verzia 2011
Úvod do fyziky Zeme
seizmológia
2. časť
Peter Moczo
Katedra astronómie, fyziky Zeme a meteorológie
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského
mohli by sme uvažovať analogicky :
v prípade zemetrasenia
bude amplitúda kmitavého pohybu
na danom mieste povrchu Zeme
tým menšia,
čím je dané miesto vzdialenejšie
od zlomu, na ktorom trhlina vznikla
je to skutočne tak ?
je to skutočne tak ?
nie,
je to oveľa zložitejšie
zemetrasenie 1985 Mexiko
18 cm/s2
150 cm/s2
epicentrum
Campos
litosférická doska
Cocos
Severoamerická
litosférická doska
~ 300 km
Teacalco
zemetrasenie 1985 Mexiko
170 cm/s2
35 cm/s2
18 cm/s2
150 cm/s2
epicentrum
UNAM
Teacalco
SCT
Campos
litosférická doska
Cocos
Severoamerická
litosférická doska
Ciudad de México
~ 400 km
zemetrasenie 1985 Mexiko
homogénny polpriestor
skalné podložie
v takom prípade by
amplitúda skutočne klesala
so vzdialenosťou od zlomu
vrstva sedimentov na pevnom podloží
sedimenty
skalné podložie
frekvenčne selektívne zosilnenie a predĺženie trvania
v dôsledku 1D rezonancie vo vrstve sedimentov
laterálne ohraničená vrstva
sedimenty
skalné podložie
1D rezonancia
a silný diferenciálny pohyb pri vertikálnom rozhraní
plytký sedimentárny bazén
sedimenty
skalné podložie
„1D rezonancia“ v strede
ale najmä
lokálne povrchové vlny v horizontálnom smere
hlboké sedimentárne údolie
sedimenty
skalné podložie
globálna rezonancia sedimentov
výpočtový model
rozmery výpočtovej oblasti
sú určené
minimálnou záujmovou frekvenciou
λmax
max VP
=
f min
priestorové vzorkovanie (sieťový krok)
je určené maximálnou frekvenciou
λmin
min VS
=
f max
efektívnosť výpočtov dosiahnutá
pokrytím výpočtovej oblasti
diskontinuitnou sieťou
výpočtový model
výpočtová oblasť - kváder
výpočtový model
Sediments
Sediments
Rock
Rock
Basement
Basement
diskontinuitná sieť
vzorkovanie jemnej siete
je n-krát menšie
ako riedkej siete
n je ľubovoľné nepárne
číslo
kontakt sietí:
bikubická interpolácia
Fine grid
Coarse grid
numerická simulácia seizmického pohybu v údolí Grenoble
CEA/LGIT/AUTH projekt Cashima
cieľ projektu Cashima
na základe simulácií
pre lokalitu Mygdónskeho bazéna v Grécku
zistiť,
stav numerického modelovania
seizmického pohybu
vo svete
do projektu bolo prizvaných 10 tímov
(Japonsko, USA, Nemecko, Taliansko, Slovensko, Francúzsko)
CEA/LGIT/AUTH projekt Cashima
Mygdónsky bazén, Grécko
povrchové sedimentárne štruktúry
zosilňujú seizmický pohyb
a spôsobujú
tzv.
lokálne efekty zemetrasení
ak povrchová sedimentárna štruktúra
zosilní seizmický pohyb
na tej frekvencii,
na ktorej sa rada rozkmitá samotná budova,
môže nastať
vzájomná rezonancia budovy a podložia
a tú môžu prežiť len výnimočné konštrukcie
práve lokálne efekty sú
pri každom zemetrasení,
ktoré zasiahne obývanú/zastavanú oblasť,
zodpovedné za najväčšie škody
práve lokálne efekty sú
pri každom zemetrasení,
ktoré zasiahne obývanú/zastavanú oblasť,
zodpovedné za najväčšie škody
problém :
oblasti, ktoré sú najzranitelnejšie
z dôvodu lokálnych efektov,
sú zároveň najosídlenejšie
typický príklad: mesto na povrchu ohraničených sedimentov
sedimenty
skalné podložie
aj relatívne slabé zemetrasenia
môžu spôsobiť tragédiu
a rekordné škody
Kobe, Northridge, Haiti, ...
priemerne vo svete vznikne
za jeden rok
120 zemetrasení
v intervale momentových magnitúd
6.0 – 6.9
zemetrasení nebude v budúcnosti menej
zemetrasení nebude v budúcnosti menej
hustota osídlenia
a jeho technologická zložitosť/zraniteľnosť
sa budú zvyšovať
zemetrasení nebude v budúcnosti menej
hustota osídlenia
a jeho technologická zložitosť/zraniteľnosť
sa budú zvyšovať
čoraz slabšie zemetrasenia
môžu spôsobiť
rekordné škody
seizmológovia musia vyvíjať
metódy analýzy seizmického ohrozenia
a
metódy predikcie
seizmického pohybu
počas budúcich zemetrasení
seizmológovia musia vyvíjať
metódy analýzy seizmického ohrozenia
a
metódy predikcie
seizmického pohybu
počas budúcich zemetrasení
a to bez ohľadu na to,
či bude možné predpovedať
samotný vznik zemetrasenia
( miesto, čas, veľkosť )
seizmológovia musia vyvíjať
metódy analýzy seizmického ohrozenia
a
metódy predikcie
seizmického pohybu
počas budúcich zemetrasení
a to bez ohľadu na to,
či bude možné predpovedať
samotný vznik zemetrasenia
( miesto, čas, veľkosť )
projektanti musia tieto predpovede
zohľadniť pri projektovaní stavieb
zemetrasenia sú evidentne
problémom
povahu a mieru účinkov zemetrasenia
na danom mieste
na človeka, objekty, stavby a prírodu
charakterizuje veličina
makroseizmická intenzita
12-stupňová
Európska makroseizmická stupnica 98
European Macroseismic Scale – EMS 98
zásadné poučenia
rozsah a charakter účinkov daného zemetrasenia
nezávisí len
od vzdialenosti od epicentra
v dôsledku nepriaznivých lokálnych podmienok
môže byť seizmický pohyb povrchu Zeme
silnejší (na nejakej frekvencii),
alebo môže trvať dlhšie
ako na miestach,
ktoré sú bližšie k epicentru
medzi veľkosťou zemetrasenia
(~ seizmický moment alebo momentové magnitúdo)
a
účinkami na danom mieste
(~ stupeň makroseizmickej intenzity)
nie je jednoduchý vzťah
seizmický pohyb samotný
ešte neurčuje, čo sa stane
so stavebným objektom
počas zemetrasenia
o tom rozhoduje
interakcia
medzi podložím a objektom
k deštrukcii budovy
môže dôjsť napr.
pri vzájomnej rezonancii
medzi podložím a budovou
t.j. vtedy, ak
aj podložie aj budova
„rady“ kmitajú na tej istej frekvencii
dostali sme sa teda
k dvom zásadným pojmom:
seizmické ohrozenie
a
seizmické riziko
je medzi nimi zásadný rozdiel
seizmické ohrozenie
( seismic / earthquake hazard )
seizmické ohrozenie na danom mieste
znamená to, že zemetrasenie
môže na danom mieste spôsobiť škodu
všeobecne:
ohrozenie je jav
(prírodný alebo súvisiaci s ľudskou činnosťou),
ktorý ma potenciál spôsobiť škodu
samotný potenciál ešte neznamená,
že k škode aj skutočne dôjde
seizmické riziko
( seismic / earthquake risk )
seizmické riziko na danom mieste
vyjadruje pravdepodobnosť,
že
objekt bude poškodený
v dôsledku zemetrasenia,
keďže
na mieste, ktoré je seizmicky ohrozené
stojí objekt,
ktorý môže byť zemetrasením poškodený
všeobecne:
riziko je pravdepodobnosť
vzniku škody,
ak je objekt poškoditeľný nejakým javom
tomuto javu vystavený
Download

Peter Moczo - Fyzika Zeme