Americká kosmická agentura NASA poprvé zveřejnila letecké radarové snímky změn zemského povrchu, způsobených zemětřesením o síle 7.2 magnituda, které zasáhlo mexický stát Baja California a jihozápadní část USA v dubnu loňského roku. Použitá technika umožňuje mapovat posuny zemské kůry v časových intervalech a předpovídat další tektonické děje v dané oblasti.
Vědecký tým z NASA Jet Propulsion Laboratory v kalifornské Pasadeně, použil k měření deformace zemského povrchu v průběhu zemětřesení radar UAVSAR (Uninhabited Aerial Vehicle Synthetic Aperture Radar). Radar nesl ve výšce 12,5 km letoun Gulfstream-III, navigovaný systémem GPS s přesně sledovanou výškou letu. Představíme vám teď zajímavé výsledky a možnosti této nové technologie.
Houpe se vám půda pod nohama?
Když vědci vyhodnotí data z jednoho měření, dostanou 3D mapu sledované oblasti. Zajímavější je pak porovnat dvě taková měření stejné plochy zemského povrchu v časovém odstupu, protože kromě silných zemětřesení se puzzle tektonických desek mění i méně nápadným způsobem. Zemská kůra je neposedná, putuje, i když je zdánlivě v klidu a narušená silným zemětřesením se ještě chvíli vrtí, houpe a usazuje. Výsledné mapy, které porovnáním dvou měření zobrazují jejich rozdíly, tedy změny zemského povrchu v čase, jsou pak nazývány interferogramy.
Zlom se špatnou pověstí
Jeden z projektů se soustředil na zemětřesení ze dne 4. dubna 2010 s epicentrem 52 km jiho-jihovýchodně od kalifornského města Calexico, na severu mexického státu Baja California. Probíhalo podél geologicky velmi složité části hranice mezi Severoamerickou a Pacifickou deskou. Zemětřesení, v této oblasti nejsilnější za téměř 120 let, s mnohočetnými následnými otřesy, zasáhlo také jižní Kalifornii a části Nevady a Arizony. Oblast podél kalifornského Elsinorského zlomového pásma, byla zvláště aktivní, a ještě 14. června jí proběhl následný otřes o velikosti 5,7 magnituda. V oblasti Calexica byl zaznamenán sestupný posun zemské kůry jižním směrem v rozsahu až 80 cm. Podobně odputovalo i chilské město Concepción téměř tři metry na západ při ničivém zemětřesení o síle 8,8 magnituda na začátku loňského roku.
Všechno je v pohybu
UAVSAR mapuje kalifornský zlom San Andreas a další zlomy podél rozhraní pevninských desek od San Franciska k mexické hranici každých šest měsíců od jara 2009, zaznamenává pohyb zemské kůry a případné rostoucí napětí podél zlomů. „Cílem probíhající studie je pochopit relativní nebezpečí plynoucí z pohybů zlomu San Andreas, zlomů navazujících na západě, jako Elsinore a San Jacinto, a zachycení přesunů zemské kůry v důsledku větších otřesů,“ řekl geofyzik Jet Propulsion Laboratory Andrea Donnellan, vedoucí projektu UAVSAR pro zmapování seizmického ohrožení v jižní Kalifornii. „Pokračování měření regionu by nám mohlo prozradit, jestli se hlavní porucha zlomu, přestěhovala v průběhu času na sever,“ dodává.
Otřesy modelované v počítači
Při zemětřeseních, která mohou proběhnout v době trvání projektu, bude tým sledovat související pohyby zemské kůry a bude moci posoudit, jak může působit dynamika celého systému zlomů, jak se může na blízkých zlomech přenášet a přerozdělovat napětí v zemské kůře a potenciálně formovat další poruchy. Údaje jsou integrovány do QuakeSim, pokročilé metody počítačového modelování, aby bylo možno lépe porozumět zlomovým systémům. Citované výsledky jsou interferogramem vytvořeným z měření s datem 21. října 2009 a 13. dubna 2010.
Interferogram na virtuálním glóbu
Na prvním snímku (obr. 1) je výřez interferogramu, pás o rozměrech 110 x 20 km, překrývající se se zobrazením zemského povrchu z virtuálního glóbu Google Earth. Každá barevná kontura nebo souvislý barevný pruh z interferogramu představuje posun zemského povrchu o 11,9 cm (4,7 palce) oproti minulému měření. Hlavní zlomové linie jsou označeny červeně a otřesy zaznamenané v poslední době jsou označeny žlutými, oranžovými a červenými tečkami. K maximálnímu posunu zemského povrchu až 3 metry (10 stop) došlo na jihu, za hranicí oblasti sledované radarem UAVSAR. Bylo však měřené geofyzikem Jet Propulsion Laboratory Erikem Fieldingem prostřednictvím evropských a japonských satelitních snímků.
Porucha není na vašem přijímači
Zvětšený interferogram ukazuje druhý snímek, (obr. 2). Zaměřuje se na oblast, kde byla naměřena největší deformace zemského povrchu. V oblasti o velikosti asi 20 na 20 km, odhaluje mnoho malých prasklin nebo diskontinuit v proužcích interferogramu. Ty jsou způsobeny pohyby zemského povrchu – pozemními pohyby od centimetru až po desítky centimetrů v malých zlomech. „Geologové nacházejí mnoho zajímavých detailů, mnoho malých poruch, trhlin, důležitých pro pochopení pohybů zlomu, které byly příčinou zemětřesení 4 dubna,“ vysvětluje Fielding.
Pohled skrz litosféru
“UAVSAR bezprecedentní rozlišení umožňuje vědcům vidět jemné detaily zlomového systému v oblasti Baja California, aktivovaných hlavním zemětřesením a jeho následnými otřesy,“ řekl hlavní řešitel projektu UAVSAR Scott Hensley z Jet Propulsion Laboratory. „Tak detailní pohled neumožňuje žádný jiný typ snímání.“ UAVSAR je součástí pokračujícího úsilí NASA používat nejnovějších technologie a komplexní počítačové modely pro lepší porozumění příčin zemětřesení a dějů souvisejících. Podobné radarové snímkování ostrova Hispaniola letos v létě má pomoci studovat geologické procesy, které se projevily jako lednové ničivé zemětřesení na Haiti.
Pochopit znamená nemít strach
Snímky pak mohou být kombinovány pro sledování různých oblastí v době po zemětřesení, měření deformací terénu, určení pohybů podél zlomu a vývoj celé zlomové zóny. UAVSAR také slouží jako základna pro testování nástrojů a technologií pro budoucí měřící systémy, jaké jsou plánované pro další mise NASA, aktuálně pro připravovaný projekt DESDynI (The Deformation, Ecosystem Structure and Dynamics of Ice), který bude mít za úkol studovat souvislosti tektonických jevů, jako jsou zemětřesení, sopečná činnost a sesuvy půdy, související rizika a jejich prevenci, dynamiku zaledněných oblastí stejně jako globální změny životního prostředí.
Jak velkou silou se otřásáte?
V roce 1935 se jistý Charles Richter z Caltechu (California Institute of Technology) inspiroval škálou používanou astronomy pro popis jasnosti vesmírných těles a vymyslel svou vlastní škálu, která popisuje sílu zemětřesení. Je to logaritmická škála, která zahrnuje korekci na vzdálenost seizmometru od epicentra, a tato oprava umožnila používat výslednou hodnotu jako absolutní vyjádření velikosti zemětřesení. Během času ale nestačila pro popis všech faktorů, které jsou ve hře. Síla zemětřesení se začala vyjadřovat jako magnitudo, které se používá dodnes. Vyjadřuje maximální rychlost posunutí v místě pozorovatele s korekcí na vzdálenost od epicentra. I tato veličina však má však malou nevýhodu – nepostihuje dostatečně vyjádření energie zlomu a tedy přesné míry destruktivních účinků zemětřesení. Dnešní seizmologie má k dispozici měřící metody, kterými je možné postihnut většinu faktorů souvisejících se vznikem a průběhem zemětřesení, proto se většina zainteresovaných vědců na počátku tohoto století dohodla a nahradila v exaktním popisu Richterovu škálu tzv. seizmickým momentem, který má bližší vztah i k podstatným fyzikálním parametrům.
Proč neexistuje přesná mapa zeměkoule?
Protože její povrch je neustále v pohybu. Litosférické desky na povrchu zeměkoule se posunují, pošťuchují a občas rostoucí napětí vede k tomu, že se v nich v nejexponovanějším místě vytvoří malé praskliny, ve kterých působí dál střižné síly, spojují se a pak může vzniknout zlom (fraktura), i v rozsahu několika tisíců kilometrů. Jako příklad můžeme použít právě obávaný a citovaný zlom San Andreas, dlouhý asi 1200 km a rozvětvený do soustavy souběžných i příčných trhlin. V místě zlomu se mohou desky vzájemně horizontálně nebo vertikálně posouvat. Vzájemný posun desek se může v jednom místě zablokovat (desky se »zaseknou«), a když rostoucí napětí v místě bloku dosáhne potřebné hodnoty, jedním nebo více rázy se desky uvolní a posunou, aby zpoždění »dohonily«, a ve zlomu vzniká trhlina. Uvolněná energie se pak projeví jako seizmické vlny různého typu, tj. zemětřesení. Naopak, když se okraje desek spořádaně posunují vůči sobě bez zádrhelů, mohou své rozhraní vyleštit až do podoby tzv. tektonického zrcadla.
