Nacional donosi ulomak iz knjige ‘Potresi – divovi koji se povremeno bude’ u kojem Hrvoje Tkalčić, voditelj Odsjeka za geofiziku na Australskom nacionalnom sveučilištu u Canberri, analizira uzroke i posljedice dvaju velikih potresa tijekom 2020. u Hrvatskoj

Zbog brojnih novinskih članaka nakon Potresa u Zagrebu, naučile su i ptice na granama stoljetnih lipa i hrastova da je Hrvatska dio mediteransko-transazijskoga seizmičkog pojasa. Kompleksnom interakcijom afričke i euroazijske ploče puno mikroploča i ostalih manjih tektonskih jedinica naslagalo se jedna uz drugu na području Mediterana poput dijelova prastara mozaika kojem su se izlizali rubovi od zuba vremena. Proučavanjem mnogobrojnih potresa na tom području nastojimo shvatiti evoluciju mikroploče Adrije i njezinu ulogu u seizmičnosti jadranske obale i Dinarida, južnog ogranka Alpa. Potresi dublje unutar euroazijske ploče dosta su rijetki. Doduše, bilo je u povijesti razarajućih potresa, npr. onaj iz 1667., koji je razorio Dubrovnik i usmrtio oko 5000 ljudi. Već spomenuti Veliki potres u Zagrebu iz 1880. uništio je tada puno zgrada u glavnom gradu, a Potres u Ljubljani iz 1895. pokrenuo je zbog njezina razaranja urbani razvoj toga grada. Većina svjetskih seizmologa znat će da je Pokupski potres iz 1909. poslužio Mohorovičiću za otkriće granice kore i plašta. U novije vrijeme poznati su potresi u Skopju iz 1963., Banjoj Luci iz 1969., Podgorici iz 1979. i Stonu iz 1996. godine. Međutim za većinu ljudi u ovom dijelu Europe ti potresi davno su zaboravljeni i iz sjećanja potisnuti nedavnim ratnim traumama.

I zato, kad je u ožujku 2020. prvo zatreslo u Zagrebu, a u prosincu u Pokupskom, prizvali su ljudi iz sjećanja te divove iz ranije povijesti s prostora Hrvatske i susjednih joj zemalja. S druge strane Jadranskog mora, u Italiji, podsjetili su ovi potresi stanovnike L’Aquile na tragično iskustvo iz 2009. godine. Natjeralo je to mnoge da se podsjete na P i S valove, Mohorovičićev diskontinuitet i rasjede. Na kartama koje su objavljene u medijima nerijetko su se vidjeli sustavi rasjeda, jedan od njih malo sjevernije od Zagreba i drugi jugoistočno, na području rijeke Kupe. Sustav rasjeda u Pokuplju isti je sustav rasjeda na kojem se dogodio potres iz 1909., čijom je analizom Andrija Mohorovičić stavio hrvatsku geofiziku na kartu svijeta vrlo rano u povijesti moderne geofizike.

Potresi koji prethode još jačima nisu baš česti. U prosjeku, dogodi se to jednom od dvadesetak puta. Možda zbog toga, možda i misleći da nisu valjda baš te sreće, mještani Petrinje i okolnih mjesta u Pokupskom prespavali su sljedeću noć nastojeći ne prizivati zlu sudbinu. S druge strane, neki su se prisjetili Potresa u Banjoj Luci iz 1969., na istom sustavu rasjeda koji se proteže u susjednu Bosnu i Hercegovinu. Prije glavnog potresa tada se dogodio prethodni potres ili potres blizanac. Drugima su pak 28. prosinca 2020. bili još uvijek svježi kalifornijski Potres kod Ridgecresta magnitude momenta 7,1 i njegov prethodni potres magnitude momenta 6,4. Ali, ruku na srce, niti seizmolozima niti ikome drugom nije bilo ni u peti ono što će se odvijati sljedećeg dana.

To popodne, u 12:20 po srednjoeuropskom vremenu, potres magnitude momenta 6,4 snažno je prodrmao gradić Petrinju i okolna mjesta. Osim ljudskih žrtava i velike materijalne štete na području Pokuplja, potres se osjetio i u desetak drugih europskih zemalja. Na seizmogramu s američke istočne obale koji mi je poslao kolega Vernon Cormier sa Sveučilišta u Connecticutu jasno su se vidjeli površinski valovi. No prije nego što se upustimo u diskusiju o površinskim valovima, vratimo se ponovno na fenomen povezanosti potresa. Naime, jesu li potresi kod Zagreba i Petrinje i na koji način mogli bili povezani?

Kratak, ad hoc odgovor jest: nisu povezani na način da je jedan prouzročio drugi. Dulji odgovor je da vrlo vjerojatno nisu povezani na način da je jedan prouzročio drugi, ali su posljedica istog polja napetosti ili naprezanja (odnosno tektonskog režima) u Zemljinoj kori u tom dijelu svijeta. To polje napetosti postoji u Zemljinoj litosferi, kako se zajedno nazivaju kora i krajnji gornji dio plašta, zbog tektonskih sila. Naime, afrička se ploča podvlači pod euroazijsku na području Mediterana, i to brzinom od oko 2 centimetra godišnje. Osim tih dviju glavnih ploča, u neposrednom susjedstvu Hrvatske postoji još niz manjih ploča, tzv. mikroploča. One su kao mozaik koji čini litosferu Zemlje; namjerno se ne koristimo riječju slagalica jer su pri slagalici svi dijelovi „zaključani”, dok pri mozaiku jedan komadić može svojom stranicom slobodno kliziti duž stranice drugoga. Zamislite da ste mozaik stavili na ravnu površinu i da ga malo pogurate prstom s jedne strane, što je ekvivalent promjene u konfiguraciji tektonskih sila. Svi dijelovi mozaika osjetili bi silu, neki više, neki manje, neki prije, neki nešto poslije. Slično je i sa Zemljinom litosferom, ako je možete zamisliti kao ogroman sferni mozaik ispod kojeg pri visokim temperaturama vriju stijene plašta Zemlje. Ta neprestana interakcija među tektonskim pločama izaziva skupljanje napetosti na jednom mjestu i oslobađanje te napetosti potresom.

Potresi koji prethode još jačima nisu česti. U prosjeku, jednom od dvadesetak puta. Možda su zbog toga, mještani Petrinje i okolnih mjesta u Pokupskom mirno prespavali noć na 28. prosinca 2020. godine

Kako smo prethodno spomenuli, osim reversnih i normalnih rasjeda, postoje i rasjedi s tzv. pomakom po pružanju, pri kojima se dva bloka stijena gibaju vodoravno, tj. u njih se rasjedna krila pomiču vodoravno jedno uz drugo. Osim rasjeda San Andreas u Kaliforniji, dobar je primjer i Anatolijski rasjed u Turskoj, oba su odgovorna za razorne potrese. Iz seizmoloških i geodetskih analiza, Petrinjski potres – po tome kako se energija oslobodila i kako su se seizmički valovi manifestirali na seizmogramima te po tome kako se deformirala površina Zemlje – bio je upravo ovoga tipa.

Bitno je naglasiti da su rasjedni sustavi kod Medvednice i pokupsko epicentralno područje dva različita i odvojena sustava rasjeda. Drugim riječima, Potres kod Zagreba nije bio okidač za Potres kod Petrinje. Međutim, problem u kojem je jedan potres svojevrsni okidač za drugi potres vrlo je aktualan i postoji niz radova u svjetskoj literaturi koji se njime bave. Tako je, npr., grupa kolega sa Sveučilišta Oregon State prije nekoliko godina pokazala da potresi magnitude 6,5 i jači od toga mogu biti okidač za potrese magnitude 5,0 i jače od toga u razdoblju od tri dana nakon prvog potresa. Zanimljivo je da su oni objavili rezultate istraživanja za parove antipodalnih potresa, potresa na dijametralno suprotnoj strani Zemlje. Ako vas interesira, antipod Zagrebu nešto je istočnije od Novog Zelanda. Od toga su nešto manje kontroverzne studije prolaska seizmičkih valova većih potresa, koji mogu igrati važnu ulogu „okidača” za manje potrese u istoj regiji. Međutim, s obzirom na to da se u Hrvatskoj, srećom, ipak ne može govoriti o sličnoj učestalosti potresa kao, npr., u Kaliforniji, Japanu ili na Novom Zelandu, tako nešto ne bi trebalo posebno zabrinjavati njezine građane.

PROSTORNI VALOVI U EPICENTRU

Zbog velike razlike u magnitudi između Potresa kod Petrinje i onoga kod Zagreba, prolazak valova prouzročio je znatno drukčiji osjet, što su potvrdili i prvi rezultati obrade seizmoloških i geodetskih podataka. Zbog komentara očevidaca, koji su bili zbilja izvrsni, lako je sada napisati nešto i o destruktivnim valovima na površini Zemlje – površinskim valovima. No prije toga vratimo se na prostorne valove i zadržimo se prvo na potresu iz ožujka.

Pri P valovima, koji su kroz Zemljinu unutrašnjost najbrži, čestice tla gibaju se u smjeru širenja vala, zato ih osjetimo ili kao udar ili kao naglo propadanje, viših su frekvencija, djeluju poput vibracija i često ih prati zvuk na užemu epicentralnom području, naročito ako je potres plitak. S valovi su sporiji od P valova, jačih su odmaka i smjer gibanja tla okomit je na smjer širenja vala. Zato se na površini Zemlje najčešće osjete kao ljuljanje u horizontalnoj ravnini. Pri potresu iz ožujka jasno su se osjetili i P i S valovi u blizini epicentra, na širem području grada Zagreba.

Štefica iz Markuševca rekla je u anketi koju sam proveo na svojem Zidu na Facebooku da su ožujskom potresu prethodili „grozan zvuk, udarac i jaka trešnja”, što se može protumačiti gotovo istovremenim dolaskom P i S valova u samom epicentru. Mateja, 2 kilometra od epicentra, opisala je osjet potresa „oštrim trzajima, kao da te netko energično mućka”. Nešto dalje, u Dubravi, Morana je opisala: „Čula se tutnjava i odmah jak udar, bacalo me je na sve strane dok sam trčala u dječju sobu”, a Andrea je rekla da je „trešnja bila agresivna uz trzaje i zvuk”. Marta iz Gajnica, oko 13 kilometara od epicentra, rekla je da se zgrada tresla visokom frekvencijom u smjeru istok-zapad i zvuk je usporedila s pneumatskim čekićem, bez osjećaja prvog udara ili eksplozije. Dakle, kako se udaljujemo od epicentra, P valovi postupno slabe i nadjačavaju ih S valovi, a zvuk se također postupno gubi.

Pri potresu u ožujku jedno se rasjedno krilo pomaknulo prema gore u odnosu na drugo, tako da je na području Zagreba kombinacija P valova i vertikalno polariziranih S valova bila naročito jaka. Kristijan je napisao da je osjećaj potresa bio „pneumatički, kao da je netko zabijao zgradu u zemlju i dizao je gore”, a Iva je događaj opisala ovako: „Potres je vrlo brzo i žestoko tresao lijevo-desno, kao da sjediš na vešmašini kada je centrifuga.” Petra, koja je od epicentra bila udaljena osam kilometara, kazala je: „Prvo smo čuli zvuk, dubok tutanj, zatim jake, silovite udare, valovite gore-dolje.” Mateja je osjećaj usporedila s agresivnom trešnjom košare, Božidar s agresivnom centrifugom, a Tatjana iz podsljemenske zone snažnim vertikalnim udarima, kao da „kuća poskakuje gore-dolje”. Puno ih je opisalo gibanje kao agresivnu trešnju gore-dolje i lijevo-desno, drhtanje, drndanje, dok su neki preciznije opisali i smjer. Svi ti opisi karakteristični su za plitki potres na reversnom rasjedu koji prati snažan osjet P i S valova. Oni koji su se javili iz daljih mjesta, npr. Rijeke, Splita, Lastova, Čakovca, Vinkovaca, nisu opisali P valove, već uglavnom osjet duljine, što je znak da su osjetili samo S valove i da su P valove na tim udaljenostima većinom mogli zabilježiti samo osjetljivi seizmografi.

No sada dolazimo na ono glavno. U žarištu plitkih potresa osim prostornih valova oslobodi se dobar dio energije u obliku površinskih valova. Za razliku od prostornih valova koji se šire kroz Zemljinu unutrašnjost, površinski valovi putuju njezinom površinom. Zamislite si animaciju koja pokazuje usporedbu seizmičkih valova na površini čvrste Zemlje i valova na površini vode. Ona se sastoji od dvaju presjeka Zemlje s mnogobrojnim točkicama koje predstavljaju medij kroz koji se šire valovi. Kad se valovi počnu širiti kroz ove dvije vrste medija, možemo si prema načinu na koji se gibaju točkice predočiti što se zbiva s vodom ili čvrstom Zemljom. Zagledajmo se u mislima u točkicu u sredini. Za valove na vodi gibanje čestice je kružno i progradno (oscilira u smjeru gibanja vala u smjeru kazaljke na satu, kao kuglica koju ste bilijarskim štapom udarili na vrhu), dok je za seizmičke površinske valove ono eliptično i retrogradno (čestica oscilira u smjeru gibanja vala kao bilijarska kuglica koju ste udarcem zarotirali prema dolje, suprotno od kazaljke na satu).

Pogledajmo sada razliku između dviju glavnih vrsta površinskih valova: Rayleighjevih i Loveovih. Kao što si možete zamisliti, oni su dobili imena prema znanstvenicima koji su ih prvi put opisali, lordu Rayleighu 1885. i Augustusu Loveu 1911. godine. Da se možete zagledati u komadić volumena Zemlje prilikom prolaska Rayleighjevih i Loveovih valova, mogli biste vidjeti da se pri Rayleighjevim valovima čestice tla gibaju u vertikalnim eliptičnim putanjama, a pri Loveovim valovima one se gibaju u kružnim horizontalnim putanjama. Kad se ove dvije vrste valova kombiniraju, možete si isto tako zamisliti kompleksna kružna i eliptična gibanja u svim ravninama. Matematički je to tako od ranih radova u kojima su Rayleigh i Love opisali gibanje na površini u slojevitom mediju. I zaista, prvi seizmološki instrumenti početkom dvadesetog stoljeća postavljeni u Europi potvrdili su teorijske radove Rayleighja i Lovea, kada su se nakon velikih potresa, osim prostornih valova, na seizmogramima pojavile i velike amplitude površinskih valova.

‘Potres je započeo laganim ljuljanjem koje se pretvorilo u užasno ljuljanje cijele kuće, kao da smo čamac koji ljuljaju jaki valovi’, opisivali su pojedini Zagrepčani doživljaj petrinjskog potresa

Kad prostorni valovi krenu iz žarišta potresa kroz unutrašnjost, energija se raspršuje, tj. slabi, po površini sfere, koja je proporcionalna kvadratu radijusa sfere. Pri površinskim valovima energija se raspršuje po opsegu kruga, koji je proporcionalan njegovu radijusu. Pojednostavnjeno, ako izmjerimo energiju prostornih valova prvo na 5 a onda na 10 kilometara daleko od epicentra (dakle, na dvostruko većoj udaljenosti), ona će se na 10 kilometara smanjiti četiri puta u odnosu na 5 kilometara, dok će se pri površinskim valovima ona smanjiti samo dva puta. Zbog toga površinski valovi postaju dominantni na nekoj udaljenosti od epicentra. Osim ovoga geometrijskog efekta, prostorni valovi koji imaju više frekvencije (kraće periode) zbog svojstva stijena kroz koje prolaze gube energiju atenuacijom puno učinkovitije od površinskih valova nižih frekvencija (dužih perioda). Zbog toga na većim udaljenostima od epicentra izgleda kao da viših frekvencija gotovo i nema. Na većim udaljenostima zato često izostaje osjet P valova i preživljavaju samo dugoperiodički S i površinski valovi, a postupno i S valovi oslabe i ostaju samo površinski valovi. Pri velikim potresima amplitude površinskih valova toliko su velike da oni proputuju oko Zemlje i nekoliko puta prije nego što im se sva energija posve izgubi. Što se tiče brzine širenja površinskih valova, ona je oko 90 % brzine S valova, zato se na nekoj lokaciji može očekivati sljedeći redoslijed nadolazaka valova: P val, S val, površinski valovi.

PLITAK POTRES KOD PETRINJE

Dubina Petrinjskog potresa od 10 kilometara, na koliko se procjenjuje dubina žarišne točke, tj. početka pucanja, znači da je taj potres bio relativno plitak, a moguće je da se pucanje rasjeda nastavilo prema površini i da se rasjedna linija pucanja vidi na površini iako je za to potvrda s terena stizala sporo. Magnituda ovog potresa bila je za jedan red veličine veća od potresa iz ožujka, pa su i površinski valovi koji su se generirali bili jači. U skladu s opisima gibanja pri površinskim valovima, moglo se zato očekivati da će većina komentara iz moje ankete potvrditi jedno drukčije, čak neobično ili „čudno” iskustvo pri ovom potresu u odnosu na potres iz ožujka. Zato ću podijeliti opise Petrinjskog potresa na dva dijela. U prvom su dijelu oni koji opisuju različitost gibanja koja potvrđuju osjet površinskih valova. U drugom su dijelu oni koji opisuju redoslijed nadolazaka raznih vrsta valova.

Što se tiče različitosti gibanja, mnogi su opisali osjet kao da su doživjeli valove na vodi. Zrinka s Jaruna rekla je: „Sjećam se, u cijeloj toj trešnji se u jednom trenutku negdje u sredini zaljuljalo onako kao da je ispod nogu prošao neki val kao kad si na brodu”, a Ivana iz Čučerja dala je sličan opis: „Baš kao da smo na čamcu, lijevo-desno.” Anita iz Gornjeg Vrapča napisala je: „Doslovno smo stajali kao da surfamo na dasci”, Tomislav je rekao: „Proljetni potres bio je, karikirano, kao da brodom režeš valove, dok je ovaj od 29. 12. bio kao da ploviš uz valove”, a Alex: „Kao na brodu kad valjaju valovi zbog jakog juga.” I za Mirelu iz Zagreba osjet se sastojao od „dugotrajnih valova i ljuljanja, kao u barci na moru”. Željka je napisala: „Trešnja je išla ukrug”, a Renata: „Vrtilo je ukrug, nije ljuljalo naprijed-nazad.” Lovro iz Zagreba kazao je: „Jučerašnji je duže trajao i kao da je bio miks raznih frekvencija u različitim smjerovima.” Za Marijana iz Bihaća osjet je bio kao da se terencem vozite po neravnome šumskom putu, za Ivu osjet se sastojao od različitih kretnji, prvo ljuljanja na stranu, a onda kružno pri kraju. Andreja iz centra Zagreba napisala je: „Štok je plesao pred mojim očima, gornji dio prema sjeveru, donji prema jugu”, a Tomislav je rekao: “Činilo mi se kao da se ploče savijaju pod nogama, kao valovi.”

Što se tiče redoslijeda dolaska seizmičkih valova, primjerice Štefica iz Markuševca napisala je: „Potres je započeo laganim ljuljanjem koje se pretvorilo u užasno ljuljanje cijele kuće, kao da smo čamac koji ljuljaju jaki valovi.” Iz prijašnjeg opisa gibanja sada možemo protumačiti lagano ljuljanje iz njezina opisa kao S valove, a snažno ljuljanje na vodi kao površinske valove. Zrinka s četvrtog kata u Zagrebu rekla je: „Nije bilo nikakvog zvuka i bilo je ljuljanje, i to s dosta velikim otklonom.” Primijetite izostanak opisa P valova. Mateja je napisala: „U prvom dijelu potresa kao da je bila drukčija trešnja nego u drugom – ne mogu točno objasniti kako.” Nešto dalje Milica iz Splita kazala je: „Dugo je trajalo i nije bilo najave da dolaze, samo ljuljanje.” Ivona iz Zagorja dala je jedan od najboljih opisa redoslijeda nadolazaka valova: „Najprije se čuo jaki udar… krenuo je jedan lagani val ljuljanja, zatim jako kratka stanka i nakon toga ponovno ljuljanje koje je, po mojoj procjeni, trajalo oko 30 sekundi.” Iz opisa gibanja valova ovdje bismo jaki udar mogli opisati kao P valove, lagani val ljuljanja kao S valove i nakon kratke stanke ponovno ljuljanje kao površinske valove. To potvrđuje i Zrinkin opis: „…počelo ljuljanje plus trešnja, koje se pojačavalo, i sve čekaš kad će stati, a ono još jače zatreslo.”