SEMINARSKA NALOGA PRI PREDMETU

FIZIKA

 

 

MERJENJE POTRESOV

 

 

PETELIN MATEJ

Pliskovica, 1999-02-20

 

 

 

 

KAKO MERIMO POTRESE ?

»Potres, kazen Božja, ne prizanese ne cesarju in ne beraču…«

Potres predstavlja gibanje tal ob trenutni sprostitvi akumulirane energije elastičnih napetosti v Zemljini notranjosti. Posledica so vibracije – seizmični valovi - ki se širijo skozi kamnine do površja. Če je na voljo dovolj sproščene energije, potres lahko občutimo kot nihanje tal. Pri zelo močnih potresih prihaja do porušitve zgradb, prometnic in sprememb v naravi.

Potresi so že od nekdaj burili duhove ljudi. Proti njim smo ljudje nemočni, teh sil ne bo človeštvo nikoli obvladovalo, si jih podredilo, uporabilo v koristne namene. Edino kar nam še preostane je njihovo proučevanje in nič več kot samo to.

Naj osnovnejša oblika proučevanja je merjenje potresov.Za to obstajajo posebne skupine strokovnjakov, ki jih imenujemo seizmologi.

Veda, ki se s tem ukvarja se imenuje seizmologija. Če hočemo razumeti proces merjenja potresov se je potrebno seznaniti najprej s osnovnimi pojmi seizmologije.

Seizmologija je veda o potresih in z njimi povezanimi pojavi. Tesno je povezana s fiziko Zemljine notranjosti, tektonofiziko, tektoniko in geologijo ter je del geofizike, ki sodi v sklop naravoslovnih znanosti. Pod to geslo vključujemo še sorodna in z njim povezana gesla kot so:

 

Seizmičnost je skupni izraz za potresno dejavnost, kakor tudi njeno prostorsko, časovno in energijsko razporejenost. Kot količinsko mero so izbrali število potresov ali potresno energijo na prostorsko in časovno enoto.

Seizmograf je instrument, ki beleži nihanje tal. Prvi od teh instrumentov so bili razviti okrog leta 1890. Zapise seizmografov, uporabljamo za določitve magnitude potresa, lokacije epicentra kot za razne seizmološke študije. Seizmograf je v principu nihalo, sestavljeno iz uteži(masa), vzmeti in dušilca. Ima lastno periodo, ki je bistveno večja od periode nihanja tal. Seizmografi so zelo občutljivi instrumenti, ki se zelo odklonijo pri majhnem pomiku tal. Namenjeni so za registracijo majhnih nihanj tal, ki se pojavljajo zaradi oddaljenih potresov.

Za registracijo nihanj tal je razvita druga vrsta instrumentov, ki jih imenujemo akcelelografi. Princip dela akcelelografa je podoben principu dela seizmografa, le da ima nihalo akcelelografa lastne periode, ki so nižje od period nihanja tal pri potresu. Za razliko od seizmografov, ki so vključeni stalno se akcelelografi aktivirajo pri pospeških določene velikosti in nehajo delati, ko pospeški padejo pod določeno mejo.Prvi akcelelogrami (zapisi akcelelografa ) močnega potresa so bili dobljeni leta 1933 v Kaliforniji. Od tedaj dalje, posebno pa v zadnjih 20 letih, nam ti zapisi omogočajo boljše poznavanje nihanja tal in obnašanja konstrukcij med potresi.

Glede na zgradbo, delimo seizmografe v več skupin.

 

 

Ločimo:

Mehanski seizmografi:

Mehanski seizmograf sestoji iz kovinske ali kamnite uteži (mase).Uteži varirajo, od 50 kilogramske pa do 21-tonske mase. Slovenski Wiechertov seizmograf z maso 200kg je kar pritlikavec, če se postavi ob bok švicarski konstrukciji, ki so jo imenovali »univerzalni seizmograf«. Ta naprava je imela maso 21 ton in je registrirala vse tri komponente pomikov tal: smeri sever-jug, vzhod-zahod in gor-dol. In še ta predstavitev občutljivosti: če ste se 21-tonske mase dotaknili s gosjim peresom je bil odklon peres na registrirnem valju kar precejšen… Od tod tudi reklo: občutljiv kot seizmograf.

Sama utež ne sledi trenutnemu premiku tal, marveč zaniha nekoliko kasneje. Papir je trdno pritrjen in nanj se beležijo vsi premiki.Slabosti mehanskih seizmografov sta bila predvsem premajhna povečava in občutljivost.V ležajih se je pojavljalo trenje, ki se je v mehanskih prenosih spreminjalo. Naprave same so zavzele veliko prostora.Spomnimo se, da so naprave naših prednikov ime dolžino okoli enega metra. Za periodo 10 sekund pa je potrebna dolžina nihala 25 metrov in več. Velika slabost je bila registracija pomikov na papir, ki ga je bilo treba osajevati v osajevalnici, nato pa fiksirati v raztopini laka in alkohola. Neprijetno in zamudno opravilo, še posebno če želi vznemirjena javnost takoj dobiti celo vrsto podatkov o potresu, ki je nastal pred nekaj trenutki…

Pri nekaj močnejšem lokalnem potresu ni bilo nič nenavadnega, če so peresa seizmografa odpadla iz svojih ležajev. Potres seveda ni bil registriran v celoti.

 

 

 

V svetu je kljub razširjenosti takšnih naprav začela prevladovati nova smer. Prišli so v modo elektronski seizmografi, danes pa so v uporabi zelo dognane polprevodniške naprave povezane z računalniki. V zadnjem času je tudi vesoljska tehnika posegla v seizmologijo, prav tako kot v mnoge druge znanosti.

Elektronski seizmografi:

Te vrste seizmografov imajo razmiroma majhno maso, le do nekaj kilogramov. Masa je vezana preko tuljave v magnetnem polju na ojačevalec impulzov. Ko se masa nekoliko premakne, se premakne tudi tuljava v stalnem magnetnem polju. Zaradi premika se inducira napetost. Ta napetost se ojači v elektronskem ojačevalniku in se prenese direktno na zelo občutljiv galvanometer. Namesto igle ima tak galvanometer vgrajeno zrcalce, ki odbija od daleč prihajajoč zelo tanek snop žarkov in ga usmerja na občutljivi fotografski papir, ki je nameščen na valju. Ker tukaj skoraj ni trenja so možne velike povečave tresljajev, tudi do nekaj tisočkratne, kar pa se zaradi seizmičnega nemira ne uporablja.

Pa še nekaj definicij:

Seizmogram je celoten prikaz gibanja tal, ki jih je posnel seizmograf.

Seizmoskop je instrument za potrditev pojava potresa, ki poteka valovanja ne registrira, odkloni njegovega pisala pa so v sorazmirju z jakostjo potresa.

Seizmotektonika je veda o potresih in vplivih na zgradbo Zemljine skorje.

 

Vzroki potresov:

Potresi predstavljajo gibanje tal, ki se pojavi zaradi nenadnih pomikov v Zemljini skorji ali v zgornjem delu Zemljinega plašča. Najvažnejši so potresi tektonskega porekla. Med te lahko uvrstimo tudi inducirane potrese, ki se pojavijo kot posledica polnjenj umetnih jezer.

Druge vrste potresov se pojavljajo zaradi delovanja vulkanov, nenadnega loma, padanja materiala ali zaradi močnih eksplozij, skratka potres predstavlja sprostitev energije, ki se je v naravi kopičila in shranjevala v nekem časovnem obdobju. Pri tem je potrebno poudariti, da so ta časovna obdobja različno dolga in v ni nikakršnega merila, ki bi stoodstotno napovedalo začetek delovanja potresa.

Seizmologi za ovrednotenje potresov uporabljajo dve osnovni lestvici. To sta magnitudna in intenzitetna potresna lestvica.

Magnituda je mera za sproščeno energijo v žarišču potresa. Koncept potresne magnitude je leta 1935 vpeljal C. F. Richter.Računamo jo po Richterjevi magnitudni formuli iz zapisa potresa na seizmogramu.

Najmočnejši potres v zgodovini je dosegel magnitudo okoli 9; od tod tudi napačno mnenje, da ima magnitudna lestvica devet stopenj. Magnituda omogoča razvrstitev potresov po njihovi energijski vsebnosti oziroma po razredih sproščene seizmične energije. Porast magnitude za enoto na magnitudni lestvici, pomeni povečanje energije za približno 30-krat (npr. ob potresu z magnitudo 6 se sprosti energija približno 30 potresov z magnitudo 5, približno 900 potresov z magnitudo 4 ali približno 27.000 potresov z magnitudo 3 ).

To pomeni, da večje število šibkejših potresov ne odtehta močnejšega potresa.

Intenziteta je najpomembnejši podatek za prebivalce. To je mera za učinke potresa, ki je odvisna od njegove energije, epicenterske razdalje in geoloških razmer. Gre za subjektivno mero, ki fizikalno ni definirana. Pri tej ugotavljamo zgolj učinke potresa na ljudi, zgradbe in naravo.

V svetu je v uporabi več intenzitetnih lestvic. Najdlje je bila v uporabi 12-stopenjska lestvica MCS, ki jo je na začetku stoletja predlagal Mercalli, kasneje pa sta jo dopolnila še Cancani in Sieberg. V končni obliki je prvič izšla leta 1912. Ta lestvica, ki je bila v uporabi najdlje, se je prijelo ime Mercallijeva lestvica. Leta 1964 so Medvedev, Sponheur in Karnik predstavili novo 12-stopenjsko lestvico MSK, ki je bila kasneje večkrat dopolnjena in je do nedavnega veljala tudi pri nas. Razlika med obema je le v nekaterih količinskih opredelitvah, ki pa za širšo javnost niso pomembne.

V preglednici so prikazane značilnosti posameznih stopenj (zaznava ljudi in njihove okolice, poškodbe zgradb in pojavi ali spremembe v naravi).

 

 

Stopnja

Ime

Značilnosti

1

Mikroseizmični

Lahko jih zaznamo le s instrumenti.

2

Zelo šibki

Izjemno jih zaznamo v višjih delih stavb

3

Šibki

Vibracije so podobne tistim, ki nastanejo pri prehodu kamiona.

4

Zmerni

Na odprtem jih zaznajo le nekateri, v stavbah večina, žvenketajo šipe.

5

Zaznavni

Zibljejo se veje, lestenci, ustavljajo se ure z nihalom.

6

Močni

Odpada omet, manjše poškodbe stavb.

7

Zelo močni

Poškodbe na slabih stavbah, pojavljajo se manjše razpoke, odpada štukatura, plazovi.

8

Rušilni

Močno se ziblje drevje, rušijo se kamnite zgradbe, tovarniški dimniki, v tleh se pojavljajo razpoke.

9

Močan rušilni

Močna rušenja, poškodbe tudi na stavbah, ki so grajene potresno varno.

10

Uničevalni

Rušijo se lesene zgradbe, mostovi, nastajajo deformacije v tleh, pokajo vodovodne cevi, krivijo se železniški tiri, nastajajo plazovi.

11

Katastrofalni

Vsi kamniti objekti se podrejo, rušijo se pregrade, krivijo se nosilci mostov.

12

Nenavadno katastrofalni

Rušijo se vsi objekti, menjajo se korita rek, spreminja se relief, plazovi, podori, nastane valovanje površine.

Pomankljivost te skale je v tem da ne upošteva kvalitete gradnje objektov.

Razvoj znanosti, predvsem gradbeništva, je zahteval uveljavitev nove lestvice. Tako je v zadnjem času nastala 12-stopenjska evropska potresna lestvica. Osnutek je nastal leta 1992pri evropski seizmološki komisiji. Nova lestvica upošteva nove načine gradnje, nove materiale in natančno določa učinke potresov na visoke zgradbe. Z novo lestvico so odpravljene nelinearnosti med posameznimi stopnjami, predvsem med šesto in sedmo. Opis posameznih stopenj je podoben kot pri lestvicah MCS, MSK, zato zgornji opisi veljajo tudi za evropsko potresno lestvico.

Poleg omenjenih lestvic obstaja po svetu še več deset različic, ki pa niso nikjer v veljavi.

Intenziteta je ponavadi največja v epicentru ali nad žariščem potresa in se zmanjšuje z oddaljenostjo od njega. Po določitvi intenzitet seizmologi narišejo izosieste, tj krivulje, ki povezujejo točke z enakimi intenzitetami na površini potresnega območja.

 

Razmerje med magnitudo potresa in njegovo intenziteto je odvisno od več dejavnikov, predvsem od razdalje med žariščem potresa in točko, kjer intenziteto opazujemo, od globine žarišča, lokalnih geoloških, geomehanskih in topografskih lastnosti ter od širjenja potresnih valov. Ta razmerja so podana v številnih empiričnih formulah. Namenjene so za oceno intenzitete iz podatka o magnitudi, predvsem pa za določanje magnitude za zgodovinske potrese, o katerih obstajajo le opisi zaznave prebivalcev in poškodb. Enemu potresu ustreza ena magnituda in več intenzitet, ki so odvisne od oddaljenosti od epicenterskega območja.Če torej povzamemo: intenziteta se nanaša na lokacijo, magnituda pa na sam potres. Prvi podatki, ki jih na Upravi RS za geofiziko posredujejo, so poleg časa nastanka potresa še epicentersko ali nadžariščno območje, magnituda potresa in preliminarno ocenjena intenziteta na epicenterskem območju.Za natančnejšo oceno intenzitete in meritev potresa pa je potreben ogled terena, pogovor s prebivalci, kako so občutili potres, ter ogled morebitnih poškodb in sprememb v naravi.

 

Viri: