Koristan spisak web kamera koje 24/7 snimaju najvažnije vulkane worldwide. Kamere su postavljene od strane raznih instituta, univerziteta, turističkih zajednica, čak ima i privatnih

Sjajan način da live pratite erupciju vulkana kada slijedeći put do nje dođe.

Etna. Foto kredit: http://www.ct.ingv.it

Ovaj fenomen je povezan sa ENSO (El Niño Southern Oscillation) globalnom sezonskom  cirkulacijom pritiska zraka u Pacifičkom oceanu, koja se odražava na Pacifički ocean, što sa sobom uzrokuje brojne prirodno-klimatske fenomene.  ENSO u normalnom “režimu” funkcioniranja se manifestira puhanjem pasata sa istočne strane Pacifika na zapadnu (ka Australiji), što uzrokuje pomicanje gornjeg, toplog  sloja površine oceana ka Australiji. Ovo uslovljava uzdizanje hladne vode iz dubine oceana duž obala Perua (bitno za živi svijet jer hladna voda donosi u površinske oceanske slojeve plankton kojim se hrani riba) i formiranje zone visokog pritiska u tim predjelima, dok se na zapadnoj strani formiraju polja niskog pritiska  i obilne padavine, bitne također za sezonske poljoprivredne kulture tog podneblja. Visina oceana u tom periodu je veća za nekih pola metra na zapadnoj strani Pacifičkog oceana.

Normalno funkcioniranje  ENSO-a. Foto kredit: http://www.pmel.noaa.gov

El Niño predstavlja klimatsku anomaliju kada dolazi do slabljenja pasata i nedovoljnog pomicanja toplog površinskog vodenog sloja ka Australiji. Tada se polja niskog pritiska formiraju u centralnim dijelovima Pacifika gdje su obilne padavine (kao i u Latinskoj Americi), dok zapadni krajevi Pacifika ostaju suhi. Također, vode Perua ne dobivaju potrebnu hladnu, planktonom obogaćenu vodu iz dubina.

El Niño. Foto kredit: http://www.pmel.noaa.gov

La Niña je, da kažemo, prenaglašen ENSO, tj. pasati su toliko jaki da guraju preveliku količinu tople vode ka Australiji što tamo uzrokuje poplave (kakve danas vidimo na vijestima), tajfune i oluje, dok u Latinskoj Americi vladaju suše. Ovaj fenomen se ponavlja svakih 3 do 7 godina i klimatske promjene dovode do intenziviranja kako el Niño, tako i la Niña.

La Niña. Foto kredit: http://www.pmel.noaa.gov

Na gornjoj slici vidimo razvitak tzv. asimetričnih budina, odnosno domino budina (Passchier et al, 2003). I ova  fotografija je sa područja metamorfita Kopaonika, tj metakarbonata.

Na slici dole vidimo objašnjenje mehanizma (prema Passchieru) na koji način nastaju ove, kao i slične strukture. Ove strukture su zgodne i za odredbu smjera smicanja. Naime, u ovom slučaju,  smicanje je desno (ka desnom dijelu fotografije).

Naravno, analogija sa rušenjem domina ili knjiga na polici je i više nego očigledna.

Na kraju da napomenem da ovi domino budeni mogu pokazivati i razvitak tzv Flanking folds struktura u unutrašnjosti samih budena, što može poslužiti kao još jedan kriterij za odredbu smijera generalnog smicanja.

Prelistavajući fotografije sa raznih terena naišao sam na par vrlo fotogeničnih izdanaka sa lijepim primjercima budinaža.

Na ovoj fotografiji vidimo budine u Kopaoničkom  metamorfnom bazamentu. Glavna folijacija je orijentirana je od gornjeg-lijevog do donjeg-desnog dijela fotografije. Obratiti pažnju na razliku u kompetentnosti (viskoznosti) materijala. Vidimo da sa jedne strane imamo relativno brittle reakciju kompetentnog materijala i klasično razviće budina (kompletno razviće), a sa druge strane imamo plastično tečenje manje kompetentnog materijala. Tako da možemo vidjeti dole-desno od novčića razvoj nabora između budina (tzv. neck folds), što je vrlo karakteristična struktura kada postoji prilična razlika u relativnoj kompetentnosti. Također, obrati pažnju i na pucanje (brittle deformacije) unutar samih budina, što najbolje oslikava reološke karakteristike.

Elipsoid deformacija

Ako zamislimo jedno tijelo oblika kruga, nakon djelovanja stresa na njega, taj krug ce postati elipsa. Za sada cemo se zadržati u dvije dimenzije, zbog jednostavnosti geometrija. Ta elipsa predstavlja elipsu deformacija ili stain ellipse u anglosakskonskoj terminologiji. Logično, duža osa elipse predstavlja osu najveće deformacije, odnosno straina, dok ona kraca predstavlja osu minimalnog straina.

Situacija je analogna i u tri dimenzije.

Razlikujemo dva osnovna tipa straina (odnosno deformacije): koasijalni i nekoaksijalni. Kod koaksijalnog orijentaicije glavnih osa elipsoda deformacija ne rotiraju kako deformacija napreduje, dok kod nekoaksijalog straina, one rotiraju. I kod jednog i drugog oblika deformacije, finalni pordukt deromacije je TOTAL FINTE STRAIN ELIPSOID.

Elipsoid deformacije sa njegovim glavnim osama

Taj elipsoid deformacije možemo podijeliti na zone koje se pretrpjele maksimalnu ekstenziju ili one sa maksimalnom kompresijom – Ramsay (1967). Slučaj se razlikuje kod koaksijalne, tj nekoaksijalne deformacije. Uglavnom, postoje četiri zone – 3, 2, 1b, 1a. svaka od zona ima različitu deformacionu istoriju.

Na fotografiji vidimo metakarbonate Kopaoničkog metamorfnog kompleksa i  venu koja je nabrana. Na jednom krilu vidimo razvitak budinaža (lijevo krilo). Regionalna folijacija (koja se možda može vidjeti

na desnom dijelu fotografije) je subvertikalna.

Kako bi, shodno ovome, orijenisali elipsoid deformacije?
Kako bi orijentisali glavne ose stresa?
Kako bi odredili zone elipsoida deformacija odredjenih struktura ovog nabora, prema Ramsey-ovoj podjeli?

Ovo je jedna od interpretacija skica osa stresa koje su proizvele ove strukture i zone elipsoida koaksijelne defomacije…

Ose kompresije i ekstenzije i zone elipsodida deformacija prema Ramsayu, 1967.

Logično, zbog prirode deformacionog mehanizma, zone elipsoida deformacije su različito rasporedjene/orijentirane kod koaksijalne, odnosno kod nekoaksijalne deformacije.

Zone finalnog koaksijalnog elipsodida deformacija prema Ramsayu, 1967.

Zone finalnog nekoaksijalnog elipsodida deformacija prema Ramsayu, 1967.

Naime, zemljotres na Haitiju u januaru se nesumnjivo dogodio zbog tektonike ploča. Naime, Sjeverno Američka i Južno Američka ploča se kreću relativno ka zapadu o odnosu na malu Karibijsku ploču koja se nalazi ‘uklještena’ izmedju ove dvije velike tektonske ploče. Tako postoji smicanje ovih ploča duž njihovih južnih i sjevernih granica i ono iznosi oko 2 cm godišnje (i više po nekim podacima). Karibijska ploča pokazuje i kompresiju u njenom najistočnijim zonama u odnosu na S. Američku ploču.

Znači, vidimo da se radi o jednoj kompleksnoj tektonskoj zoni gdje se kinematika ploča manifestira kako kroz subdukcione mehanizme, tako i kroz strke-slip kretanja na rasedima, koji su prije svega orijentacije I-Z (priblizno). Većina tih raseda je pozicionirana baš duž granica tektonskih ploča, ali naravno brojni su i oni u unutrašnjosti Karibijske tektonske ploče. Oni su glavni uzročnici potresa.

Ali…

Gorepomenuti zemljotres dogodio se u januaru 2010. 25 km jugo-zapadno od Port-au-Prince, glavnog grada Haitija. Izmjerena magnituda je 7 stupnjeva. Prvobitno je iznošeno (shodno fokalnim mehanizmima) da je do zemljotresa  došlo kretanjem po priblizno I-Z orijenitsanom strike-slip rasjedu – Enriquillo Fault. Medjutim, već i sa foklanog mehanizma (izvor: USGS) vidimo da se ne radi o samo strike-slip kretanju, već da postoji i komponenta kompresije.

Dakle, možemo govoriti o nekakvoj transpresiji (vidi moje postove o fokalnim mehanizmima). Ako uzmemo u razmatranje satelitske radarske podatke (izvor: Eric Fielding/Jet Propulsion Laboratory/NASA) vidimo da postoje jasno izražene oblasti koje su izdignute, odnosno relativno spuštene nakon pomenutog zemljotresa. To je situacija koja nastaje nakon navlačenja, ili transpresije sa jakom komponentom inverznog kretanja (vidi visine i širinu oblasti koja je uzdignuta).

Radarski podaci izdizanja i spuštanja terena Haitija (izvor: G. P. Hayes et al)

Međutim, Enriquillo rased (prikazan zelenom linijom na ilustraciji), prvo, nije inversan, već strike-slip, i drugo (očigledno i na prvi pogled), granica izmedju subsidencije i upliftovanja se ne poklapaju sa tim rasedom. Ako poručimo objavljene podatke vidimo da u tim oblastima promijenjene morfologije nije došlo do površinskog rasedanja. Znači, radi se o blind-thrustu, odnosno rasedu koji ne siječe površinu nego se završava negdje ispod nje. Po širini oblasi vidimo da rased koji je aktiviran ovim potresom ima dosta blag pad, jer je uzdignuta (i spuštena) oblast vrlo široka. Ovakvu situaciju ne možemo imati ako je u pitanju subvertikalni rased, kakvi su inače, strike-slip rasedi.
Ako još jednom bacimo pogled na foklani mehanizam, vidimo da je preovladjujuća komonenta strike-slip kretanja. To je istina, ali vjerovatno se radi o nekom drugom stike-slip rasedu (ili više njih), a ne Enriquillo rasedu kako se to mislilo. Znači, podaci o foklanim mehanizmima su točni, ali su kompozitni i odražavaju nekoliko različitih dogadjaja (kretanja). Sa ovim treba uvijek biti oprezan i ovo je dokaz da treba uvijek uključiti i geološke i druge podatke za verifikaciju (pogledaj post o foklanim mehanizmima).

Koji su zaključci?

Prvo: zemljotres na Haitiju se nije desio zbog kretanja po Enriquillo rasedu, nego po sistemu raseda (kompleksnom) od kojih su neki rasedi inversni, a neki strike-slip. Znači, tektonika ploča se kompenzirala kroz kretanje po sistemu raseda.

Drugo: bilo koji rasedi da su bili okidač ovog zemljotresa, činjenica je da istočno od Port-au-Prince nije došlo do velikih kretanja (niti u zadnjih 250 godina). Znači tamo u skorije vrijeme možemo očekivati jako devastirajući zemljotres. Po kojim će se on rasedima dogoditi? Teško pitanje ako vidimo slučaj januarskog zemljotresa  i to je veliki izazov koji čeka sve one koji će se baviti analizama hazarda u tim oblastima.

Spljoštavanje stijene

Kod ovog procesa dolazi do produženja tijela u dvije dimenzije, dok se njegova treća dimenzija skraćuje. Ovo je slučaj kada na stijenu djelujemo silom odozgo. Medjutim, do spljoštavanja može doći i kada djelujemo smičućim stresom na jedinicu stijeske mase, kada takodjer dolazi do promjene oblika. Zapremina može, ali ne nužno biti očuvana kod ovog procesa (oblik se, dakako, mijenja).

Do najvećeg izdužvanja tijela dolazi u pravcu komponente stresa maksimalne ekstenzije, u ravni xy finite strain-a (elipsoida deformacija). Sve lineacije koje su paralelne sa pravcem maksimalne ekstenzije (x), logično, nazivaju se streaching lineations. Do najvećeg skraćenja tijela dolazi u pravcu maksimalne kompresije. Medjutim, ako postoji predhodna veća ili manje pravilna orjentacija čestica stijene tada može doći do zadržavanja te orjentacije u većoj ili manjoj mjeri (ovisi o početne situacije, tj u kom stupnju je uredjen raspored čestica prije deformacije, kao i vremena trajanja i inteziteta same deformacije).  U tim slučajevima možemo imati situaciju da ne budu baš sve (pa niti statistički) čestice paralelne sa pravcem najveće ekstenzije, odnosno ravni xy finite straina.

Mehančka rotacija

Ovo je vrlo bitan mehanizam nastanka folijacije, ali i lineacije. Vrlo je ilustrativan primjer kod npr crenulation cleavage-a (vrsta folijacije) gdje dolazi do rotacije minerala filosilikata (npr muskovita, biotita i slično) u preferirane pravce novih krenulativnih domena (foliajtivnih ravni). Postoji nekoliko modela koji objašnjavaju na koji način se čestice jedne stijene rotiraju pod djelovanjem stresa u nove folijativne pravce. Zbog jednostavnosti teksta, ovdje neću detaljnije iznositi koji su to modeli. Uglavnom, čestice stijene (minerali) rotiraju težeći da  zauzmu orjentaciju približno paralelnu sa xy ravni elipsoida deformacije (ravan najveće ekstenzije materije). Proces je prisutan i kod smicanja (simple shear) i kod „spoljoštavanja stijene“ (pure shear). Na taj način nastaje nova folijacija. Ako postoji i prije djelovanja stresa već preferirani pravac orjentacije (starija folijacija npr.), tada neće doći do zauzimanja položaja nove folijacije paralelno sa xy ravni finite straina (ravni spljoštavanja). Naravno, minerali koji su već bili paralelni ili normalni u odnsu na ovu ravan neće rotirati (pogledati ilustraciju).

Mehanička rotacija čestica stijene i formiranje folijacije (kredit: Twiss and Moores, 1992)

Rastvaranje/difuzija/obaranje iz rastvora

Ovo je kemijski proces nastanka folijacije koji podrazumjeva rastvaranje, migraciju elemenata kroz stijenu, obaranje iz ratvora tih elemenata i formiranje novih minerala (kristalizaciju).  E sada, kako dolazi do do migracije tih rastvorenih, hemijskih elemenata? Pa ili pomoću procesa grain boundary diffusion-a (koji je karakterističan za transfer na kratke distance) ili migracijom kroz pore i frakture (veće razdaljine). Nakon prijenosa rastvora dolazi u jednom trenutku do obaranja iz rastvora kada kristališu novi minerali. To se dešava ili rastom novih minerala (naročito u mikrolitonima) ili prerastanjem preko postojećih minerala. Inače, u pravcu maksimalnog stresa (σ1) dolazi do najvećeg rastvaranja minerala, dok se obaraju iz rastvora tamo gdje je taj stres najmanji. Da dodam i to da su više deformisani minerali lakše rastvorljivi od onih nedeformisanih.

Proces nastanaka folijacije hemijskim mehanizmima rastvaranja i taloženja (kredit: Davis & Reynolds, 1996)

Stilioliti su jedan od najilustrativnijih primjera koji opisuju ovakav mehanizam gdje dolazi do rastvaranja stijene i taloženja nerastvornih spojeva (minerla; u krečnjacima to su oksidi Fe npr) u domenima stiliolitske folijacije. Takodjer, ovaj mehanizam je prisutan kod crenulation cleavage-a . U zonama krila mikronabora (zbog orjentacije  σ1 je pod velikim uglom na te zone) dolazi do pritisaka minerla jedne na druge i rastvaranja kvarca i njegovog transfera u domene mikrolitona gdje se obara i kristališe (‘zauzima’ zone u kojima je stres najmanji). Sa druge strane, npr biotiti se ne rastvaraju tako lako (oni su puno otporniji na ovaj način rastvranja nego kvarc, hlorit, feldspat…) već procesima rotacije zauzimaju preferirane položaje u krilima mikronabora. Na ovaj način konstantno dolazi do progresivnog nagomilavanja minerala mika u krilima i kvarca u šarnirima, tj razvijanja krenulacionog klivaža. Daljom progresivnom deformacijom može doći do stvaranja kontinuirane foliajcije (transpozicije crenulation cleavaga). Sve ovo je puno intezivnije u prisustvu obilnih fluidnih faza, zbog čega je ovaj proces  češći u low-grade metamorfizmu.

Stiloliti (kredit: geologški zavod Indijane, SAD)

Vrlo zanimljiv fenomen „tektonskog uslojavanja“ može nastati ovim procesom jer imamo konstantno nagomilavanje kvarca u šarnirima, dok se mike, najčešće biotiti nagomilavaju u klivažnim domenima. Tako nastaju pravi tzv. Q i P domeni, tj tektonski „slojevi“ u stijeni.

Q i P domeni u stijeni, tzv tekonska slojevitost (kredit: Paul Bons)

Rekristalizacija

Ovaj proces podrazumjeva formiranje novih minerala, da kažmo, na račun starih minerala. Ovo može rezultirati u razvoj preferirane planarne orijentacije, tj folijacije.

Postoji dva tip rekristalizacije: dinamička i statička. Kontinuiranim djelovanjem stresa može doći do stvaranja novih minerala koji se nazivaju neoblasts.Kristalne rešetke ovih minerla nisu u kontinuitetu sa kristalnim rešetkama starih minerala. Minerali stvoreni dinamičkom rekristalizacijom su manji i orjentirani u preferirane pravce (nova folijacija). Statička rekristalizacija ne nataje pod dejstvom stresa. Karakteriziraju zrna koja imaju pravilnije margine medjusobno postavljena na 120°.

Nedeformirana zrna su uvijek veća od novonastalih i imaju nepravilne ivice. Novonastali, metamorfni minerali pokazuju i preferirane pravce orjentacije za razliku od nedeformairanih.

Na kraju da spomenem fenomen Mimetic growth-a kod koga dolazi do rasta minerala oko jezgra starog minerala, ali zadržavajući pravce orjentacije starog minerala. Inače, minerali lakše rastu duž već nekih preferiranih pravaca, odnosno predhodne folijacije (mike npr).

Folijacija nikada nije konačna. Vjerovatno će u nekom slijedećem orogenom ciklusu budući stres djelovati na tu stijenu i dovesti do nastanka neke nove folijacije. Tako da je u „stijenskom ciklusu“ konstantan prijelaz iz jedne vrste folijacije u drugu, i to ovim gore-pomenutim mehanizmima.  Tako je vrlo čest slučaj da jedna laminacija ili kontinuirana folijacija daljim djelovanjem stresa se transformira u crenulation cleavage (čest slučaj u low-grade metamorfizmu). Daljim djelovanjem stresa može doći do dalje rekristalizacije i stvaranja nove kontinuirane folijacije. Svaka generacija folijacije se obilježava sa S, a u indeks se stavlja broj koji odražava relativnu starost folijacije (S₁, S₂ koja je mladja od S₁, itd….). Sa S₀ se obično označava slojevitost (ili laminacija).

In January 2010, 230,000 people died after a magnitude 7.0 earthquake decimated Haiti. Astonishingly, no one died in the 7.1 that rocked Christchurch.

Vrlo dobar članak koji stavlja ‘rame uz rame’ ova dva potresa.  I jedan i drugi su sličnih magnituda (Novi Zeland, Christchurch 7.1 / Haiti 7.0). Posljedice su NEUSPOREDIVE: Christchurch – NITI JEDNA ŽRTVA (vrlo mali broj povrijeđenih) , Haiti 230,000!!! žrtava (i 3000,000 povrijeđenih). Razlozi: edukacija stanovništva (čitaj: znanje i razumijevanje, a samim tim i spremnost kada dođe do potresa), jasna i stroga regulacija gradnje i infrastruktura (kada dođe do katastrofe, osnovne službe i infrastruktura mora ostati funkcionalna).

Tektonika ploča, o kojoj sam pisao u prehodnim postovima, ima svoje posljedice. Najuočljiviji su, svakako, potresi. Nakon potresa iz medija dobivamo niz podataka o posljedicama potresa. Pored toga, specijalističke organizacije (seizmološki zavodi, geološki instituti…) nam obezbjedjuju geološke i geofizičke podatke koji objašnjavaju zašto je došlo do potresa i kako se on manifestirao kroz fizičke parametre. Koji su to podaci i kako ih čitati?

Potres je kompleksna pojava za čije razumijevanje je potrebno znati čitav niz karakteristika jedne zone: kako sa geodinamičkog, regionalnog aspekta, tako i sa onog lokalnog (pedološkog, strukturno-geološkog, tektonskog, neotektonskog, hidrogeološkog…). Bitne podatke o potresu dobijamo i tokom samog potresa. Te podatke (kao što je dubina hipocentra, magnituda) prikupljaju seizmološke stanica (o ovome je bilo riječi ranije). U tom smislu, seizmološki instituti često objavljuju dijagrame koji opisuju jedan potres, odnosno daju karakter kretanja po rasedu odgovornom za oslobadjanje seizmične energije  i potresanje jedne oblasti. Ti dijagrami se nazivaju FOKALNI MEHANIZMI.

Po DEFINICIJI, fokalni mehanizam je grafička prezentacija neelastične deformacije jedne oblasti, izazvane prostiranjem seizmičkih valova zemljotresa.

Drugim riječima, to je rezultat analize (grafički predstavljen) prostiranja P-valova potresa čiji su podaci prikupljeni iz mreže seizmoloških stanica (potrebno je da ih ima najmanje 10 i da su više-manje pravilno rasporedjene oko epicentra potresa).

Energija potresa (uz sve aproksimacije u koje sada neću ulaziti) se, ukratko rečeno, opisuje double couple modelom. Ovaj model je matematički opisan u tri dimenzije simetričnim tenzorom od devet komponenti koji se naziva  moment tenzor. I ovaj tenzor (kao i tenzor stresa npr) je dat orijentacijom i intenzitetom 3 međusobno normalne osnovne ose: P (kompresija), T (tenzija) i N (neutralna osa). Orijentacija i intenzitet ovih sa se utvrdjuje podacima koje prikupljaju seizmološke stanice tokom jednog potresa. Jako su bitni podaci o orijentaciji ovih osa jer mogu poslužiti kako za definiranje ravni rasjeda po kojima je došlo do kretanja tokom potresa, tako i karaktera kretanja po rasjedu.

Medjutim, fokalni mehanizam kao rješenje daje dvije ravni rasjeda (konjugovani par). Samo po jednoj od njih je došlo do kretanja tokom potresa (najčešće). Foklani mehanizam nam NE daje podakte koji od tih rasejda je bio aktivan tokom potresa. To je ono gdje strukturni geolozi i geolozi ulaze u „igru“. Naime, dodatni geološki podaci (kao što su geološke karte, razni geološki, stratigrafski, strukturni i dr. podaci sa terena) su potrebni da odredimo koji rasjed je bio aktivan tokom potresa. Tada fokalni mehanizmi imaju svoj pun i ogroman značaj!

Kako čitati fokalane mehanizme?

Naime, svaki od fokalnih mehanizamam ima dvije planare predstavljene tzv. velikim krugovima na donjoj polulopti  sterografske projekcije. Taj par rasjeda je teoretsko rješenje. Samo jedan rasjed od tog konjugovanog para rasjeda je bio aktivan tokom potresa. Ove ravni su postavljene pod 90° jedna na drugu. Naravno, glavne ose tenzora su postavljene kao bisektrise uglova koji zaklapaju ove ravni rasjeda. Polje koje je odredjeno (omedjeno) sa konjugovanim parom rasjeda i u kojem se nalazi osa maksimalne kompresije je polje kompresije, dok je polje u kome se nalazi osa maksimalne tenzije polje tenzije. Polje kompresije se predstavlja bijelom bojom, dok je polje tenzije crno. Prilikom prolaska seizmični valova kroz stijenu dešava se to da u polju kompresije (bijelo polje) čestice teže da se kreću ka fokusu potresa (tj centru sterografske projekcije – kružnici), dok se u tenzionom polju (crno polje) udaljavaju od istog. Ovo jednostavno pravilo služi za odredjivanje karaktera kretanja po rasjedu. Opet ponavljam, bitno je uključiti i druge geološke podakte i prvo vidjeti na kom je rasjedu iz konjugovanog para došlo do kretanja, pa onda odrediti kretanje koristeći foklane mehanizme.

Objašnjenje kroz konretan primjer:

Na slici vidimo da se radi o strike-slip rasjedanju (vertikalne rasjedne površi) i to desnom kod rasjeda pružanja I-Z, odnosno lijevog u slučaju rasjeda pružanja S-J.

Polje tenzije i kompresije na fokalnom mehanizmu. Kredit: Vince Cronin, Baylor University, 2004.

Do karaktera kretanja dolazimo vodeći se pravilom da čestice u polju kompresije teže ka fokusu, dok u polju tenzije periferiji projekcije lopte (vidi sliku). Drugim riječima, kretanje po datom rasjedu čitamo tako što pretpostavimo da se čestice kreču od polja kompresije ka polju tenzije (od bijelog ka crnom polju). Naravno, ovo važi kako za strike-slip, tako i za normalne, odnosno inverzne rasjede.

Normalno i inverzno rasedanje. Kredit: Vince Cronin, Baylor University, 2004.

Kod normalnih rasjeda (lijevo na slici) centar fokalnog mehanizma (projekcije) je u polju kompresije (bijelo polje), dok je kod inverznog rasjeda u polju tenzije (crno polje). I ovdje vidimo da se čestice kreću od bijelog ka crnom polju.

Kompleksno rasedanje. Kredit: Vince Cronin, Baylor University, 2004.

Postoje i kombinacije strike-slip i normalnog/inverznog kretanja (vrlo čest slučaj u prirodi). Ako je centar projekcije u bijelom polju, tada ovakvi kompleksni rasjedi imaju normalnu komponentu. Obrnuto, ako je centar u crnom polju, onda imaju komponentu inverznog kretanja.

Kako seizmološka stanica prikuplja podatke jednog potresa i kako se ti podaci koriste za modeliranje fokalnog mehanizma tog potresa?

Postoji nekoliko metoda kako se dolazi do moment tenzora, tj orijentacije njegove tri glavne ose. Jedan od metoda je i tzv grafička metoda. Ova metoda nije primjenjiva za sve zemljotresa. Medjutim, zgodna je za razumijevanje na koji način se podaci sa seizograma mogu iskoristiti sa ciljem dobijanja drugih podataka, kao što su fokalni mehanizmi. Već sam ranije pisao kako se odredjuje pozicija epicentra, tj razdaljina svake seizmografske stanice od epicentra. Koje početne podatke imamo? Imamo točno vrijeme zemljotresa i razdaljine svake od stanica od epicentra. Onda pomoću standardnog seizmičkog modela brzine prostiranja seizmičnih valova kroz zemljinu koru izračunavamo teoretsko vrijeme pristizanja PRVIH P-valova do svake od stanica. Zatim se gleda karakter P-valova u točno izračunatom trenutku t.  Tako P-valovi u tom izračunatom trenutku t na seizmogramu mogu biti u „negativnom“, „pozitivnom“ piku, ili ne moraju niti biti zabilježeni.

Stizanje prvih P-valova u trenutku t i njihov karakter. Kredit: Vince Cronin, Baylor University, 2004.

Svaki od ovih podataka (svaka stanica) ima još dva bitna podatka: jedan je azimut stanice u odnosu na fokus potresa i tzv take-off angle, odnosno ugao koji zaklapa imaginaran pravac stanica-fokus i vertikalna ravan.  Prvi P-valovi u „pozitivnom“ piku imaju kompresioni karakter, u „negativnm“ piku tenzioni, dok ako nema signala u trenutku t radi se o neutralnim ravnima, odnosno ranima raseda (ili je preslab signal u pitanju). Tako svaki podatak možemo predstaviti na projekciji donje polulopte jer znamo njegovu orijentaciju (azimut i tako-off angle), kao i karakter u kinematskom smislu (kompresija, tenzija…).

Rezultantni model fokalnog mehanizma dobijen grafičkom metodom prvih P-valova. Kredit: Vince Cronin, Baylor University, 2004.

Time dobijamo niz podataka čijom interpolacijom možemo dobiti foklani mehanizam jednog zemljotresa. Logično, što imamo više podatka to će fokalni mehanizam biti precizniji i vjerodostojniji za dati potres.

Za kraj jedan realan primjer fokalnog mehanizma nedavnog Novo Zelandskog potresa. Podaci su dobijeni putem USGS-ovog servisa. Vidimo da se uglavnom radi o desnom strike-slip kretanju po Z-I rasjedu što odgovara kompleksnoj geodinamičkoj slici situacije koja je prisutna na ovim prostorima, zbog kretanja Pacifičke i Australijske ploče.

Link: http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqinthenews/2010/us2010atbj/neic_atbj_cmt.php

Fokalni mehanizam nedavnog potresa na Novom Zelandu. Kredit: USGS, link: http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqinthenews/2010/us2010atbj/neic_atbj_cmt.php

Reologija je nauka koja izučava način deformacije materijala. Riječ “reologija” vuče korijene od grčke riječi ” rheos” što znači tok ili strujanje, tečenje.

Ovdje ću ukratko predstaviti osnove ponašanja materijala (stijene) na djelovanje sile, tj stresa. Ovo je vrlo interesantna problematika  jer odgovor stijene na deformaciju ne ovisi samo o vrsti stijene i intenzitetu stresa, već i o nekim drugim parametrima kao što su npr. pritisak i temperatura. Također, vrlo je bitno imati u vidu da se svaka vrsta reološkog modela može posmatrati na različitim razmjerama (skalama). Tako stijena može na makroskopskom nivou duktilno odgovoriti na deformaciju (plastično) dok na mikro skali recimo zrna minerala pokazuju čvrsti tip deformacije (mikro rasedanja). Ne želim dublje ulaziti u ovaj problem, ali cilj mi je potaknuti čitatelja na razmišljanje o fenomenu razmjere generalno u geologiji.

Stijene na različite i često vrlo kompleksne načine odgovaraju na stres (silu koja djeluje na stijenu). Reologija upravo proučava stres, strain (da se podsjetimo, to je jedinica promjene zapremine i/ili forme jedne stijene zbog stresa) i strain rate (strain u jedinici vremena). Njihov odnos u kontekstu jednog materijala odredjuje reološki model tog materijala.  U tom smislu imamo nekoliko osnovnih tipova (i njihovih kombinacija) reagiranja materijala na deformacije, tj reoloških modela.

Elastična defomacija

U perfektnom elastičnom tijelu odnos stresa i strain-a je direktno proporcionalan. Nakon prestanka djelovanja stresa stijena se vraća u prvobitno stanje bez permanentne deformacije. Na ovaj način se ponašaju stijene tokom potresa, odnosno prolaska seizmičkih valova kroz stijenu.

Ugao koji zaklapa kriva (bolje reći linija) elastičnosti sa apcisom (veličinom straina) direktno je uslovljena sa elastičnim osobinama objekta koje su predstavljene sa Jungovim modulom. Tako se perfektno elastična tijela mogu opisati sa

σ=E*ε

gdje je E Jungov modul materijala

Sva tijela koja se mogu opisati na ovaj način nazivaju se Hookean bodies

Elastično ponašanje tijela (Kredit: Stephen M. Rowland et al)

 

Viskozna deformacija

Prvo, viskozitet se može odrediti kao mjera koja definira otpornost (opiranje) tijela, tj tečnosti na kretanje. Tako, npr voda ima mali viskozitet, dok med ima puno veći viksoziet.

Dva su osnovna tipa viskozne deformacije: “Njuton tip” i “ne-Njuton tip”.

Ovaj prvi je prisutan u slučaju da je starin rate proporcionalan stresu. To znači da ako imamo konstantnu temperaturu, postoji linearan odnos izmedju strain rate-a i stresa. Ovo je slučaj koji je vrlo prisutan u donjoj zemljinoj kori.

Ako ovaj odnos može biti narušen i nekim drugim parametrima osim temperature (kao npr smicanjem fluida) onda imamo posla sa “ne-Njuton” deformacijama (tijelima). Primjer za ovo je živo blato gdje ako pokušavamo žustrim  pokretima izaći (npr izvući nogu), viskozitet blata se povećava, dok ako pravimo mirne i staložene pokrete blato je znatno tečnije, tj ima manji viskozitet.

Za Njuton-fluide važi

σ=n* έ

gdje je n (eta) koeficient viskoznosti materijala. Ovo je nešto slično kao Jungov modul za elastična tijela, s obzirom da odredjuje proporcionalnost funkcije izmedju stresa i straina, odnsno strain ratea (έ)u ovom slučaju,  sa tom razlikom što su viskozne deformacije permanentne za razliku od elastičnih.

Plastične deformacije

Ovaj tip ponašanja tijela je vrlo sličan viskoznim deformacijama, samo što plastične deformacije ne počinju dok se ne dostigne kritična vrijednost deformacije, odnosno tzv Yield strenght. Nakon toga, materijal se ponaša kao u slučaju viskoznih deformacija (deformacije su permanentne).

Svi materijali koji se ponašaju na ovaj način se nazivaju Bingham plastics.

Plastične deformacije (Kredit: Stephen M. Rowland et al)

 

Elatoplastična deformacija

Ovo je kompleksan način ponašanja tijela uslijed djelovanja sile, kod kojeg deformaciju započinje elastičnim ponašanjem. Ono omogućava da deformacija započne i prije dostizanja kritične vrijednosti Yield strenghta, nakon čijeg dostizanja počinju plastične deformacije. Opet, nakon prestanka djelovanja sile, elastične deformacije se anuliraju (tijelo se oporavlja od njih) dok plastične deformacije ostaju permanentne.

Elastoplastično ponašanje (Kredit: Stephen M. Rowland et al)

Elastoplastično ponašanje. Donja slika desno pokazuje odnos Newtonian i Non-Newtonian tok. Kredit: Passchier, 1996.

Elastoviskozne deformacije

Ovaj način ponašanja je sličan kao i prethodni, samo što kod ovog slučaja nema potrebe za dostizanjem Yield strenghta da bi došlo do permanentnih deformacija. Sva tijela koja se ponašaju u skladu sa ovim nazivaju se Maxwell bodies.

Elastoviskozne deformacije (Kredit: Stephen M. Rowland et al)

 

Firmoviskozna deformacija

Ovaj tip deformacije je karakterističan za opadanje strain ratea tokom vremena, iako je stres i dalje konstantan. Na ovaj način se ponašaju tzv Kelvin bodies.

Primjer je izostatičko izravnjavanje koje dolazi prilikom izdizanja dijelova kopna nakon što se sa njih otopi led. Dugo nakon otapanja ovaj proces i dalje traje, ali njegova brzina uveliko opada.

Firmoviskozne deformacije (Kredit: Stephen M. Rowland et al)

Na kraju, da napomenem da generalno za veće dubine Zemljine kore su vezane veće temperature i pritisci koji uzrokuju plastičnije ponašanje stijena (tj duktilne deformacije), dok bliže površini ti parametri opadaju što uzrokuje elastične i tzv čvrste deformacije (kao npr rasedanje i pucanje). Pri ovome treba imati na umu da postoje i mnogi drugi parametri koji uslovljavaju ponašanje stijena i da su mogući fenomeni potpuno duktilnih deformacija i u subpovršinskim uslovima.

Zato je reologija bitna i interesantna!