Potresi su tema koja u javnosti nekako postane aktualna samo onda kad se dogode, nakon što postanu praktično zaboravljeni u dugim periodima seizmičke neaktivnosti. U posljednje smo vrijeme svjedoci nekih intenzivnih epizoda potresa u regiji, počevši primjerice od razornih M=6+ potresa u Italiji iz 2016. preko također M=6+ u Albaniji 2019., zagrebačkog M=5.5 iz 2020., koji je uključivao dugotrajnu seriju podrhtavanja nakon glavnog udara pa do konačno tursko/grčkog potresa od čak M=7.0 iz listopada 2020. Danas je u blizini Zadra zabilježen potres od M=4.7 što je za ovo područje dosta neuobičajeno i trebalo bi tražiti daleko u povijest po arhivama kad je zadnji put zabilježen tako jak potres na području sjeverne Dalmacije.
I premda su potresi dosta aktualna tema u zadnje vrijeme, možda primjećujete da ih na MeteoAdriaticu ne pratimo kao što to rade ostali meteorološki portali u regiji. Iako potresi nemaju pretjerane veze s meteorologijom, mi imamo znanstvenu sekciju na portalu ali u njoj je također prisutna samo tišina po pitanju praćenja navedenih potresa i tematike općenito. Razlog tome je, iskreno, što autor ne vidi nekog smisla ponavljati na MeteoAdriaticu sve ono isto što se nalazi na praktično svim drugim srodnim portalima ali također i u općim elektroničkim medijima koji svi odreda pišu iste stvari nakon što se dogodi potres. No, budući da je znanstvena sekcija portala otvorena prema svim granama znanosti a u prvom redu geofizičkim, vrijeme je da se osvrnemo i na ovu tematiku, ali onda ipak na potpuno drugačiji način od ostalih medija. Na MeteoAdriaticu uvijek ćete pronaći najbolje, pa tako i u ovom slučaju. Ovdje ćemo iznijeti informacije o najnovijim znanstvenim dostignućima vezanima za izučavanje i predviđanje potresa, koje nećete pronaći nigdje drugo na hrvatskom jeziku.
Posebno ću se pritom osvrnuti na povezanost tektonske aktivnosti s anomalijama u atmosferi koje se odnose na meteorološke elemente, budući da je taj aspekt čitateljima ovog portala vjerojatno i najzanimljviji. U nekom od idućih tekstova možda ću pisati i o drugim efektima koji nisu tako usko povezani s meteorologijoma ali imaju učinke na ionosferu i primjerice satelitske komunikacije, GPS sustav itd.
Naime, kako je tematika doktorske disertacija autora portala dosta usko vezana za ovu tematiku, premda ne izravno, koristi ovu priliku da vas uvede u osnovne spoznaje moderne znanosti koja se bavi izučavanjem potresa i posebno efekata istih na atmosferu i ionosferu (zašto je to bitno, vidjet ćete kasnije u tekstu).
Za početak malo osnovnih pojmova. Pretpostavljam da većina vas zna kako otprilike nastaju potresi. Ukratko i pojednostavljeno, Zemlja ima vanjsku čvrstu ovojnicu koju zovemo litosfera, no ona nije homogena, tj. ne sastoji se od jednog dijela već većeg broja odvojenih tzv. tektonskih ploča. U unutrašnjosti planeta, ispod litosfere, nalazi se tekuća masa koja je usput prema središtu prilično vruća. Toplinska energija u utrobi planete ima više izvora:
- Toplinska energija koja se još nije “potrošila” od vremena formiranja planeta
- Zagrijavanje trenjem pomične materije u unutrašnjosti
- Zagrijavanje raspadom radioaktivnih kemijskih elemenata
S obzirom na to da je jezgra planeta vruća (red veličine 5000°C), uslijed sila uzgona dolazi do konvekcije užarene mase prema hladnijoj površini planeta. [Mala digresija – kad bi se mogli spustiti u jezgru kopanjem tako dubokog tunela u tlu, tamo dolje bi umjesto možda očekivanog mraka vidjeli iznimno jaku bijelu svjetlost svuda oko nas, koja dolazi od elektromagnetskog zračenja materije zagrijane na tako visoku temperaturu]. Nakon što užarena masa konvekcijom pogura tektonsku ploču koja pluta na njoj, dolazi do stvaranja napetosti na granici dodira dvije susjedne ploče. One u pravilu stoje nepomično jedna u odnosu na drugu uslijed međusobnog trenja, ali nakon što sile smicanja između dvije ploče nadvladaju spomenute sile trenja, dolazi do kratkog ali intenzivnog pomaka jedne ploče u odnosu na drugu. Taj pomak se manifestira kao potres. Iz ovog je očito da će se potresi najčešće događati u područjima gdje se dvije tektonske ploče međusobno dodiruju; pa tako postoje regije u svijetu gdje su potresi česti i gdje su rijetki ili ih uopće nema. U Hrvatskoj su sezmički najaktivnija šira područja Dubrovnika, Rijeke i Zagreba.
To su nadaleko poznate činjenice. Međutim u javnosti često prevladava mišljenje da se o potresima zna vrlo malo ili ništa, posebno kad je u pitanju mogućnost predviđanja istih. Ono što se manje percipira, je da taj dio zapravo i nije u potpunosti točan. Nastojat ću se osvrnuti ovdje na neke aspekte interakcije seizmičkih procesa s atmosferom i ionosferom, budući da se mnogi od efekata potresa zapravo mogu zamijetiti i mjeriti “tu gore”, a velik broj njih se pojavljuje i prije samog potresa pa ih možemo smatrati indikatorima mogućeg nastanka (tzv. prekursorima). I premda u ovom trenutku doista vrijedi da je apsolutno točno predviđanje lokacije, snage i vremena potresa nemoguće, znanost vrlo aktivno radi na poboljšavaju modela koji koriste spomenute prekursore i mogućnost upotrebe istih za ako ništa drugo onda barem ocjenu povećane vjerojatnosti skorog nastanka potresa u određenoj regiji. S napretkom istraživanja na tom području jednog dana će i predviđanje vrlo vjerojatno biti moguće s dosta boljom točnošću te će biti moguće upozoriti na dolazak razornog potresa, moguće i danima unaprijed.
Dobro znanstveno štivo koje sistematizira opće prekursore potresa je rad autora Cicerone, Ebel & Britton (2009), “A systematic compilation of earthquake precursors“, pa krenimo odatle. U ovom radu, autori su definirali glavne kriterije koje pojedini prekursor mora zadovoljavati za uvrštavanje u analizu. Prvi uvjet je postojanje vjerodostojnih znanstvenih dokaza za pojavu određene anomalije prije barem nekih od zabilježenih potresa, što u prvom redu zavisi najčešće o raspoloživim instrumentalnim mjerenjima u trenutku pojave anomalije u zoni potresa. Drugi uvjet je da postoji prihvaćen znanstveni model koji je u stanju objasniti pojavu takvog prekursora.
S obzirom na postavljene kriterije, analizirani prekursori u radu su:
- Anomalije u električnom i/ili magnetskom polju (ULF, VLF, ELF, RF polja). U primjeru se navodi izražena anomalija u ULF (ultra-low frequency) polju satima prije glavnog udara M=7.1, Loma Prieta (California), 1989. kao i slabije promjene u polju 2 tjedna prije potresa.
- Emisije različitih plinova iz tla prije potresa. Najistraživaniji plin koji se pojavljuje nad tlom prije potresa je svakako radon ali su zabilježene anomaije i drugih plinova (npr. metan, helij, vodik, ugljični dioksid,…).
- Anomalije razine podzemnih voda su također vrlo često spominjan prekursor koji se ponekad može zamijetiti prije potresa
- Anomalija temperature površine tla koja se u ovom radu pripisuje također promjeni gibanja podzemnih voda
- Površinske deformacije, promjene u visini tla mjereno iz satelita koje prethode potresima
- Akustična mjerenja seizmo-instrumentima mogu pokazati signale niskih frekvencija prije samog potresa
Autori navode kako se većina zabilježenih anomalija javlja u krugu od nekoliko stotina kilometara oko epicentra potresa i radijus pojave anomalija je tim veći što je jačina potresa koji će uslijediti veća. Na vremenskoj skali, većina anomalija bilježi se unutar jednog mjeseca pred potres, a učestalost pojave raste s približavanjem trenutka potresa. Također smatraju kako kombinacija elektromagnetskih anomalija i pred-podhrtavanja tla predstavlja prekursore potresa u kritičnoj fazi koja traje par sati prije glavnog udara.
Osim općih prekursora sistematiziranih po kategorijama u prethodno navedenom radu, postoji i niz specijalnih prekursora koji su nešto lošije istraženi ali također predstavljaju područje znanstvenog interesa. Jedno od njih je svakako interakcija litosfere s atmosferom i ionosferom koja se opisuje takozvanim LAIC modelima (Lithosphere–Atmosphere–Ionosphere Coupling). Glavno ime u ovoj sferi interesa je svakako Sergey Alexander Pulinets koji je objavio izniman broj radova na temu ove sprege. Prekursori potresa koji se pojavljuju u atmosferi su vjerojatno zanimljiviji dio izučavanja tematike seizmike posjetiteljima MeteoAdriatic portala pa ćemo se time i pozabaviti ovdje nešto detaljnije.
Najcitiraniji Pulinetsov rad je njegova knjiga “Ionospheric precursors of earthquakes” u koautorstvu s Boyarchuk, K. (2004). Ipak, osvrnimo se najprije na njegov rad pod naslovom “Lithosphere–Atmosphere–Ionosphere Coupling (LAIC) model – An unified concept for earthquake precursors validation“, Pulinets, S. & Ouzounov, D. (2011). Rad predstavlja koncept multidisciplinarnog pristupa objašnjavanju prekursora koji se pojavljuju u atmosferi prije samih potresa. Pulinets smatra primjerice, da je uloga radona u ionizaciji gornjih slojeva atmosfere slična utjecaju kozmičkih zraka; inoizacija molekula zraka i formacija kondenacijskih jezgara pri čemu dolazi do ukapljivanja vodene pare na istima i uz pojavu “predpotresne naoblake”, oslobađanja latentne topline. Taj proces objašnjava zabilježene temperaturne anomalije u atmosferi prije nekih od potresa. Također, promjene u količini slobodnih iona mijenjaju svojstva ionosfere nad seizmički aktivnim područjem. Sve te interakcije između tla i tektonskih ploča, površine, te procesa u atmosferi i ionosferi opisuje se tzv. LAIC modelom.
Pulinets u radu (2011) pojašnjava kako je radon s jedne strane dokazano “sudionik” preparacije potresa ali da postoje i statističke analize koje pokazuju da se radon ne može koristiti kao pouzdan prekursor potresa. Ipak Pulinets naginje na stranu radona kao donekle prihvatljivog prekursora kojim se mogu objasniti i druge anomalije poput pojačane ionizacije i temperaturnih anomalija u atmosferi u seizmički aktivnom području, a povezanih s preparacijom potresa. Ionizacija unutar PBL-a kao posljedica pojačane emisije radona iz tla posljedično dovodi do anomalije električne vodljivosti zraka a to uzrokuje promjene u električnom potencijalu između tla i ionosfere. Pritom dodatno na to, termička konvekcija zračnog stupca u atmosferi također modificira električno polje.
Emisija radona iz tla dovodi do promjene temperature i vlažnosti, najprije uz tlo, a kasnije prema višim slojevima atmosfere. Porast temperature u pravilu dovodi i do pada u relativnoj vlažnosti zraka nad područjem seizmičke aktivnosti. Na sljedećoj slici je prikazan primjer pozitivne temperaturne anomalije tla par dana pred M=6.8 potres u Boumerdes (Alžir) iz 2003. Trenutak potresa prikazuje crna strelica.
Kontroverzna pojava su “(pret)potresni oblaci” linearne strukture, koja se ponekad da uočiti iznad aktivnih tektonskih zona a koji na neki način ocrtavaju oblik tektonskih struktura (vidi npr. Morozova, L.I., (2005). Satellite Monitoring of Earthquakes. Vladivostok, Dalnauka. 136 p.). Primjeri za takve oblake su vidljivi na sljedećim slikama:
Precursors on Sakhalin
Neočekivana pojava ovakvih neobičnih oblaka prije potresa (primjerice na gornjoj slici desno (b) riječ je o periodu 1 dan prije M=7 potresa u Hokaidu, 28.11.2004.; lijevo (a) je Sakhalin M=6.4, 2.8.2007.) se pokušava objasniti raznim teorijama od kojih najvjerodostojnija djeluje ona koja tvrdi da je riječ o posljedici ionizacije zraka radonom iz tla i zatim prijenosa iona u više slojeve atmosfere gdje oni formiraju višak kondenzacijskih jezgri.
Dugovalno zračenje atmosfere koje je mjerljivo AQUA i AVHRR satelitima smatra se jednim od najpouzdanijih prekursora potresa. Na sljedećoj slici je prikazana anomalija istoga koja je prethodila M=6.6 potresu u Iranu, 26.12.2003. Trenutak potresa prikazan je crvenom strelicom.
Anomalije u ponašanju mlazne struje povezane sa tektonskom aktivnošću koja prethodi potresima, također su analizirane. Opisane temperaturne anomalije stvaraju temperaturni gradijent a on dovodi do pojave gradijenta tlaka u atmosferi (dobro poznat mehanizam u meteorologiji). Posljedično tome pojavljuje se mlazna struja na visini koja je u pravilu usmjerena prema lokaciji maksimuma anomalije spomenutog odlaznog dugovalnog zračenja (OLR) i tu striktno i naglo završava, te tijekom više sati ostaje nepomična u prostoru. To znači da zrak koji se velikom brzinom kreće horizontalno u području mlazne struje, na svome kraju naglo ponire i stoga i kreira temperaturnu anomaliju (ovaj zadnji dio rečenice je moj zaključak, to ne piše u literaturi). Cijela ova priča oko anomalne pojave mlazne struje u zoni temperaturnih anomalija atmosfere nad zonom tektonske aktivnosti je “cutting-edge” znanost, vrlo slabo dokumentirano i neistraženo područje (želi li tko uzeti za doktorsku disertaciju?).
Pulinets konačno donosi shematski prikaz LAIC modela kao na sljedećoj slici:
U ovom tekstu sam nastojao dati kratki pregled modernih znanstvenih dostignuća na polju istraživanja povezanosti potresa sa atmosferskim anomalijama koje se javljaju prije samog potresa i kao takve potencijalno mogu služiti za predviđanje nastanka istih zajedno s drugim neatmosferskim prekursorima koji su zaista brojni i također bolje istraženi od atmosferskih. Izostavio sam pritom jednu grupu prekursora u samoj ionosferi (anomalije ukupnog sadržaja elektrona) i utjecaj istih na zemaljske HF i satelitske radio komunikacije, pozicijske sustave poput GPS-a, itd, te mogućem praćenju anomalija (i opet, prekursora potresa) pomoću GPS sustava, jer o tome planiram pisati u zasebnoj objavi.
Koliko sve ovo skupa može pridonjeti uspješnijem predviđanju potresa? Kao što smo vidjeli, moguće je izdvojiti ogroman niz pojava koje se događaju prije samih potresa, satima, danima, ponekad i mjesecima ranije, dok traje tektonska priprema u tlu za sam potres. Međutim unatoč tome što su nam prekursori poznati, može se reći da je lako biti “general nakon bitke” pa kad imamo poznatu lokaciju i vrijeme potresa onda naknadno traženje prekursora obično nije osobit problem. Ono što je dosta teže to je prepoznati prekursore prije nego se dogodi potres. I premda ima mnogo neriješenih nepoznanica i prepreka točnom predviđaju potresa, moj je stav da će to biti moguće, posebice uz razvoj AI modela u budućnosti. Za kraj da se osvrnem na anegdotu iz Italije vezanu uz to.
Pred potres koji se dogodio 6. travnja 2009. (regija Abruzzo, Italija), M=6.3, čovjek imena Giampaolo Giuliani je uspješno predvidio potres i htio upozoriti javnost ali vlasti nisu imale razumijevanja smatrajući ga šarlatanom. Njegov hobi je bio praćenje radona instrumentima koje je sam izradio. 27. ožujka 2009. Giuliani je upozorio gradonačelnika grada L’Aquila da će unutar 24 sata doći do potresa, što se je i dogodilo (M~2.3). 29. ožujka je dao prognozu novog potresa, tako što je telefonom zvao gradonačelnika grada Sulmona da mogu očekivati razoran potres u roku od 6 do 24 sata. Gradonačelnik je digao uzbunu u gradu, naredio evakuaciju i nastala je opća panika. Međutim, potres se nije dogodio i krenule su optužbe protiv Giuliana za izazivanje panike te mu je zabranjeno da daje buduća predviđanja potresa u javnosti.
Izvori zatim tvrde da je Giuliano uspješno predvidio i razoran potres u L’Aquila 6. travnja, praćenjem značajnog povećanja koncetracije radona u području. Međutim, uslijed prethodne situacije sa panikom u Sulmoni od par dana ranije, nije mu bilo omogućeno da upozori javnost L’Aquile. U potresu koji je uslijedio, 60.000 objekata je uništeno ili znatno oštećeno, uz toliko ljudi koji su ostali beskućnici, a više od 300 osoba je izgubilo život. Anegdota je preuzeta s Wikipedije, na linku i s obzirom na navedene reference u ovoj objavi iznad (posebno one koje se odnose na radon, npr. za Kobe (Japan, 1995)), smatram da nema pretjeranih razloga sumnjati u istinitost anegdote.
