylo v činnosti již 10 kyvadel včetně dvou povrchových v laboratoři v Praze, která sloužila pro testování vlivu osvitu na budovy a testování algoritmů přenosu dat a zpracování signálu.
V roce 2008 jsme poprvé neoficiálně predikovali zemětřesení v Sečuanu (M = 7,9), které se projevilo výraznou celodenní termo-elastickou vlnou, jež se šířila ze Sečuanu až do střední Evropy. Ještě v témž roce jsme měli první příležitost oficiálně otestovat naši hypotézu o šíření termoelastické vlny přes celou litosférickou desku. Na kyvadle v jeskyni 13C, která je založena na S-J aktivním zlomu a jež je proto velice citlivá na změny napětí z tohoto směru, jsme v říjnu 2008 pozorovali celodenní vlny a anomální vývoj jak deformace, tak šumu. Protože se maximum napětí (a tedy i šumu) projevilo okolo půlnoci SEČ, usoudili jsme, že jsou vlny vyvolávány porušováním asperity na protilehlé straně Země; asperitu jsme lokalizovali na Kamčatce – na Kurilách. Podle délky anomálie jsme usoudili, že magnitudo nadcházejícího zemětřesení bude větší než 7. To se potvrdilo 24. listopadu 2008 (viz obr. 2).

09_2.gif
Obr. 2: Vývoj deformace a vývoj šumu (variací náklonů) na kyvadle 13C v Moravském krasu před kurilským zemětřesením 24. listopadu 2008 (M = 7,3)

Od roku 2008 do konce roku 2010 jsme zemětřesení oficiálně predikovali ještě devětkrát, z toho dvakrát neúspěšně. První neúspěšná predikce nastala v únoru 2010, kdy jsme viděli obrovské anomálie téměř na všech kyvadlech (viz obr. 3) a napětí přicházející z východu až jihovýchodu. Predikovali jsme proto možná zemětřesení v Indonésii, na ostrově Tonga nebo i blíže. Nenapadlo nás, že asperita leží v jižní Americe a zemětřesení přichází z Chile s magnitudo 8,8. Jak jsme dodatečně zjistili na konferenci v Pekingu, deformační a napěťové anomálie před tímto zemětřesením byly pozorovatelné všude na světě (Li – ústní sdělení).

09_3.gif
Obr. 3: Vývoj deformace a vývoj šumu (variací náklonů) na kyvadle ve štole Ida v roce 2010 a pozorované anomální deformace před velkými zemětřeseními. Bylo predikováno zemětřesení Mentawai 25. října 2010 (M = 7,7). Bylo odhadnuto magnitudo M > = 7,5.

Druhá neúspěšná predikce nastala po chilském zemětřesení, kdy následná deformační vlna obíhala několikrát celou Zemi a spouštěla zemětřesení na různých místech světa (Pákistán, Indonésie), mj. i na západním pobřeží severní Ameriky v Baja California. I z tohoto místa se do střední Evropy dostaly celodenní napěťové vlny, podle nichž šlo lokalizovat porušovanou asperitu. Dne 5. března 2010 jsme predikovali zemětřesení na západním pobřeží severní Ameriky s magnitudo větší než 6,5 do 28 dnů. Pravděpodobnost takového náhodného zemětřesení v daném časovém okně byla 17%. Zemětřesení ale nastalo až 4. dubna 2010, tedy 30 dnů po predikci a necelé dva dny po konci predikovaného časového okna. Potvrdila se však hypotéza o pozorovaných celodenních termoelastických vlnách, které předcházejí hlavnímu jevu.
Je tedy predikce zemětřesení možná? Podle našich pozorování ano. Je ale potřeba měřit nikoli následky, tedy zemětřesení a seismické vlny, ale příčiny, tj. napětí a jím vyvolané deformace. Protože periody napěťových vln vznikajících při porušování asperity (pevnější oblasti zlomu a současně koncentrátory napětí) trvají dny až týdny, jejich vlnová délka je tak dlouhá, že je srovnatelná s obvodem celé Země. Útlum těchto „napěťových“ neboli tektonických vln je proto velice malý, a jsou tudíž při největších zemětřeseních pozorovatelné na celé zeměkouli. Pomocí vertikálních statických kyvadel jsme schopni detekovat „napěťové“ vlny a predikovat tak dva parametry budoucích zemětřesení – čas a magnitudo (viz obr. 3). Lokalizovat porušovanou asperitu je mnohem složitější úloha a ne vždy je spouštěcím mechanismem osvit zemského povrchu vyvolávající celodenní termoelastickou vlnu, která dominuje nad slapovými vlivy. Proto je nutná spolupráce s dalšími partnery, kteří používají lokální metody predikce zemětřesení, jako jsou například termální (IR) anomálie, změny lokálního EM pole, zemětřesné mraky a další. Predikce zemětřesení je tedy možná a realizovatelná, ale k jejímu uskutečnění je nutná celosvětová síť různých pozorovacích metod propojených do jednoho celosvětového centra. A to je úkol i naší laboratoře do dalších let.
Podrobnosti naleznete např. v pracích Kalenda, P., Neumann, L. & Wandrol, I. (2009): Indirect stress measurement by static vertical pendulum. Proceedings of 47th Int. Sci. Conf. Experimentální analýza napětí 2009, 120–128. TU Liberec, či Kalenda, P. & Neumann, L. (2010): Static vertical pendulum – observations of anomalous tilt before earthquakes (case study). In: Rock stress and earthquakes (F. Xie ed.), 795–803.
Síť kyvadel vznikla za podpory firem CoalExp Ostrava a Anect Praha, a. s., a částečně z ústavního úkolu ÚSMH AV ČR č. 428 v letech 2008–2010. Od roku 2010 je zahrnuta do projektu CzechGeo. Poděkování také patří nezištným spolupracovníkům, kteří se fyzicky starají o chod kyvadel – jeskyňářům ZO 6-19 Plánivy, Ing. O. Kvetkovi ze Slovmag Lubeník, a. s., P. Stolinovi z HBZ Odolov, pracovníkům GFÚ AV ČR, pracovišti Příbram, dr. S. Šebele ze SAZU Postojna, Slovinsko, Ing. arch. N. Sciacca, jeskyňáři z Marsaly, a dalším, kteří se podíleli na instalaci kyvadel.

PAVEL KALENDA, LIBOR NEUMANN,
Ústav struktury a mechaniky hornin AV ČR, v. v. i.,
ANECT Praha, a. s.