Geofizičar je objasnio kretanje valova i objasnio osjet zagrebačkog i petrinjskog potresa

Geofizičar Hrvoje Tkalčić, poznati hrvatsko-australski znanstvenik koji se bavi seizmologijom, objasnio je jučer osjet petrinjskog i zagrebačkog potresa na površini zemlje.

Uz poduži post na svom facebooku objavio je i nekoliko videa koji objašnjavaju što se dogodilo, odnosno kako su ljudi osjetili potres.

Njegovu objavu prenosimo u cijelosti:

“Htio bih se zahvaliti svima koji su komentirali razliku u osjetu između potresa kod Petrinje i onoga iz ožujka, kod Zagreba (s epicentrom blizu Markuševca i Kašine). Motiv koji je prethodio mom pitanju je bio u empirijskoj potvrdi onoga što se i moglo očekivati iz prvih rezultata obrade seizmoloških i geodetskih podataka. Zbog vaših komentara koji su zbilja izvrsni, odlučio sam napisati još jednu objavu, ovoga puta o destruktivnim valovima na površini Zemlje – površinskim valovima. No prije toga, vratimo se na prostorne valove i zadržimo se malo na potresu iz ožujka.

O prostornim, P (primarnim) i S (sekundarnim) valovima, smo mnogi kolege i ja opširno pisali ranije, tako da bih ovdje samo ponovio osnovno. Kod P valova, koji su kroz Zemljinu unutrašnjost najbrži, čestice tla se gibaju u smjeru širenja vala, i zato ih osjetimo ili kao udar ili kao naglo propadanje, viših su frekvencija, djeluju poput vibracija i često ih prati zvuk u užem epicentralnom području, naročito ako je potres plitak. S valovi su sporiji od P valova, jačih su odmaka, i smjer gibanja tla je okomit na smjer širenja vala. Zato se na površini Zemlje najčešće osjete kao ljuljanje u horizontalnoj ravnini. Kod potresa iz ožujka, jasno su se osjetili i P i S valovi u blizini epicentra, na širem području grada Zagreba, i vaši komentari to i potvrdjuju.

Dolazak P i S valova u epicentru

Npr., Štefica iz Markuševca kaže da je ožujskom potresu prethodio “grozan zvuk, udarac i jaka trešnja”, što se može protumačiti gotovo istovremenim dolaskom P i S valova u samom epicentru. Mateja, 2 km od epicentra opisuje potres “s oštrim trzajima, kao da te netko energično mućka”. Nešto dalje, u Dubravi, Morana opisuje: “Čula se tutnjava i odmah jak udar, bacalo me na sve strane dok sam trčala u dječju sobu”, a Andrea kaže da je “trešnja bila agresivna uz trzaje i zvuk”. Marta iz Gajnica, oko 13 km od epicentra, kaže da se zgrada tresla visokom frekvencijom u smjeru istok zapad i zvuk uspoređuje s pneumatskim čekićem, bez osjećaja prvog udara ili eksplozije. Dakle, kako se udaljavamo od epicentra, P valovi postupno slabe i nadjačavaju ih S valovi. Zvuk se također postupno gubi, a o efektima zvuka i zašto do njega dolazi, napisao sam posebnu objavu.

Kod potresa u ožujku, jedno rasjedno krilo se pomaklo prema gore u odnosu na drugo, tako da pretpostavljam da je u području Zagreba kombinacija P valova i vertikalno polariziranih S valova bila naročito jaka. Npr. Kristijan piše da je osjećaj potresa bio: “pneumatički, kao da je netko zabijao zgradu u zemlju i dizao gore”, a Iva potres opisuje riječima: “potres je vrlo brzo i žestoko tresao lijevo desno, kao da sjediš na veš masini kada je centrifuga”. Petra, koja je od epicentra 8 km, kaze: “prvo smo čuli zvuk, dubok tutanj, zatim jake, silovite udare, valovite gore-dolje”. Mateja osjećaj uspoređuje s agresivnom trešnjom košare, Božidar s agresivnom centrifugom, a Tatjana iz podsljemenske zone snažnim vertikalnim udarima, kao da kuća poskakuje gore-dolje. Puno vas opisuje gibanje kao agresivnu trešnju gore-dolje i lijevo-desno, drhtanje, drndanje, dok neki preciznije opisuju i smjer. Svi ti opisi, karakteristični su za plitki potres na reversnom rasjedu i snažan osjet P i S valova. Oni koji su se javili iz daljih mjesta (npr. Rijeka, Split, Lastovo, Čakovec, Vinkovci) ne opisuju P valove, već uglavnom osjet dužine trajanja, što je znak da su osjetili samo S valove i da su P valove na tim udaljenostima većinom mogli zabilježiti samo osjetljivi seizmografi.

Sada dolazimo na ono glavno. Vidjeli ste iz napisanog u mojoj objavi od 30. 12. i u odgovorima na neke od komentara ispod te objave da se u žaristu plitkih potresa osim prostornih, oslobodi dobar dio energije u obliku površinskih valova. Za razliku od prostornih valova koji se šire kroz Zemljinu unutrašnjost, površinski valovi putuju njezinom površinom. Početna animacija pokazuje usporedbu seizmičkih valova na površini čvrste Zemlje i valova na površini vode. Ako se zagledate u plavu točkicu u sredini i zamislite smjer vala s lijeva na desno, vidjet ćete da je za valove na vodi gibanje čestice kružno i progradno (rotira u smjeru gibanja vala u smjeru kazaljke na satu, kao kuglica koju ste bilijarskim štapom udarili na vrhu), dok je za seizmičke površinske valove ono eliptično i retrogradno (čestica oscilira u smjeru gibanja vala kao bilijarska kuglica koju ste udarcem zarotirali prema dolje, suprotno od kazaljke na satu). Slijedeća animacija pokazuje razliku između dvije glavne vrste površinskih valova: Rayleigh i Love. Oni su dobili imena prema znanstvenicima koji su ih prvi puta opisali, Lord Rayleigh 1855., i Augustus Love 1911. godine. Ako se zagledate u komadić volumena Zemlje označen crnom bojom, možete vidjeti da se kod Rayleighevih valova čestice tla gibaju u vertikalnim eliptičnim putanjama, a kod Loveovih valova, one se gibaju u kružnim horizontalnim putanjama. Kad se ove dvije vrste valova kombiniraju, možete si isto tako zamisliti kompleksna kružna i eliptična gibanja u svim ravninama. I zaista, prvi seizmološki instrumenti početkom dvadesetog stoljeća postavljeni u Evropi potvrdili su teorijske radove Rayleigha i Lovea, kada su se nakon velikih potresa, osim prostornih valova, na seizmogramima pojavile i velike amplitude površinskih valova.

Kad prostorni valovi krenu iz žarišta potresa kroz unutrašnjost, energija se raspršuje (slabi) po površini sfere, koja je proporcionalna kvadratu radijusa sfere. Kod površinskih valova, energija se raspršuje po opsegu kruga, koji je proporcionalan njegovom radijusu. Pojednostavljeno, ako izmjerimo energiju prostornih valova prvo na 5 a onda na 10 km daleko od epicentra (dakle na dvostruko većoj udaljenosti), ona će se na 10 km smanjiti četiri puta u odnosu na 5 km, dok će se kod površinskih valova ona smanjiti samo dva puta. Zbog toga površinski valovi postaju dominantni na nekoj udaljenosti od epicentra. Osim ovoga geometrijskog efekta, prostorni valovi koji imaju više frekvencije (kraće periode) zbog svojstva stijena kroz koje prolaze gube energiju puno efikasnije od površinskih valova nižih frekvencija (dužih perioda). Taj se fenomen u fizici i geofizici naziva atenuacija. Zbog toga na većim udaljenostima od epicentra izgleda kao da viših frekvencija gotovo i nema. Na većim udaljenostima, zato često izostaje osjet P valova i preživljavaju samo dugoperiodički S i površinski valovi, a postupno i S valovi oslabe i ostaju samo površinski valovi. Kod velikih potresa, amplitude površinskih valova su toliko velike, da oni proputuju opsegom Zemlje i nekoliko puta prije nego što im se sva energija posve izgubi. Što se tiče brzine širenja površinskih valova, ona je oko 90% brizne S valova, i zato se na nekoj lokaciji može očekivati slijedeći redoslijed nadolazaka valova: P val, S val, površinski valovi.

Dubina Petrinjskog potresa 10 kilometara

Dubina Petrinjskog potresa od 10 km, na koliko se procjenjuje dubina žarišne točke (početka pucanja), znači da je taj potres bio relativno plitak, a moguće je da se pucanje rasjeda nastavilo prema površini i da se rasjedna linija pucanja vidi na površini, iako za to još nemamo potvrdu s terena. Magnituda ovog potresa je i reda veličine veća od potresa iz ožujka pa su i površinski valovi koji su se generirali bili jači. U skladu s opisima gibanja kod površinskih valova, bilo je zato za očekivati da će većina vaših komentara potvrditi jedno drugačije, čak neobično ili “čudno” iskustvo kod ovog potresa u odnosu na ožujski potres. Htio bih zato podijeliti vaše opise Petrinjskog potresa na dva dijela. U prvom dijelu su oni koji opisuju različitost gibanja koje potvrdjuju osjet površinskih valova. U drugom dijelu su oni koji opisuju redoslijed nadolazaka raznih vrsta valova.

Što se tiče različitosti gibanja, mnogi od vas opisali su osjet kao da su doživjeli valove na vodi. Zrinka s Jaruna kaže: “sjećam se u cijeloj toj trešnji je u jednom trenutku negdje u sredini zaljuljalo onako kao da je ispod nogu prošao neki val kao kad si na brodu”, a Ivana iz Čučerja daje sličan opis: “baš kao da smo na čamcu, lijevo-desno”. Anita iz Gornjeg Vrapča piše: “doslovno smo stajali kao da surfamo na dasci”, Tomislav kaže: “proljetni potres je bio karikirano kao da brodom režeš valove, dok je ovaj od 29.12. bio kao da ploviš uz valove”, a Alex: “kao na brodu kad valjaju valovi od jakog juga”. I za Mirelu iz Zagreba, osjet se sastojao od “dugotrajnih valova i ljuljanja, kao u barci na moru”. Željka piše “trešnja je išla u krug”, a Renata: “vrtilo je u krug a ne ljuljalo naprijed nazad”. Lovro iz Zagreba kaže: “jučerašnji je duže trajao i kao da je bio miks raznih frekvencija u različitim smjerovima”. Za Marijana iz Bihaća, osjet je bio kao da se terencem vozite po neravnom šumskom putu, za Ive osjet se sastojao od raličitih kretnji, prvo ljuljanja na stranu, a onda kružno pri kraju. Andreja iz centra Zagreba piše: “Štok je plesao pred mojim očima gornji dio prema sjeveru, donji prema jugu”, a Tomislav kaže: “Činilo mi se kao da se ploče savijaju pod nogama, kao valovi”.

Što se tiče redoslijeda dolaska seizmičkih valova, npr., Štefica iz Markuševca piše: “potres je započeo laganim ljuljanjem koje se pretvorilo u užasno ljuljanje cijele kuće, kao da smo čamac kojeg ljuljaju jaki valovi.” Iz prijašnjeg opisa gibanja sada možemo protumačiti lagano ljuljanje iz njezina opisa kao S valove, a snažno ljuljanje na vodi kao površinske valove. Zrinka s 4. kata u Zagrebu kaže: “nije bilo nikakvog zvuka i bilo je ljuljanje i to s dosta velikim otklonom”. Primijetite izostanak opisa P valova. Mateja kaže: “u prvom dijelu potresa kao da je bila drugačija trešnja nego u drugom – ne mogu točno objasniti kako”. Nešto dalje, Milica iz Splita kaže: “dugo je trajalo i nije bilo najave da dolaze, samo ljuljanje”. Ivona iz Zagorja dala je jedan od najboljih opisa redoslijeda nadolazaka valova: “najprije se čuo jaki udar,…, krenuo je jedan lagani val ljuljanja, zatim jako kratka stanka i nakon toga ponovno ljuljanje koje je po mojoj procjeni trajalo oko 30 sekundi”. Iz opisa gibanja valova, ovdje bi jaki udar mogli opisati kao P valove, lagani val ljuljanja kao S valove, i nakon kratke stanke ponovno ljuljanje kao površinske valove. To potvrđuje i Zrinkin opis: “…počelo ljuljanje plus trešnja, koje se pojačavalo, i sve čekaš kad će stati, a ono još jače zatreslo”.

Mnogi od vas su svojim komentarima potvrdili da je osjet potresa subjektivan. Ispričavam se što ovdje nisam uspio navesti sva vaša opažanja, ali i ova koje sam naveo su dovoljno dobar pokazatelj. Npr., za neke od vas, čak i za one koji su bliži zagrebačkom nego petrinjskom epicentru, ovo je bilo puno intenzivnije i jezovitije iskustvo od potresa iz ožujka, puno dulje je trajalo i bilo je većeg intenziteta. Za druge pak, potres iz ožujka je bio strašno iskustvo ne samo zbog intenzivne trešnje, nego i zbog jezivog zvuka. Na nekim lokacijama, mnogi su opisali Petrinjski kao ipak malo ugodnije iskustvo od Zagrebačkog potresa, bez obzira na dužinu trajanja. Iz ovoga, postavlja se pitanje utječe li, osim subjektivnosti, ipak na sam osjet potresa i nešto drugo, možda nešto o čemu još nije bilo govora.

I zaista, za one koji žele znati još malo više detalja o Petrinjskom potresu i potresima općenito, te postoji li još nešto što je moglo utjecati na različitost osjeta na raznim lokacijama, prilažem tzv. dijagram zračenja površinskih valova kojeg sam preuzeo sa stranica iris.edu i malo obradio. To sam kombinirao s dijagramom fokalnog mehanizma (lopta za plažu) o kojem je bilo govora u u jednoj od prijašnjih objava. Iz slike se vidi da su se kod Petrinjskog potresa oslobodili naročito izražajni Loveovi valovi, i to različitih amplituda u različitim smjerovima, kao što to dijagram zračenja pokazuje. U centru kruga je epicentar potresa a duž njegova opsega su geografski smjerovi. Veličina energije za svaki smjer je proporcionalna udaljenošću točke od centra. Kada se točke u svim smjerovima spoje, dobije se linija. Tako npr. vidimo da se u smjeru sjevera, juga, zapada i istoka oslobodilo najmanje energije. Najviše energije Loveovih valova otišlo je u smjeru sjeverozapada, sjeveroistoka, jugozapada i jugoistoka. Boje označavaju razne frekvencije. Kod manjih frekvencija (duljih perioda), amplitude su manje, ali ono sto je zajedničko svim frekvencijama je oblik dijagrama zračenja. Kod Rayleighijevih valova je dijagram nešto drugačiji i amplitude su im zbog konfiguracije rasjeda i načina na koji su se rasjedna krila pomaknula, nešto manje. No, kada se pogledaju oba dijagrama, može se zaključiti da je Petrinjski potres emitirao površinske valove u svim smjerovima.

Za ožujski potres na reversnom rasjedu ne postoji sličan dijagram jer je potres bio znatno slabiji od ovoga u Petrinji. Međutim, kako bih napravio adekvatnu usporedbu dijagrama zračenja zbog fundamentalno drugačijeg rasjeda i karaktera pomicanja rasjednih krila, pronašao sam analizu za potres iz Stona iz 1996. godine. Taj potres (magnitude momenta 6.0) se dogodio na reversnom rasjedu kao i potres u ožujku. Kod njega su Rayleighevi valovi puno jače emitirani i amplitudom veći od Loveovih valova. Poanta je u tome da osjet potresa ne ovisi samo o udaljenosti od potresa i vrsti tla na kojem se nalazite, nego i o karakteru rasjeda i načinu na koji se energija seizmičkih valova iz žarišta te s rasjeda proširila u raznim smjerovima.”