Upozornění pro čtenáře a uživatele této knihy

Všechna práva vyhrazena. Žádná část této tištěné či elektronické knihy nesmí být reprodukována a šířena v papírové, elektronické či jiné podobě bez předchozího písemného souhlasu nakladatele. Neoprávněné užití této knihy bude trestně stíháno.

Automatizovaná analýza textů nebo dat ve smyslu čl. 4 směrnice 2019/790/EU a použití této knihy k trénování AI jsou bez souhlasu nositele práv zakázány.

Peter Moczo, Eva Rutšeková a kolektiv

Zemětřesení

Tragické výzvy v dějinách

Autorský kolektiv:

prof. RNDr. Peter Moczo, DrSc., seismolog, UK a SAV, Bratislava

Bc. Eva Rutšeková, studentka historie, UK, Bratislava

doc. Mgr. Jozef Kristek, DrSc., seismolog, UK a SAV, Bratislava

doc. Mgr. Martin Gális, PhD., seismolog, UK a SAV, Bratislava

Mgr. Miriam Kristeková, PhD., seismoložka, UK a SAV, Bratislava

Autoři ilustrací: Ladislav Csurma a autoři textu

Fotografie autorů: Vladimír Kuric

Autoři mapy na zadní klopě obálky:

RNDr. Andrej Cipciar (Ústav vied o Zemi SAV, v. v. i., Bratislava)

RNDr. Ivan Prachař, CSc. (IP Consult, Praha)

RNDr. Jana Pazdírková (Ústav fyziky Země, Masarykova univerzita, Brno)

RNDr. Jan Zedník a Mgr. Adrián Michálek (Geofyzikální ústav AV ČR, v. v. i., Praha)

Recenzenti:

Dr. Pierre-Yves Bard, seismolog, ISTerre, Grenoble

Dr. Michel Bouchon, seismolog, ISTerre, Grenoble

prof. RNDr. Ondřej Čadek, PhD., geofyzik, UK, Praha

Dr. Christa Hammerl, historička, Geosphere, Vídeň

prof. PhDr. Roman Holec, DrSc., historik, UK, Bratislava

prof. RNDr. Peter Markoš, DrSc., fyzik, UK, Bratislava

doc. PhDr. Ján Pavlík, filozof, VŠE, Praha

Vydala Grada Publishing, a.s., U Průhonu 22, Praha 7

www.grada.cz, obchod@grada.cz, tel.: +420 234 264 401

jako svou 10087. publikaci

Odpovědná redaktorka Věra Slavíková

Jazyková korektura Pavlína Zelníčková

Sazba Miroslav Ferdinand

Počet stran 272

První české vydání, Praha 2025 (aktualizované, rozšířené, doplněné vydání původního slovenského vydání: MOCZO, Peter, RUTŠEKOVÁ, Eva, KRISTEK, Jozef, GÁLIS, Martin, KRISTEKOVÁ Miriam. Zemetrasenia: tragické výzvy v dejinách. Bratislava: Grada Slovakia, 2023. ISBN 978-80-8090-655-9)

Vytiskla tiskárna H.R.G., Litomyšl

© Grada Publishing, a.s., 2025

Cover Ilustration © Ladislav Csurma

Cover Design © Adrián Macho

ISBN 978-80-271-8027-1 (ePub)

ISBN 978-80-271-8026-4 (pdf)

ISBN 978-80-271-5574-3 (print)

Tuto knihu věnujeme všem, kteří mají

radost ze čtení a poznávání.

Zvláště těm, které nikdy nepřestává překvapovat

vztah mezi člověkem a živou planetou.

PŘEDMLUVA

Kniha je napínavá jako kriminální thriller; jakmile ji vezmete do ruky, nebudete moci přestat číst. To rozhodně neplatí jen pro zájemce o vědu, protože kniha poutavě vypráví i o tragických individuálních osudech lidí postižených zemětřesením a jeho dopadech na celé regiony. Obsahuje historii, seismologii, ekonomii, politiku, sociologii a mnoho dalšího.

Vídeň, Rakousko,

Christa Hammerl

Květen 2024

Tato kniha, která vypráví o výzvách spojených s pochopením zemětřesení a zvládáním všech rizik, jež z nich vyplývají, zaujme velmi široký okruh čtenářů, a to nejen z řad odborné (inženýry, učitele, činitele s rozhodovací pravomocí, urbanisty, vědce všech druhů přírodních, společenských a humanitních věd), ale i široké veřejnosti.

Publikace je též knihou o historii, a proto se zaměřuje na minulé události, na to, jak byly vnímány, co bylo opomenuto, co bylo zdrojem poučení, co by se dalo zlepšit. Historie není u konce a vzhledem k růstu světové populace a její koncentraci v městských centrech jistě ještě za života čtenářů dojde k novým velkým katastrofám.

Tuto knihu vřele doporučuji studentům středních a vysokých škol: získají vzrušující představu nejen o seismologii, ale i o mnoha dalších oborech a postranních dveřích, které seismologie otevírá, aby snížila různá rizika.

Některé z nich jsou vědeckými nebo technologickými dveřmi, které otevírají nové slibné cesty. Kromě řady jiných i vývojem nových technologií snímání, od velmi sofistikovaných (tisíce kilometrů optických kabelů na pevnině a mořském dně, satelitní snímky atd.) až po mnohem jednodušší, cenově dostupné nízkonákladové senzory, které otevírají cestu „občanské seismologii“. Některé další dveře mohou vést k operativnímu zlepšení stavebních technologií, systémů včasného varování, sociální a institucionální organizace a optimálního využití nástrojů umělé inteligence. To vše má vést k analýze informací o zemětřeseních a ke snížení očekávaného dramatického počtu obětí a ekonomických ztrát. A některé z těchto dveří jsou stále neznámé a čekají, než je objeví a prozkoumá mladší generace: přečtěte si tuto knihu a napište další vydání s novými poznatky a novými odpověďmi na stejné dlouhodobé výzvy!

Le-Monêtier-les-Bains,

Francie Pierre-Yves Bard

Květen 2024

Tato kniha vás zavede na fascinující vědeckou cestu do nitra naší planety i mimo ni a na strhující cestu časem ve snaze lidstva porozumět zemětřesením a v jeho úsilí se s nimi vypořádat.

Zemětřesení jsou působivé jevy, protože otřásají samotným povrchem Země, na kterém stojíme a žijeme. Vznikají z přírodních sil uvnitř Země, ale původ a povaha těchto sil byly dlouho záhadou. Cílem a ambicí této knihy je střípky této záhady čtenáři odhalit a vysvětlit, jak byla zemětřesení vnímána v průběhu času a jak ovlivnila dějiny lidstva. Ačkoli mohou být zemětřesení velmi tragická, jsou nezbytným znakem toho, že Země je živou planetou. Je třeba si uvědomit, že na planetě bez zemětřesení by nebyl lidský život.

Dalším důležitým aspektem zemětřesení, který je třeba mít na paměti, je to, že lidi nezabíjejí samotné otřesy Země, ale zhroucení člověkem vytvořených staveb, v nichž žijí. Dnes již umíme stavět konstrukce, které odolávají i silným otřesům půdy. Do budoucna tedy existuje naděje.

Jádrem seismologie je studium zemětřesení, ale seismologie je také hlavním oborem studia Země, protože vyzařování seismických vln při zemětřesení osvětluje hlubiny Země a poskytuje nejcennější údaje, které o nitru naší planety máme. Na seismických vlnách závisí také průzkum nerostných surovin a zdrojů, od plynu a ropy až po geotermální energii.

Jak zjistíte v této knize, studium velkých zemětřesení je fascinující téma. Fyzika a mechanika, které jsou s nimi spojeny, jsou téměř neuvěřitelné. Zemětřesení, které vyvolalo dramatické okamžiky v Turecku v roce 2023, protrhlo zemský povrch v délce téměř 400 km. Dotýkající se tektonické desky se na této vzdálenosti posunuly v celé velké části Turecka v průměru o 5 m. Během tohoto zemětřesení se trhlina šířila podél zlomu rychlostí dosahující místy až 5 km za sekundu. Při velkém zemětřesení na Sumatře v roce 2004 se trhlina šířila pod mořem v délce více než 1200 km. Velké zemětřesení v Japonsku v roce 2011 vzniklo náhlým zanořením oblasti Pacifické desky pod Japonskem o délce 450 km a hloubce 150 km. K tomuto vzájemnému pohybu došlo během dvou minut a na některých místech dosáhl až 50 m.

Zemětřesení byla po celá tisíciletí vykládána jako projev tajemných sil, často spojených s náboženskou vírou a zakořeněných v mytologiích. Je překvapivé, že první vědecké pokusy o pochopení tohoto jevu přišly až ve druhé polovině 19. století. Tyto první poznatky pocházely z geologických terénních pozorování, která byla provedena po několika velkých zemětřeseních a naznačovala, že otřesy Země souvisejí s posunem bloků zemské kůry podél zlomů. Jak se však dočtete, na základní pochopení tohoto mechanismu bylo třeba počkat až do roku 1906, kdy zničení důležitého západního města – San Francisca – šokovalo vyspělý civilizovaný svět a vyžadovalo vědecké vysvětlení.

Dlouhá cesta od legend k vědě je poutavou nití knihy, která ukazuje, jak se jednotlivé civilizace vypořádávaly se záhadou zemětřesení, přičemž je někdy přisuzovaly přítomnosti obřích zvířat ukrytých v nitru Země, jindy používaly poetičtější popis.

Dozvíte se, že vědecká charakteristika seismických vln je také překvapivě mladá, pochází z 19. století. Protože v té době ještě neexistovaly přístroje pro zaznamenávání zemětřesení, byla existence příčných a povrchových vln zjištěna čistě teoreticky matematiky a fyziky, kteří patřili k největším své doby.

Tento rychlý vědecký pokrok, následovaný vývojem přístrojů, znamenal zrod nové vědy: seismologie. V následujících letech nám seismické vlny vyvolané zemětřesením umožnily odhalit nitro Země. Tyto poznatky byly zásadní pro pochopení zrodu a vývoje naší planety, původu jejího magnetického pole nebo pro hledání zemských zdrojů, které se staly pilířem průmyslové revoluce. Mnoho záhad však zůstalo. Nebylo vysvětleno, kde vznikají zemětřesení, a nebylo pochopeno, proč se některá z nich odehrávají hluboko v Zemi, kde se předpokládalo, že jsou horniny roztavené.

Jak už to ve vědě bývá, pochopení tohoto problému mělo přijít z jiné oblasti: z výzkumu hlubin oceánu. V 50. a 60. letech 20. století byly zahájeny rozsáhlé programy průzkumu oceánů s využitím nově vyvinutých technologií. Jedním z nejzajímavějších údajů byly magnetické profily zaznamenané na dně oceánů, které ukazovaly téměř periodický vzor střídání kladných a záporných magnetických anomálií, uspořádaných v téměř dokonalé symetrii vzhledem ke Středoatlantskému hřbetu. Ačkoli byla tato data zpočátku kontroverzní, ukázalo se, že jsou otiskem inverzí magnetického pole Země, a poskytla důkaz jevu, který byl již dříve navrhován, ale vědeckou komunitou odmítán: drift kontinentů. Od té doby vedla kombinace pozorování ze všech oblastí věd o Zemi k revoluční teorii deskové tektoniky. Velká zemětřesení v zemské kůře, jako byla zemětřesení v San Franciscu nebo v Turecku, jsou důsledky náhlého vzájemného pohybu desek v horizontálním směru, zatímco velká zemětřesení v Japonsku, Jižní Americe nebo Mexiku vznikají v důsledku vzájemného pohybu desek, při kterém se oceánská deska zanořuje pod sousední kontinentální desku.

Zatímco desková tektonika způsobila převrat ve vědách o Zemi, průzkum Měsíce a Sluneční soustavy přitahoval značnou pozornost, což je vzrušující dobrodružství, o němž se také dočtete v této knize. Dne 20. července 1969, v den prvního přistání člověka na Měsíci, byl na měsíčním povrchu jako první umístěn seismometr. Následující mise Apollo přidaly další seismické přístroje, které úspěšně a nepřetržitě pracovaly po dobu 8 let, zaznamenaly četná lunotřesení a odhalily strukturu Měsíce. O sedm let později byly seismometry umístěny na Marsu.

Grenoble, Francie,

Michel Bouchon

Květen 2024

První české vydání je aktualizací a doplněním původního slovenského vydání knihy.

ÚVOD

Mimořádně tragické události v dějinách znamenaly nejen okamžité lidské utrpení, ale navždy poznamenaly další vývoj lidstva. To platí také pro nejtragičtější zemětřesení a tsunami. Zdaleka nešlo pouze o přírodní katastrofu a řešení jejích viditelných materiálních důsledků. Zejména od dob osvícenství přinesla největší zemětřesení a tsunami, která zasáhla obydlené oblasti, vždy také velkou změnu v přístupu vědců, politiků i veřejnosti k přírodním hrozbám. Vždy přinesla i nečekaný a překvapivý pokrok v poznání planety, na níž žijeme.

Dne 1. listopadu 1755 byl Lisabon zničen zemětřesením a tsunami. Doslova nikdo nechápal, co se stalo a proč se to stalo. Učenci světa si uvědomili, že ve skutečnosti nevědí, co se děje pod povrchem Země a v celém jejím nitru. A přitom už věděli tolik o planetách a měsících Sluneční soustavy a jejich pohybech v obrovských vzdálenostech od Země. Téměř fyzikální teorii světa, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, publikoval již v roce 1687 anglický fyzik, matematik, astronom, alchymista a teolog sir Isaac Newton (1642–1727).

Proč tedy nikdo ani netušil, jak a proč zemětřesení a tsunami vznikají? Jednoduše proto, že nitro Země je, až na několik zanedbatelných výjimek, nepřístupné přímým pozorováním a měřením. Fyzici Země (geofyzici) jsou odkázáni na to, aby z měření fyzikálních veličin a dalších pozorování na zemském povrchu doslova dešifrovali, jaká je vnitřní struktura Země a jaké procesy v ní probíhají. To je matematicky a fyzikálně velmi zajímavé a náročné.

Velká zemětřesení a tsunami přinášejí nejen tragédie a zkázu. Jsou také šancí naučit se, jak se na ně v budoucnu lépe připravit, protože budou ohrožovat stále hustěji a složitěji obydlený povrch Země.

Tuto knihu jsme se snažili napsat pro všechny, od školáků až po seniory, abychom vysvětlili, jak fascinující jevy jsou velká zemětřesení a tsunami v životě naší planety a hlavně v životě jejích obyvatel.

Vzhledem k tomu, že zemětřesení a tsunami jsou jak přírodní, tak společenské jevy, je přirozené a zároveň důležité dívat se na ně ze dvou perspektiv: z perspektivy seismologa a z perspektivy historika.

Čtenářsky přívětivým způsobem vysvětlíme, co jsou to zemětřesení a tsunami. Pak přinášíme zajímavé příběhy – o seismologii, zemětřeseních a tsunami, která změnila postoj lidí, vlád a vědců k naší planetě. Skončíme seismologií mimo naši planetu Zemi – na Měsíci a Marsu.

Podle japonské mytologie zemětřesení vznikají, když sebou začne divoce házet obří sumec, známý jako Namazu. Neklidného sumce hlídá božstvo Takemikazuči (také Kašima), které mu v pohybu brání tím, že ho zavalí velkým kamenem.

ZAJÍMAVÉ, ALE NAIVNÍ

Z dnešního pohledu můžeme říci, že lidé žijící v blízkosti aktivních zlomů vnímali od nepaměti pro ně překvapivé, podivné a zlověstné otřesy povrchu Země. Avšak otřesy mohli zažít i lidé, kteří žili ve větších vzdálenostech od zlomů – zvláště pokud žili na povrchu sedimentárních pánví a údolí. Sedimenty mohly totiž dramaticky zesílit otřesy zemského povrchu způsobené zemětřeseními s epicentry vzdálenými i stovky kilometrů.

V raných dobách lidských civilizací nemohli lidé vědět o existenci seismoaktivních zlomů. A už vůbec ne o zesilujících účincích povrchových sedimentů. První fyzikálně přijatelná teorie vzniku tektonických zemětřesení byla publikována v roce 1910, pět let po zveřejnění speciální teorie relativity! Teorie litosférických desek, která poskytla vysvětlení hlavních seismotektonických zlomů, začala vznikat v 60. letech 20. století. A přestože byl zesilující efekt sedimentární vrstvy rozpoznán po velkém zemětřesení v Kantó v roce 1923, pochopení složitosti seismického pohybu v sedimentárních pánvích a údolích se objevilo až v 80. letech 20. století. Není proto divu, že v průběhu tisíciletí vznikaly různé zajímavé a z dnešního pohledu docela naivní představy o původu zemětřesení. Překvapivá je až bizarní rozmanitost a povaha mnohých raných pohledů na zemětřesení. Čím hlouběji se vracíme v čase, napříč různými regiony světa, tím více nacházíme představy, které byly výsledkem mnohých faktorů různé objektivní nebo subjektivní hodnoty. Rané představy o světě, Zemi, přírodě, životě, lidech a zvířatech se zřetelně projevily i ve vnímání tak výjimečného jevu, jako jsou zemětřesení, která doslova otřásala jednotlivci, sídlem, městem a někdy i celou zemí.

Hněv bohů a neklid zvířat

V mnohých částech světa si lidé vysvětlovali zemětřesení jako důsledek jednání mytických zvířat, která byla uctívána a často jim byly přisuzovány zvláštní nebo nadpřirozené vlastnosti. Na území Mongolska se kdysi věřilo, že Země se třásla, když se pohnula žába, která na příkaz bohů-stvořitelů nesla Zemi na zádech. Lidé ve východní Africe si představovali, že Zemi nese na jednom z rohů kráva, která stojí na kameni položeném na zádech ryby. Když krávu začal bolet krk, přehazovala si Zemi z jednoho rohu na druhý. Země se přitom třásla.

Domorodé kmeny v Kaskádii si zemětřesení a tsunami vysvětlovaly jako boj mezi ptákem bouřlivákem a velrybou nezměrné velikosti a nevídané síly. Podle legend nesla velryba na svých zádech veškeré tvorstvo. Nad velrybou kroužil pták bouřlivák s jezerem na hřbetě, ze kterého se na svět snášely bouře a déšť. Zápasící pták zabořil své drápy do hřbetu velryby, což způsobilo dramatické otřesy. Pod tlakem drápů se velryba s celým světem ponořila hluboko pod hladinu. Tento mýtus je specifický pro Vancouver Island a severní Oregon, ale jeho obdoby se vyskytují v celé oblasti Kaskádie. Pták bouřlivák a velryba dodnes soupeří na malbách a rytinách na stěnách vancouverských útesů.

Úzké spojení s okolní přírodou a závislost na ní způsobily, že i obyvatelé úrodného půlměsíce měli hluboké povědomí o zemětřeseních. Civilizace osídlující území mezi řekami Eufrat a Tigris – Mezopotámii – měly vlastní výklad zemětřesení vyplývající ze specifických podmínek, v nichž žily.

Podle Sumerů, kteří obývali jižní Mezopotámii přibližně od 5. do 2. tisíciletí př. n. l., byli za otřesy Země odpovědni bůh vody a země Ea nebo Iškur, bůh přívalových dešťů, vegetace a hromu.

Pravděpodobně nejstarší zmínka o varovných signálech předcházejících zemětřesení pochází od Sumerů. Nachází se v legendě o Inanně, bohyni plodnosti, lásky a války. Inanna měla způsobit zemětřesení tím, že zničila obrovskou horu. Ještě před zemětřesením se za jejího hlasitého varovného řevu začaly z hory kutálet kameny a velcí hadi chrlili jed. Tyto jevy lze interpretovat jako silné předtřesy a vznik povrchových trhlin, z nichž se na povrch Země dostávaly ropa a zemní plyn. V některých případech se mohl zemní plyn vznítit, protože zmínka o požárech v postižené oblasti se opakuje v několika verzích mýtu.

Babylonský Epos o Gilgamešovi vypráví o třech zemětřeseních s více než sto oběťmi, které měl způsobit nebeský býk (Alú), jejž seslal bůh nebes Anu na krále Gilgameše.

Ve Skandinávii byla zemětřesení přisuzována bohu Lokimu. Ten byl za vraždu svého bratra Baldra připoután ke skále v podzemní jeskyni. Nad jeho hlavou syčel had, jehož jed kapal z jedovatých zubů na Lokiho hlavu. Lokiho manželka Sigyn chytala kapky jedu do mísy. Když se mísa naplnila a Sigyn se vzdálila, aby ji vylila, Loki se snažil vyhnout kapkám jedu tím, že se vrhal ze strany na stranu, čímž způsoboval otřesy Země.

V představách původních obyvatel území dnešního Rumunska spočívala Země na třech pilířích – dobrotě, naději a víře. Jakmile lidstvo svými činy jednu z těchto hodnot popřelo, pilíř zeslábl a Země se zatřásla.

Čína a Japonsko

Zemětřesení sužovala také některé oblasti Číny. Zemětřesení tam vysvětlovali jako důsledek narušení rovnováhy kosmických principů jin a jang, nebo nespokojenosti bohů s jednáním soudobé vládnoucí dynastie. Jin a jang patří mezi nebeské vlivy, které jsou základem vyváženého fungování celého vesmíru. Jang představoval žár a sucho větru a slunce, zatímco jin představoval temnotu a vlhko útrob Země. Zemětřesení vzniklo v důsledku nahromadění energie jang v prostředí jin. Takový stav kosmické nerovnováhy mohlo také způsobit jednání vlády, jež se neřídilo morálními principy.

Japonsko se s častými zemětřeseními potýká od nepaměti. Na některých místech zaznamenají seismické stanice dokonce několik tisíc otřesů, které ale lidé nemusejí pocítit. Představy o zemětřeseních však vznikaly na základě těch zemětřesení, která lidé pociťovali a ze kterých mnohá způsobila škody. Známým je mýtus o obřím sumci jménem Namazu, který měl být pod kontrolou božstva hromu a meče Takemikazučiho, známého také jako Kašima (pojmenovaného podle svatyně ve městě Kašima, kde bylo uctíváno).

Bez dozoru způsobí Namazu zemětřesení, při kterém často dochází k rozsáhlým požárům.

Věřilo se, že božstvo zadržuje neklidného sumce žijícího v podzemí nebo v bahně tak, že jej zavalí velkým kamenem zvaným kanameiši. Údajně to měl být základní kámen města Kašima. Když Kašima na okamžik ztratil nad Namazuem kontrolu, sumec sebou začal divoce házet a způsobil tak zemětřesení. Mýtus byl poměrně neznámý, větší pozornost si získal až po zemětřesení, které zasáhlo město Edo (nyní Tokio) v roce 1855. Pro mnohé toto zemětřesení potvrdilo víru v Namazua, jelikož k němu došlo v desátém měsíci, kdy všechna japonská šintoistická božstva opouštějí své svatyně a shromažďují se ve městě Izumo v prefektuře Šimane. Protože i božstvo Kašima bylo pryč a nemohlo tedy udržet obřího sumce pod kontrolou, způsobil sumec svým házením velké zemětřesení.

Po zemětřesení v roce 1855 se rozšířily ilustrace sumců, známé jako „namazu-e“. Tradičně zobrazovaly Kašimu, který krotil vzpírajícího se Namazua kamenem. Mytologický sumec se též stal symbolem mstitele sociální nerovnosti. Majetní, kteří soustředili velkou část bohatství, museli přispět na obnovu zničených domů a města po zemětřesení.

Staří Řekové

Také území Řecka je regionem častých zemětřesení. Řeckým bohem zemětřesení byl Poseidon a byl to právě hněv „Zemětřesitele“, který byl v řecké mytologii považován za příčinu zemětřesení. Byly to však názory řeckých filozofů, které zastávaly významné místo v celé historii vnímání zemětřesení před vznikem seismologie jako vědecké disciplíny na počátku 20. století.

Řečtí filozofové byli fascinováni zemětřesením jako jedinečným přírodním jevem a snažili se mu porozumět. Jejich racionální úvahy pravděpodobně nebyly omezovány náboženstvím nebo aspekty přežití. Thalés z Milétu (asi 624–546 př. n. l.), považovaný za průkopníka starověkého přírodního poznání, vnímal zemětřesení jako důsledek toho, že Země pluje na nekonečné vodní hladině jako loď. Anaxagorás z Klazomen (500/497–428/427 př. n. l.) věřil, že k zemětřesení dochází, když stoupne hladina éteru uvnitř zemských dutin a éter z nich nemůže uniknout, protože póry v Zemi jsou ucpané dešťovou vodou. Anaximenés z Milétu (asi 585–524 př. n. l.) předpokládal, že k zemětřesením dochází, když v Zemi vznikají trhliny buď v důsledku nadměrného vysychání, nebo nadměrného nasycení Země vodou. Také Démokritos z Abdér (asi 460–370 př. n. l.) spojoval vznik zemětřesení s přítomností vody v Zemi. Silné deště měly zemské nitro nasytit do té míry, že se s tím Země nedokázala vypořádat a reagovala pohyby a otřesy.

Žádná z těchto představ nevysvětluje, proč k zemětřesení na některých místech dochází a na jiných ne. Také neberou v úvahu období zvýšené seismické aktivity, nemluvě o zřejmých logických nedostatcích každé z představ.

Aristoteles (384–322 př. n. l.), Platónův student, byl jedním z nejvýznamnějších filozofů starověku. Jeho dílo zahrnovalo prakticky všechny oblasti tehdejšího poznání a více než 2000 let ovlivňovalo vývoj vědeckého poznání. Výjimkou nebyly ani jeho představy o původu zemětřesení, které prezentoval ve svém díle Meteorologica. Jeho překvapivě podrobná teorie byla založena na konceptu exhalací Země. Samotná zemětřesení měla vznikat, když se uvolnilo velké množství vzduchu, který se nahromadil uvnitř Země v důsledku odpařování podzemní vody. Přítomnost vody a odpařování jsou podmíněny geologickým podložím (určuje množství dešťové vody shromážděné uvnitř Země) a počasím (je příčinou přítomnosti vody jako takové).

Aristotelovy představy přetrvávaly v podstatě až do poloviny 18. století. Zásadní změnu v nahlížení na nitro Země a procesy v Zemi iniciovalo šokující zemětřesení 1. listopadu 1755, které spolu s doprovodným tsunami zničilo téměř celý Lisabon. Po tomto zemětřesení se objevily první moderní názory ohledně povahy zemětřesení. Britský přírodovědec John Michell (1724–1793) přemýšlel o zemětřesných pohybech v termínech newtonovské mechaniky. Předpokládal, že zemětřesení je vlnění způsobené posunem hmot několik kilometrů pod zemským povrchem.

Teprve v letech 1910 a 1911 publikoval americký geofyzik Harry Fielding Reid (1859–1944) první fyzikálně přijatelnou teorii o původu tektonických zemětřesení, založenou především na analýze zemětřesení z 18. dubna 1906 v Golden Gate poblíž San Francisca.

ZEMĚTŘESENÍ – KRÁTKÝ ÚVOD TÉMĚŘ PRO KAŽDÉHO

Tento úvod do tématu zemětřesení jsme napsali proto, aby byla kniha čtenáři srozumitelná ibez základních znalostí ozemětřeseních aseismologii. Nepředpokládáme ani přírodovědné, ani technické vzdělání.

Vnásledujících kapitolách budeme obecně srozumitelným způsobem používat některé základní seismologické pojmy. Věříme, že tyto kapitoly budou zajímavé svými důležitými ačasto překvapivými informacemi ipro ty čtenáře, kteří všem seismologickým pojmům plně nerozumějí. Pokud si však přečtou náš krátký úvod, mohou si čtení dalších kapitol užít ještě více.

Během čtení může také kdykoli pomoci slovníček pojmů na konci knihy.

Seismologie

Název seismologie pochází zřeckého slova seismós (σεισμός), což znamená třesení země. Seismologie je součástí fyziky Země (geofyziky), která zkoumá:

•šíření seismických vln vZemi aseismický pohyb povrchu Země,    •strukturu nitra Země, Měsíce aMarsu,    •zemětřesení, lunotřesení amarsotřesení,    •detailní strukturu zemské kůry,    •seismický šum Země,    •vlastní kmity Země.

Podle cíle výzkumu lze rozlišit zejména:

•seismologii zemětřesení azemětřesného ohrožení,    •seismologii zaměřenou na strukturu zemského nitra,    •prospekční seismologii, která využívá uměle generované seismické vlny pro hledání ložisek nerostných surovin,    •seismologii monitorování jaderných explozí.

Nitro Země

Pro poznání nitra Země je zásadní to, že nitro Země je vpodstatě nepřístupné přímým měřením apozorováním, je velké amá velmi složitou materiálovou areologickou strukturu.

Materiálovou strukturu lze chápat jako prostorové rozložení hodnot materiálových parametrů. Tyto hodnoty se mění plynule, ale také nespojitě vzávislosti na poloze uvnitř Země. Pro výzkum zemětřesení ašíření seismických vln jsou nejdůležitějšími parametry modul nestlačitelnosti, modul pružnosti ve smyku (modul torze), hustota afaktory kvality základních typů seismických vln.

Modul nestlačitelnosti kvantifikuje odpor materiálu vůči objemovému stlačení. Modul pružnosti ve smyku kvantifikuje odpor materiálu vůči smykové (torzní nebo střižné) deformaci. Hustota je každému dobře známý materiálový parametr. Převrácené hodnoty faktorů kvality seismických vln charakterizují, jak je mechanické kmitání tlumeno vnitřním třením, které způsobuje disipaci energie.

Seismický model Země je modelem prostorového rozložení hodnot těchto materiálových parametrů. Je důležitý pro pochopení šíření seismických vln vZemi.

Řecké panta rhei znamená „vše plyne“ avolněji nebo výstižněji také „všechno se mění“ nebo „nic nezůstává stejné“. To měl na mysli starověký řecký filozof Hérakleitos (6.–5. století př. n. l.). Profesoři Eugene C. Bingham (1878–1945) aMarkus Reiner (1886–1976), inspirováni Hérakleitem, zavedli termín reologie pro vědeckou disciplínu, která zkoumá, jak se vdůsledku působení sil anapětí mění adeformují materiály.

Reologickou strukturu Země lze tedy chápat jako prostorové rozložení toho, jak se vnitřek Země deformuje vlivem sil anapětí vzávislosti na teplotě, tlaku, trvání působení sil anapětí adalších fyzikálních parametrech.

Tři pohledy do nitra Země

Chemický snímek. Kdybychom mohli pořídit „chemický“ snímek nitra Země, viděli bychom, že je vnitřek Země, velmi zjednodušeně, tvořen tenkou kůrou (5–10 km pod oceány, až 80 km pod pevninou), silným pláštěm (do hloubky přibližně 2890 km) ajádrem. Opět velmi zjednodušeně, kůra je složena především zalkalických silikátů ahlinitokřemičitanů, plášť ze železitých ahořečnatých silikátů ajádro ze železa aniklu.

Zjednodušený průřez Zemí. Země se skládá ztenké zemské kůry (její tloušťka není na obrázku vidět), svrchního pláště, spodního pláště, vnějšího kapalného jádra avnitřního pevného jádra. Tyto části Země ahloubky rozhraní byly určeny analýzou přístrojových záznamů seismických vln. Vlastnosti nitra Země se však nemění pouze shloubkou, ale iv jiných směrech.

Základní seismický model Země. Průběh rychlostí šíření podélných P-vln, příčných S-vln ahustoty shloubkou vZemi. Hodnoty se na rozhraní materiálů náhle mění. Rychlost S-vln je nulová ve vnějším kapalném jádru. Seismický model je nejpřesnějším modelem zemského nitra díky jedinečným vlastnostem seismických vln. Modifikováno podle Dziewonski & Romanowicz (2007).

Seismický snímek. Pokud použijeme seismické vlny ke snímkování Země, zjistíme, že plášť se skládá ze tří vrstev: tenčího svrchního pláště atlustějšího spodního pláště, mezi kterými se nachází přechodová zóna. Zjistíme také, že jádro se skládá ze dvou částí, přičemž tlustější vnější část (přibližně 2890–5155 km) je kapalná amenší vnitřní část (přibližně 5155–6378 km) je pevná.

Zrychlený film. Představme si, že bychom mohli nepřetržitě několik milionů let filmovat nitro Země apoté si film velmi zrychleně přehrát. Viděli bychom, že povrch Země je tvořen systémem relativně pevných tenkých desek, které se pohybují vůči sobě navzájem ataké vůči plášti, do kterého se mohou dokonce zanořit. Tloušťka desek se pohybuje vrozmezí asi 100–250 km (což je přibližně pouze 2–4 % poloměru Země). To znamená, že desky jsou tvořeny kůrou ačástí svrchního pláště.

Tři různé pohledy do nitra Země, tři různé obrazy, každý znich pravdivý. Ochemickém aseismickém snímku můžeme hovořit jako o„momentce“, protože ukazují okamžitou strukturu Země. Mohli bychom ještě přidat například mineralogický obraz. Jak tyto obrazy vzájemně souvisejí aco se děje uvnitř Země, zkoumá fyzika Země ana ni navazující vědecké disciplíny. Pouze fyzika totiž může pomocí povrchových, leteckých asatelitních měření fyzikálních veličin, matematických metod anumerického modelování prozkoumat celý objem naší planety. Seismický model nitra Země je jejím nepřekonatelně nejpřesnějším modelem. Na základě tohoto seismického modelu se poté rozvíjejí imodely rozložení dalších fyzikálních veličin afyzikálních procesů. Následně se vytvářejí ijiné modely Země, jako jsou chemické, geologické amineralogické modely.

Horniny vZemi – elastické pevné látky, nebo viskózní kapaliny?

Jednoduše řečeno, horniny vzemském nitru se mohou chovat buď jako pružné (elastické) pevné látky, nebo jako vysoce viskózní kapaliny.

Pružnost je všem známou vlastností mnoha materiálů vkaždodenním životě. Stejně tak viskozita neboli vazkost. Ta je měřítkem odporu kapaliny vůči deformaci vdůsledku smykových (střižných) napětí. Můžeme si ji také představit jako „neochotu“ kapaliny téct. Například med má vyšší viskozitu než voda. Jestliže do nádoby nalijeme vodu, okamžitě se rozlije. Pokud lijeme med, rozlévá se po dně nádoby mnohem pomaleji.

Jak je možné, že se jedna atatáž hornina chová jednou pružně ajindy viskózně? Je to proto, že deformace jakéhokoli objemu horniny vZemi nezávisí pouze na velikosti aprostorovém rozložení sil anapětí, které deformaci způsobují. Závisí také na teplotě ana době, během které je objem horniny silám anapětím vystaven. To, že se daný materiál při různých teplotách různě deformuje, si lze snadno představit. Láva vyvržená ze sopky teče. Sopečná hornina, která je výsledkem vychladnutí lávy, se deformuje jako tvrdá hornina.

Závislost na době působení sil můžeme ilustrovat následovně. Představme si kouli, která je velká jako míč aje vyrobena zrelativně lehkého elastického materiálu. Kouli hodíme proti podlaze. Koule se vokamžiku nárazu aodrazu deformuje. Když ji po odrazu chytíme do ruky, má svůj původní tvar. Představme si však, že na kouli umístíme závaží, které kouli okamžitě deformuje tak, jak byla deformována vokamžiku nárazu aodrazu od podlahy. Toto závaží bychom nechali na kouli řekněme pár let. Dokážeme si představit, že pokud bychom po těch letech ono závaží odstranili, koule by byla deformována asvůj původní tvar by už nezískala.

Dobře známým příkladem je chování kukuřičného škrobu smíchaného svodou. Jestliže si takovou směs připravíme například vlavoru arychle po ní skáčeme, chová se elasticky anohy se odrážejí od povrchu. Pokud se na ni postavíme klidně, naše nohy se po chvíli začnou zanořovat do směsi.

To znamená, že jeden atentýž materiál se může při krátkodobě působící síle nebo napětí chovat jako elastická látka apři dlouhodobém působení stejné síly jako kapalina svysokou viskozitou – tedy pomalu teče.

Krátký odstavec pro přírodovědně atechnicky zaměřené čtenáře: pro toto existuje také velmi jednoduchý reologický model – Maxwellův model, který si lze představit jako sériové spojení dokonalé pružiny atlumiče. Maxwellův model lze charakterizovat tzv. relaxačním časem, což je poměr dynamické viskozity amodulu pružnosti ve smyku. Pokud je doba působení sil výrazně kratší než relaxační čas materiálu, materiál se chová elasticky. Je-li výrazně delší, chová se viskózně.

Materiál, který se chová elasticky při krátkodobém působení síly aviskózně při dlouhodobém působení síly, se nazývá viskoelastický. Co je krátkodobé aco je dlouhodobé působení, závisí za daných podmínek na konkrétním materiálu. Materiál zemské kůry, pláště avnitřního jádra se ze seismologického hlediska chová viskoelasticky. Utohoto materiálu přibližně platí, že čím delší je působení sil anapětí, tím menší část nitra Země od jejího povrchu se chová pružně. Určit relaxační časy uvnitř Země není snadné av literatuře lze nalézt různé hodnoty.

Litosféra aastenosféra

Ačkoli se zemská kůra chemicky amineralogicky odlišuje od pláště, kůra anejsvrchnější část pláště tvoří litosféru. Litosféra je zhlediska dynamických procesů dobře rozlišitelnou nejsvrchnější částí nitra Země. Je to mechanicky pevná vrstva tvořená litosférickými deskami. Starořecké slovo λίθος (lithos) znamená kámen, σφαιρα (sphaira) znamená sféra. Oceánská litosféra dosahuje tloušťku přibližně 100 km, zčeho oceánská kůra je asi 5–10 km. Kontinentální litosféra je přibližně 100–250 km tlustá, některé odhady udávají až 300 km. Kontinentální kůra přispívá asi 30–80 km, přičemž nejsilnější kůra se nalézá pod Tibetskou náhorní plošinou, Andami aBaltským štítem.

Pod litosférou se nachází astenosféra. Starořecké slovo ἀσθένης (asthénes) znamená slabý, bez pevnosti. Astenosféra je mechanicky slabá část svrchního pláště – horniny vní se mohou značně deformovat, aniž by způsobily makroskopické štěpení (makroskopické trhliny). Odhaduje se, že astenosféra dosahuje na některých místech hloubky až asi 420 km.

Litosféra je dostatečně chladná na to, aby byla (kamenně) pevná. Astenosféra je dostatečně teplá na to, aby byly horniny blízko bodu tání, aodhaduje se, že relativně malé procento hornin je ve skutečnosti nataveno.

Litosférické desky ajejich vzájemný pohyb

Radioaktivní rozpad izotopů uranu 238Ua 235U, thoria 232Th adraslíku 40Kprodukuje teplo, které vytváří tepelný tok směrem kpovrchu Země. Toto teplo ateplo nahromaděné na počátku vývoje Země, dnes především vjádru, pohání tepelnou konvekci (přenos hmoty) vplášti aastenosféře. Litosféra je pravděpodobně rozlámaná na desky právě vdůsledku konvekce.

Krátce si všimněme, že energie spojená se zemětřeseními, vulkanismem atvorbou hor představuje pouze asi 1 % energie tepelného toku znitra Země směrem kjejímu povrchu.

Největší litosférické desky orozloze více než 20 milionů km^2 jsou Pacifická, Severoamerická, Eurasijská, Africká, Antarktická, Indoaustralská (rozlišují se také Australská aIndická) aJihoamerická. Menší jsou Somálská, deska Nazca, Sundská, Filipínská, Arabská, Karibská, Kokosová, deska Scotia, Anatolská, Nové Hebridy, Amurská, Ochotská, Jang-c’-ťiang, Karolinská, Barmská, deska Juan de Fuca adalší. Existuje poměrně velké množství rozpoznatelných malých desek amikrodesek. Je to důsledek složitosti struktury adynamiky litosféry.

Vdůsledku konvekce vplášti se litosférické desky pohybují. Je třeba si přitom uvědomit, že desky mají různé složité tvary avelikosti. Důsledkem je komplikovaný pohyb jedné desky relativně vůči ostatním. Tento relativní pohyb se odehrává hlavně na kontaktech desek. Rozlišujeme tři základní typy kontaktu: divergentní, transformní akonvergentní. Stručně je charakterizujeme, protože největší počet tektonických zemětřesení vzniká právě vdůsledku relativního pohybu desek na jejich kontaktech.

Pro dynamiku povrchových částí Země je zásadní vzájemný pohyb desek, které tvoří litosféru. Litosféra se skládá ze zemské kůry ačásti svrchního pláště. Modifikováno podle Wikipedia.org.

Divergentní kontakt (nebo rozhraní). Při tomto kontaktu se od sebe desky vzdalují. Vznikající mezera je vyplněna materiálem zpláště, který se pohybuje směrem kpovrchu. Vzniká tak nová zemská kůra. Nejznámějším příkladem je Středoatlantský hřbet, který můžeme na Islandu vidět pouhým okem. Vnárodním parku Thingvellir se můžeme doslova procházet úzkým prostorem mezi Severoamerickou aEurasijskou litosférickou deskou po čerstvé (včasové škále litosférických procesů) zemské kůře. Podél Středoatlantského hřbetu se od sebe desky vzdalují rychlostí přibližně 2,5 cm za rok.

Dalšími divergentními rozhraními jsou Východopacifický hřbet, Východoafrický rift, Bajkalský riftový systém, Západní antarktický riftový systém arift Rio Grande. Podél Východopacifického hřbetu, poblíž Velikonočního ostrova, se Pacifická deska vzdaluje od desky Nazca rychlostí až 15 cm/rok.

Jak vzniká tektonické zemětřesení

Seismické vlny

Tektonické zemětřesení

Nyní můžeme říct, že tektonické zemětřesení zahrnuje:

•vznik ašíření trhliny na zlomu,

Další seismické vlny

Unikátní vlastnosti seismických vln aseismický model Země

Krátké kapitoly odůležitých pojmech

Seismický šum

Vlastní kmity Země

Velikost zemětřesení

Makroseismická intenzita

I

II

Anomální seismické pohyby

Početnost zemětřesení

Zajímavé sekundární jevy vdůsledku zemětřesení

Table of Contents

PŘEDMLUVA

ÚVOD

ZAJÍMAVÉ, ALE NAIVNÍ

Hněv bohů a neklid zvířat

Čína a Japonsko

Staří Řekové

ZEMĚTŘESENÍ – KRÁTKÝ ÚVOD TÉMĚŘ PRO KAŽDÉHO

Seismologie

Nitro Země

Tři pohledy do nitra Země

Horniny v Zemi – elastické pevné látky, nebo viskózní kapaliny?

Litosféra a astenosféra

Litosférické desky a jejich vzájemný pohyb

Jak vzniká tektonické zemětřesení

Seismické vlny

Tektonické zemětřesení

Další seismické vlny

Unikátní vlastnosti seismických vln a seismický model Země

Krátké kapitoly o důležitých pojmech

Seismický šum

Vlastní kmity Země

Velikost zemětřesení

Makroseismická intenzita

Anomální seismické pohyby

Početnost zemětřesení

Zajímavé sekundární jevy v důsledku zemětřesení