Magnituda, intenzitet i zašto nam se potresi čine jačim/slabijim

Da bismo dobili predodžbu o jakosti i utjecaju potresa na Zemljinoj površini, najčešće govorimo o dvjema veličinama – magnitudi potresa i intenzitetu. Za procjenu snage i jakosti potresa, koristimo objektivniju mjeru, magnitudu. Magnituda je mjera koja služi za opis energije oslobođene u žarištu (hipocentru) potresa. Najveći dio oslobođene energije utroši se na trenje pri pomaku dviju stijena, a tek manji dio nje putuje prostorom u obliku seizmičkih valova (mali podsjetnik za termine kao što su žarište, epicentar i hipocentar prikazan je na slici 1).

Slika 1: Prikaz hipocentra i epicentra potresa, te pripadnih udaljenosti definiranih u odnosu na postaju.

 

Iz najveće amplitude pomaka seizmičkog vala zabilježenog na seizmološkoj postaji može se izračunati magnituda potresa. Pritom se uzima u obzir promjena u amplitudi A zbog gubitka energije po putu (geometrijskog širenja vala, prigušenje) što ovisi o dubini žarišta h i udaljenosti epicentra potresa od postaje D:


M = log (A/T) + F(h,D) + C.


T označava dominantni period vala, a C je konstanta. Kada se uračuna gore spomenuta korekcija F(h,D) i konstanta C (to zovemo kalibracijskom funkcijom), dobit ćemo (u teoriji) jednaku vrijednost magnitude gdjegod da mjerimo amplitudu vala potresa. U stvarnosti, vrijednost magnitude bit će približno jednaka izračunata za različite seizmološke postaje zbog jer nedovoljno dobro poznajemo svojstva i građu Zemlje, pa može doći do vrlo malih odstupanja u procjeni. Ovako definiranu vrijednost magnitude uveo je Charles F. Richter 1935. godine, pa se zato kaže „magnituda po Richteru“ ili lokalna magnituda (ML). Lokalnu magnitudu često koristimo za određivanje jakosti potresa jer se ona može jednostavno izračunati prilikom samog lociranja potresa. Postoje i drugačije definicije magnitude (ovisno o vrsti seizmičkog vala koja se promatra i mjeri, pa se zbog toga njihove vrijednosti malo razlikuju), no jedno im je zajedničko – sve odražavaju jakost potresa.


Budući da se radi o logaritamskoj funkciji, razlika u magnitudi od 1 zapravo znači omjer magnituda od 10: potres magnitude 5.0 prouzrokovat će valove koji imaju najveću amplitudu 10 puta veću od onog magnitude 4.0, a 100 puta od onog magnitude 3.0. Također, površina rasjeda te duljina pomaka duž rasjeda bit će veći za potrese veće magnitude (slika 2, lijevo). Ako govorimo o energiji za spomenute odnose, radi se oko 30 puta većoj energiji oslobođenoj za magnitudu 5.0 u odnosu na magnitudu 4.0 i oko 1000 puta većoj magnitudi za magnitudu 3.0 (slika 2, desno).

 

Slika 2: (lijevo) Odnos površine i pomaka duž rasjeda za različite magnitude – primjer odnosa duljine i širine rasjedanja i prosječnog pomaka. (desno) Odnos oslobođene energije za potrese različite magnitude: površina kružnice predstavlja oslobođenu energiju. Razlika u magnitudi od 1 zapravo znači omjer energija od oko 30

 

Međutim, kad potres zatrese, ljudi ne osjećaju magnitudu jer nemaju usađeni osjećaj za udaljenost i dubinu na kojoj je potres nastao i/ili kolika je njegova stvarna jakost. Osjećaju učinke i utjecaj potresa na Zemljinoj površini koji se opisuju drugom veličinom – intenzitetom.


Intenzitet potresa je mjera koja se temelji na opisu učinka potresa na objekte te opažanja i doživljaja ljudi. Intenzitet se ne može procijeniti ako ne postoji opažanje, odnosno opažač, te stoga u nenaseljenim područjima iznosi nula. Učinci koji se opažaju ovise o više faktora: jakosti potresa u izvoru (magnitudi), mehanizmu pomaka u žarištu potresa, svojstvima sredstva kroz koji val putuje, lokalnim svojstvima tla i vrsti građevine, odnosno načinu gradnje. U pravilu će potresi veće magnitude za posljedicu imati i veći intenzitet te se općenito može reći da se vrijednost intenziteta smanjuje što smo dalje od žarišta potresa. Međutim, kako ova veličina ovisi i o drugim spomenutim parametrima, intenzitet će se (za razliku od magnitude) razlikovati od lokacije do lokacije.


Žarišni mehanizam potresa, odnosno položaj rasjeda u prostoru i smjer pomaka rasjednih krila po njemu, uzrokovat će nejednolikost amplitude valova u različitim smjerovima i na različitim udaljenostima. To znači da će se na različitim mjestima zabilježiti valovi drugačije amplitude! Upravo to svojstvo seizmolozi koriste kako bi doznali kakav je bio mehanizam u žarištu potresa.


Dubina žarišta potresa utjecat će na to kako potres doživljavamo na površini. Općenito, što je potres plići to će se jače osjetiti i uzrokovati veće štete – za razliku od potresa koji se događaju na većim dubinama. To se događa zato što valovi potresa dubljeg žarišta do površine prijeđu dulji put i pritom izgube više energije, pa je i sama trešnja na površini manje izražena.


Nadalje, određena svojstva tla (najplićih desetak do stotinjak metara) mogu prouzročiti povećanje amplitude gibanja i produljiti vrijeme trajanja trešnje – ovakve pojave najčešće se događaju na mekšem, rahlom tlu (npr. gdje imamo naslage sedimenata). Jedan od najpoznatijih primjera svakako je potres M = 8.1 iz 1985. godine koji se dogodio na meksičkoj pacifičkoj obali. Premda je štete bilo i u epicentralnom području, najviše je stradao Mexico City (koji se nalazio 320 km od epicentra!) i to upravo zbog građe terena na kojem se grad nalazi i svojstvima građevina na njima sagrađenim.


Uz mogućnost povećanja amplitude i trajanja gibanja, ovisno o građi terena, potresi mogu doprinijeti opasnosti od određenih pojava kao što su primjerice odroni, klizišta i likvefakcija. Klizišta ne nastaju uvijek i isključivo zbog potresa, tj. tektonskih gibanja – mogu biti posljedica povećane količine oborine, vulkanske aktivnosti ili bilo kakvih drugih utjecaja, uključujući i antropogenih, koji će poremetiti stabilnost padine uz koju i/ili na kojoj klizište nastaje. Ipak, važno je napomenuti kako snažni potresi uvelike povećavaju vjerojatnost pojave klizišta, pogotovo u kombinaciji s drugim spomenutim utjecajima (tllo više zasićeno vodom lakše će se pomaknuti tijekom potresa). Također, snažni potresi na vrlo rahlom, zasićenom tlu (najčešće pijescima) mogu uzrokovati efekt likvefakcije. Likvefakcija je pojava u kojoj zbog naglosti gibanja uzrokovanog potresom tlo zasićeno vodom gubi svoju čvrstoću te se počinje ponašati kao viskozna tekućina – ono što se tada može dogoditi jest da objekti, koji se nalaze na takvom tlu, jednostavno “potonu” te nakon prestanka trešnje i povratka podloge u prvotno čvrsto stanje, ostanu zarobljeni i djelomično ili potpuno zakopani u tlu.


Osim uz obraćanje pozornosti na potencijalnu opasnost od pojedinih nepoželjnih pojava, u skladu s vrstom tla potrebno je i graditi: npr. visoke zgrade na mekom tlu imat će tendenciju da se za vrijeme potresa više njišu od nižih zgrada, dok će se s druge strane niske zgrade jače gibati ako se nalaze na čvršćem tlu. Razlog tome je tzv. pojava rezonancije, odnosno preklapanje vlastitih frekvencija, u ovome slučaju, gibanja tla i same zgrade što omogućuje da se veliki dio energije prenese s tla na zgradu i posljedično uzrokuje veće štete nego što bi bile da se vlastita frekvencija tla i objekta nisu preklapale.
Animaciju ove pojave možete pogledati na poveznici.


Isto tako, kako ćemo doživjeti potres, osim o našoj lokaciji, žarišnom mehanizmu te jakosti potresa, ovisi i o nama samima. Primjerice, za očekivati je da kad nešto osluškujemo i kad nema gradske “vreve” (pogotovo navečer) osjećamo ono što bismo inače propustili. Isto tako, mnogi ljudi iskusit će i tzv. "fantomske potrese" (odnosno gibanje premda ga nije bilo) i/ili doživjeti potres kao jači zbog straha uzrokovanog traumatičnim iskustvom – to je normalna, prirodna reakcija.


Dakle, vrijednost intenziteta potresa jako ovisi o učincima potresa koji se opažaju te se razlikuje od lokacije do lokacije, ali i samog opažača (slika 3).

Slika 3: Parametri o kojima ovisi vrijednost intenziteta na nekoj lokaciji.

 

Slično kao i u slučaju magnituda, za opis intenziteta koriste se razne makroseizmičke ljestvice koje su prilagođene područjima za koja su nastajale i koje su različitog opsega opisa, pa iz tog razloga njihove vrijednosti mogu biti drugačije.

Za kraj, još jednom ćemo napomenuti da su magnituda i intenzitet u potpunosti drugačije definirane veličine – svaki potres ima jednu magnitudu, jedan intenzitet u epicentru, ali mnogo intenziteta ovisno o mjestu na kojem se procjenjuje (slika 4).

Slika 4: Ovisnost intenziteta o magnitudi potresa. Potres iste magnitude, ali npr. drugačije dubine, može imati relativno širok raspon vrijednosti intenziteta jer intenzitet ovisi o raznim spomenutim svojstvima. Preuzeto iz Herak (1989).

 

Vrijednosti magnitude i intenziteta mogu se povezati empirijskim jednadžbama koje nam omogućuju pretvorbu iz jedne veličine u drugu, no takve procjene su samo približne zbog svih opisanih svojstava intenziteta te se uobičajeno koriste u slučaju povijesnih potresa (koji nisu instrumentalno zabilježeni i za koje se ne može precizno odrediti magnituda).

 

Herak, M.(1989): The magnitude-intensity-focal depth relation for the earthquakes in the wider Dinara region, Geofizika 6,13–21.