Život na rozhraní tektonických desek
Od ničivého zemětřesení v Japonsku uběhly dva týdny. Zděšení trochu polevilo, život se v nepostižených oblastech pomalu vrací k svému běžnému chodu. Obyvatelé ale citlivěji vnímají opakující se záchvěvy půdy pod nohama. A za těch několik dnů jsou jich stovky, co překročily momentové magnitudo 4, některé i 7. Jenom za včerejšek, 24. března 2011, přístroje zaznamenaly 18 zemětřesení s magnitudem 4,5 a více, jejichž epicentrum se nachází u východního pobřeží ostrova Honšú, ve stejné oblasti jako ohnisko nedávných rekordních otřesů země (pravidelně aktualizovaný zdroj).
Pro Japonce není slabší zemětřesení ničím výjimečným. I jejich psychika se musela přizpůsobit geologicko–tektonickým podmínkám v nichž žijí. Každá generace si pamatuje alespoň tři otřesy s magnitudem vyšším než 8, od roku 1900 jich totiž zaznamenali 12.
Na obrázku vpravo je mapa epicenter zemětřesení, které se udály v minulém měsíci – v únoru 2011. Tedy ještě před březnovou katastrofou. 17 z těchto otřesů přesáhlo magnitudo 5 momentové škály, což znamená, že se při nich uvolnilo více energie než při výbuchu 1 kilotuny TNT. A Japonci to komentují slovy: „no remaklable activity“, tedy žádná výjimečná aktivita. V Česku by jedno takové zachvění vyvolalo rozruch, jenž by média povýšila na paniku. Zasedaly by komise přehodnocující seizmická rizika. Nejen Rakušané by požadovali okamžité zastavení jaderných elektráren, přívrženci Greenpeace by si opět přezkoušeli své lezecké schopnosti. A srdce podnikatelů se solární energií by se zachvěla také... nadějí.
(Celosvětová statistika různě silných zemětřesení v jednotlivých letech na stránce americké U.S. Geological Survey )
Poklidné srdce Evropy
Na rozdíl od Japonska se Česko může považovat za stabilizovanou a poklidnou zemi, alespoň co se seizmické aktivity týká. I v té nejaktivnější oblasti Kraslicka v Karlovarském kraji zemětřesení jen velmi zřídka přesáhne magnitudo 4. Geologické poměry spjaté se systémem hlubokých příhraničních zlomů (západní mariánskolázeňský, známý severozápadní podkrušnohorský nebo severovýchodní hronovsko-poříčský) se ale za toto mírně zvýšené riziko odvděčují termálními léčivými prameny a zdroji nerostných surovin.
Tyto západní a severní oblasti se zvýšenou geoaktivitou jsou patrné na obrázku vlevo i prvním vpravo dole s mapkami seizmického ohrožení (znázorňující předpokládané maximální zrychlení povrchu při seizmických pohybech) pro oblast jižní Evropy, celou Evropu a Japonské souostroví. Lemují český světlezelený ostrůvek seizmického klidu, jímž je jádro Českého masívu - stará konsolidovaná pevninská „troska“ z dob prvohor. Je natolik odolná, že ji mnohem mladší mohutné horotvorné pochody – alpinská orogeneze - ovlivnily doslova okrajově. Pod tlakem na sever se posouvající africké kontinentální desky se před 65 až 30 miliony let v jižní a střední Evropě vyvrásnily Pyreneje, Alpy i Karpaty. Ani tak mohutné síly nezvládly Český masiv přetvořit, jen mu zvýšeným napětím místy způsobily praskliny (zlomy), podél nichž se některé bloky navzájem vertikálně posouvaly. (Podrobnější přehled nabízí stručná regionální geologie Českého masívu).
Ale ani pro sousední země, jejichž geologicko-tektonický vývoj je spjat s mladou alpinskou orogenezí, není riziko ničivých zemětřesení velké, i když se to podle mapy seizmického ohrožení může jevit. Na území seizmicky aktivnějšího Slovenka se ve 20. století vyskytlo jenom jedno silnější zemětřesení (1906 s epicentrem v Malých Karpatech, nevelkém pohoří, které se vyvrásnilo na jihozápadním cípu karpatského oblouku právě jako důsledek kolize s Českým masívem podsouvajícím se v hloubce daleko přes hranice :). I když se pro tři největší historickými záznamy zdokumentované zemětřesení na Slovensku uvádí stupeň 7 až 9, je nutné si uvědomit, že jde o takzvanou Evropskou makroseizmickou škálu (EMS), posuzující intenzitu otřesů podle lidmi pozorovatelných účinků (např. pohybu nábytku nebo míry poškození budov). Nakonec u dávných zemětřesení, evidovaných jenom podle dobových písemných dokladů ani jiná možnost neexistuje. EMS má 12 stupňů intenzity, jejichž hodnoty neodpovídají těm, v nichž se uvádí síla velkého japonského zemětřesení. To má sice také devítku, ale jde o magnitudo v takzvané momentové škále, která zohledňuje množství energie přenášené seizmickými vlnami a vychází z přímo naměřených hodnot. Udávané číslo (stupeň, magnitudo) konkrétních otřesů je tedy nutné vnímat v kontextu té které použité stupnice, protože není devítka jako devítka. Přibližné porovnání EMS stupnice s momentovou škálou poskytuje například tato tabulka (v němčině), nebo jiná na stránce USGS.
Richterovo versus momentové magnitudo
Snad pro úplnost je dobré dodat, že i známá Richterova stupnice vychází z naměřených údajů - maximálních amplitud zemětřesných vln a byla vytvořena zejména pro podmínky seizmicky exponovaného západního pobřeží USA (oblast zlomu San Andreas). Za objektivnějším a obecněji použitelným momentovým magnitudem se ukrývá i smykový modul pružnosti příslušné horniny, rozsah a míra posunu na zlomu, který je spjat s hypocentrem, tedy hlubinným ohniskem zemětřesení. Epicentrum, o kterém se mluví nepoměrně častěji, je místo na zemském povrchu ležící kolmo nad hypocentrem.
Obě škály (Richterova i momentová) se zejména u středně silných zemětřesení v hodnotě magnituda velmi neliší, silnější otřesy i američtí seizmologové uvádějí v tom momentovém. A obě jsou logaritmické, což značí, že každý vyšší stupeň představuje mnohonásobně více uvolněné energie, než ten předcházející. O hodnotu 2 vyšší magnitudo = 1000 krát větší energie (tedy tisíc krát vyšší ekvivalent TNT). Nedávné ničivé zemětřesení s epicentrem východně od ostrova Honšú a s magnitudem 9 odpovídá energii výbuchu 32 gigatun TNT.
Utlumovat jadernou energetiku? Proč?
I když se praví, že nikdy neříkej „nikdy“ a že je nutné dodržet pravidlo předběžné opatrnosti, snaha o útlum jaderné energetiky v České republice a zastavení provozu v stávajících elektrárnách na základě argumentů vycházejících z japonské katastrofy nemá racionální odůvodnění. Právě ona totiž dokazuje, když si odmyslíme důsledky cunami, že jaderné elektrárny bezpochyby na míru zdejších seizmických rizik lze dimenzovat i s velkou rezervou. Ale spotřebu na představu, že jádro nahradíme solárními panely, větrníky nebo biomasou, přizpůsobit nelze. Není to jen o výpočtech okamžitého či průměrného výkonu, ale i o způsobu jeho regulace a formy uskladňování energie. Zkuste si pomocí solárních článků zajistit energetickou soběstačnost domku pro jednu rodinu. A to jste ještě nezačali nic vyrábět.
Plány počítaly hlavně s jadernou energií
Na rozdíl od Čechů si Japonci příchodem dalšího ničivého zemětřesení jistí být musí. Z geologického hlediska žijí na tom pověstném sudu s prachem, vlastně celém skladišti, v němž každou chvilku něco menšího nebo většího vybuchne. Proto je zdánlivě paradoxní, že právě Japonsko bylo s 55 reaktory v 17 elektrárnách doposud třetím největším producentem elektřiny z jádra. Tvořila něco přes 30 % výroby energie a plány byly - a možná i zůstanou - velkorysé: 41 % do roku 2017 a 50 % do roku 2030. Bude zajímavé sledovat, jak se tyto i Kjótským protokolem motivované záměry budou vyvíjet dále. Rozhodování bude jistě nesmírně složité – bez jaderné energie bude Japonsko nad úměrnou míru závislé od importu stále dražších fosilních paliv. Jeho energetická spotřeba je z téměř 3/4 pokryta ze zdrojů spalujících dovezené uhlí, plyn a minerální oleje. Japonští inženýři teď jenom stěží budou argumentovat úplnou bezpečností jádra a dá se předvídat, k čemu je bude tlačit část obyvatelstva, vystrašený svět i vlastní pocit odpovědnosti a sociální spolupatřičnosti, který můžeme Japoncům závidět. Situace, v níž se z energetického hlediska nacházejí, ale záviděníhodná není. Nemají přírodní zdroje, jejichž vývoz by mohl zajistit jistou „bezpracnou“ prosperitu, proto vsadili na jediné eso – vzdělání a vědu. Pak tyto investice zúročují v rozvoji moderních technologií, strojírenství nebo v biomedicínských aplikacích.
(Pozn.: V roce 2008 se v Japonsku vyrobilo něco přes milion gigawathodin energie - cca 30 % bylo z uhlí, 25 % z plynu, 24 % z jádra, a 7,5 % zajišťovaly vodní elektrárny).
Tvořící i ničící kolize litosférických desek
K přehledným vědomostem o světě patří i základní poznatky o deskové tektonice, kterou obviňujeme z největších zemětřesení, sopečné aktivity nebo jimi vyvolané vlny cunami, ale které zároveň vděčíme za pohoří, obnovování oceánské a částečně i kontinentální kůry a nepřímo pak za téměř všechny zdroje surovin. Jsou to gigantické síly. I tak se ale objevují podivuhodné představy a konspirace. Podle nich seizmické otřesy způsobuje odvodňování pevnin, vliv oteplování, nebo dokonce cílené tajné útoky americké armády pomocí rádiových vln s frekvencí 2,8 až 10 MHz vysílanými anténami v rámci projektu HAARP (High Frequency Active Auroral Research Program - Vysokofrekvenční aktivní aurorální výzkum).
Některé údaje o nejsilnějším zemětřesení v novodobé historii Japonska:
Čas: 11. 3. 2011, 14:46:23 místního času (- 9 hod. = UTC)
Momentové magnitudo: 9
Epicentrum: v moři, východně od pobřeží ostrova Honšú, 129 km od města Sendai
Hypocentrum: v hloubce asi 32 km.
Uvolněná energie odpovídala výbuchu 32 gigatun TNT, nebo 1,3 x 1020 J
K 22. 3. 2011 bylo potvrzeno 8 649 mrtvých, 13 262 nezvěstných, 2 644 zraněných
Západní drift pacifické desky: cca 83 mm/rok.
Zemětřesení vyvolal náhlý posun ponořující se desky o 30 - 40 m (v maximu posunu), na 300km úseku subdukční zóny, v níž se podsouvá pacifická deska pod ochotskou mikrodesku na okraji obrovské euroasijské desky.
Obrázek vpravo: Směrem do středu planety zvyšující se teplota částečně natavuje horniny pláště a vnějšího jádra. Vysoce viskózní polotuhá tavenina umožňuje ale přenos tepla systémem sice velmi pomalých, ale mohutných konvektivních proudů. Tam kde přijdou do styku se zemskou kůrou, mohou ji oslabit, rozlomit a vytvořit rozsáhlé systémy na sebe navazujících zlomů. Přes ně se pomalu, po desítky až stovky milionů let tlačí těžší viskózní bazaltová láva. Podél divergentních (rozestupujících se) linií vytváří pod hladinou oceánu nejdelší pásmová pohoří – středooceánské hřbety. Tím se odtlačují obě strany rozlámané litosféry od sebe a v místě oslabení pomalu, ale vytvale vzniká nové oceánské dno. Někde ale musí zanikat. Má poměrně vysokou hustotu a tak se na kontaktu s deskou unášenou jiným směrem a tvořenou lehčí, ale tlustší kontinentální kůrou, začne pod ní podsouvat. Jsou však i oblasti, kde dochází ke kolizím dvou oceánských okrajů desek, nebo dvou kontinentálních – nejznámějším příkladem jsou Himáláje.
V případě subdukce (vnořování) se do hloubky dostává i velká část sedimentů s velkým podílem vápencové složky a s vyšším obsahem vody. Pod vlivem tlaku a tepla se z horniny začnou uvolňovat plyny (zejména CO2 a vodní pára), tím se zvýší tlak a tedy i teplota, což vede k rychlejšímu tavení lehčí horniny. V hloubce asi 150 km tak vzniká méně viskózní přeplyněné magma, které si hledá cestu na povrch. Proto subdukční zóny jsou na straně podsouvané desky lemované pásmem sopek ve vzdálenosti 110 až 200 km od styčné linie. V ní se někdy vytváří hluboký oceánský příkop. Oblast Japonských ostrovů je názorným příkladem podobné situace. Zajímavostí ale je, že před asi 15 miliony let tvořily tyto dnes již ostrovy okraj asijské pevniny. Proto nepřekvapuje, že až polovina hornin nejsou vulkanity, ale sedimenty a metamorfity.
Video: Země je úžasné dynamické vesmírné těleso. V následující rekonstrukci pohybů litosferických desek za posledních 600 milionů let si všimněte, jak rychle se indická deska po rozpadu Pangei přesunula na SSV a narazila na obrovskou euroasijskou desku. Výsledkem kolize je Tibetská náhorní plošina i vyvrásnění Himálájí. Tlak na sever se posouvající Afriky vyvrásnil na jihu Evropy Pyreneje, Alpy i Karpaty (alpinská orogeneze). Západním směrem putující americké kontinenty, posouvané tlakem nově vznikající kůry ve středoatlantickém hřbetu, narážejí na pacifické straně na oceánské desky unášené v protisměru. Kolize má na svědomí vyvrásnění pásmových pohoří podél západních okrajů obou kontinentů, ale i s tím související sopečnou a seizmickou aktivitu. V tomto globálním tektonickém obrazu se ukrývá odpověď na otázku, proč oceánská kůra má maximálně 240 milionů let a na kontinentech nacházíme velké oblasti z dob prekambria, tedy starší 542 milionů let, případně menší geologické jednotky s horninami z dob před miliardami let.
Obrázek vpravo: Hezky znázorněné souvislosti. První obrázek vlevo zviditelňuje nejmladší a zvětráváním ještě neobroušená nejvyšší pohoří světa a světlé dlouhé oblouky oceánských hřbetů, kde se vytváří nová oceánská kůra. Obrázek vlevo dole dokládá, jak jsou tyto divergentní linie – oceánské hřbety - spojeny s vyšším tepelným tokem z magmatu tlačícího se konvekcí z vrchního zemského pláště přes litosféru na mořské dno. Horní obrázek vpravo je mapa epicenter větších zemětřesení odhalující nejaktivnější kolizní zóny na kontaktu litosférických desek. S tím souvisí i vznik většiny (ale samozřejmě ne všech) sopek – dolní obrázek vpravo.
| Oblast Japonských ostrovů - pohyby jednotlivých tektonických desek vzhledem k Africe. Výřez z mapy Æ. A. Bjarmasona/ Wikimedia | Seizmická aktivita v oblasti ostrova Honšú za posledních 20 let a necelé tři měsíce. Každým dnem nějaký ten kroužek přibude. |
| Zěmětřesení v Evropě - detail z mapy seizmické aktivity v letech 1900 – 2007. Autoři v úvahu brali jenom zemětřesení s magnitudem 5,5 a vyšším. Proto ve střední Evropě značky chybí. Zdroj: USGS | Japonsko - detail z té samé mapy seizmické aktivity v letech 1900 – 2007. Ani selekce zemětřesení s magnitudem nad 5,5 nezabrání, aby celé Japonsko nebylo poseto kroužky. Zdroj: USGS |
Diskuze:
