O MOŽNÉ SOUVISLOSTI SUMATRANSKÉHO ZEMĚTŘESENÍ Z BŘEZNA 2005 SE ZEMĚTŘESENÍM Z PROSINCE 2004

J. Zahradník, J. Burjánek, F. Gallovič, Praha 30.3. 2005

Po velkém zemětřesení dochází k aktivizaci zlomů v okolí. Často tak krátce po zemětřesení vznikají slabší jevy (dotřesy) mimo zlomovou plochu hlavního otřesu, ale podobným způsobem může dojít i k vzniku dalšího velkého zemětřesení, které již nelze označit za dotřes. Je pravděpodobné, že v tomto smyslu bylo sumatranské zemětřesení o magnitudu M=8,7 z 28. 3. 2005 vyvoláno (spuštěno) zemětřesením M=9,0 z 26. 12. 2004. Tyto procesy lze nejen fyzikálně vysvětlit, ale do jisté míry i předvídat. Prof. J. McCloskey a jeho spolupracovníci z univerzity v Ulsteru tak učinili v článku "Earthquake risk from co-seismic stress", který vyšel 17. března v časopise Nature (434).

Protože katedra geofyziky MFF měla možnost zúčastnit se evropského projektu s tímto zaměřením (projekt PRESAP, koordinovaný právě výše zmíněnou skupinou), pokusíme se stručně naznačit fyzikální princip podobných simulací. Cesta vede přes výpočty statické změny napěťového pole, ke které dojde v okolí zemětřesení v důsledku vzniku rozsáhlých trhlin na zlomové ploše. Následná seismická aktivita se pak s větší pravděpodobností odehraje právě v oblastech zvýšeného napětí. Je tomu tak hlavně v případě, kdy v okolí existují další zlomy "připravené" k zemětřesení, t.j. zlomy, nalézající se v nestabilním stavu blízkém porušení, kdy relativně malé zatížení, řádu několika desetin MPa, způsobené hlavním otřesem, funguje jako spoušťový mechanizmus.

Známe-li statickou dislokaci (trhlinu) konečných rozměrů, nacházející se v dokonale elastickém Hookově prostředí známých parametrů, spočteme tenzorové pole přírůstkového napětí t řešením rovnice rovnováhy. Znalost tenzoru napětí v libovolném bodě je ale nezajímavá, dokud ji netransformujeme do znalosti sil na nějakých zájmových plochách. Zájmovou plochou může být např. známý zlom, pro který můžeme z jeho minulých seismických projevů stanovit nejen jeho prostorovou orientaci (pokud je to rovina, stačí zadat její normálu n), ale také předpokládaný směr skluzu. Pak můžeme vektor napětí T=t .n rozložit do dvou složek, složky normálové ke zlomu, T_n a složky tečné T_t. Pokud tečnou složku ještě promítneme do očekávaného směru skluzu, získáme T_ts. O náchylnosti zlomu k porušení pak podle tzv. Coulombova kritéria rozhodne znaménko rozdílu T_ts - m (T_n.-T_p). Zde T_p je změna tlaku kapaliny v pórech horniny a m označuje koeficient tření. Celá problematika je ovšem komplikovanější, např. proto, že každý dotřes dále změní napěťové pole. Ještě důležitější možná je, že zemětřesení může být spuštěno i "dynamicky", t.j. příchodem seismické vlny.

Vrátíme-li se ještě k výše zmíněnému článku v časopise Nature, je nutno upozornit na to, že autoři identifikovali dva zlomy náchylné ke spuštění. Jeden z nich procházel přes severní Sumatru a byl autory označen za pravděpodobnějšího kandidáta. Druhý se nacházel v subdukční zóně pod Sumatrou, čili na stejné tektonické linii jako prosincový otřes a byl také paleoseismologickými studiemi označen za zlom v pokročilém stavu. Právě tento zlom skutečně 28. 3 praskl. Odhad magnituda očekávaného zemětřesení (7 až 7,5) zůstal poměrně hluboko pod skutečnou velikostí. Autoři neudávali kdy k zemětřesení může dojít, protože popsaná metodika to neumožňuje. Nicméně poukazovali na podobné dřívější případy z Japonska, Turecka a Kalifornie, kdy se aktivizace sousedních zlomů uskutečnila v řádu měsíců nebo několika prvních let po velkém jevu. Článek upozornil i na možné dlouhodobější změny napěťového pole v důsledku viskoelastické relaxace, které nebyly v jejich výpočtu brány v úvahu. Pro studenty může být o to zajímavější, že viskoelastická relaxace je jedním z výzkumných témat naší katedry.

Možné důvody proč bylo menší tsunami než v prosinci

· Nejpodstatnější je výrazně menší zlomová plocha a menší velikost posunutí na ní.

· Podle předběžných odhadů statického pohybu zemského povrchu je možné, že se největší pohyb odehrál pod ostrovem Nias, takže výzdvih nebo pokles mořského dna byl malý.

· V Indickém oceánu jsou dvě sousedící desky (prosinec - Indická deska, březen - Australská deska), strukturní parametry subdukující i nadložní desky mohou být jiné.

· Zakřivení a hloubka Sundského příkopu je v místech březnového a prosincového zemětřesení jiná.

Související popularizační články:

Zahradník, J., Burjánek, J., Gallovič, F. (2005), Fyzikální výzkum zemětřesení, vyjde v Čs. časopisu pro fyziku.

Burjánek, J., Zahradník, J., Gallovič, F. (2005), Seismologické předpovědi: skutečnost a sen, vyjde v Čs. časopisu pro fyziku.

Další popularizační články zde.