HRVOJE TKALČIĆ, ravnatelj ureda za seizmologiju i matematičku geofiziku na australskom Nacionalnom sveučilištu, objavio je danas na Facebooku novi post o zagrebačkim potresima. Objasnio je zvukove koje proizvode potresi te je li ih zaista moguće čuti kao što mnogi Zagrepčani javljaju.
Opisao je kako nastaje zvuk od potresa i koje potrese možemo, a koje ne možemo čuti.
Njegovu objavu prenosimo u cijelosti:
POTRESI I ZVUKOVI
Ono čime bih za sada htio završiti moj doprinos širenju znanja o potresu kod Kašine i naknadnim potresima je razmišljanje o zvukovima vezanim uz njih. Premda takvi zvukovi ne prouzročuju štetu, mogu doprinijeti strahu i psihozi, i treba ih zato nastojati objasniti. Taj fenomen me davno zaintrigirao, dijelom i zbog toga što sam ga doživio jednom prilikom u svom studentskom stanu u Berkeleyu.
Energija se kod potresa oslobađa u obliku prostornih valova koji putuju kroz Zemlju od žarišta do seizmološke postaje tj. seizmometra koji ih onda zabilježi kao vremenski niz gibanja tla na kojem je položen. Možda će ono što želim reći nekom zvučati netrivijalno, ali čestice tla se definitivno ne gibaju zajedno s valom od žarišta do površine Zemlje na mjestu gdje je seizmometar lociran. Gibanje čestica tla u ovom kontekstu jednostavno znači to da, kad valni poremećaj prođe kroz određeno mjesto u Zemlji, čestice na tom mjestu osciliraju, i ta se oscilacija u prostoru može opisati ili kao oscilacija u istom smjeru u kojem prolazi val (to su P valovi) ili okomito na njega (to su S valovi). Kod P vala energija se s čestice na česticu prenosi kompresijom (skupljanjem) ili dilatacijom (širenjem). Zato ćete kod nailaska P vala ili osjetiti nagli udarac odozdola ili naglo propadanje. S druge strane, kod nailaska S vala umjesto udarca ili propadanja, osjeti se ljuljanje (zamislite si hula plesačicu koja se giba u jednom smjeru, a njiše kukovima okomito na taj smjer gibanja). Ljuljanje uzrokovano S valovima kod jakih potresa ima destruktivan učinak na zgrade i infrastrukturu.
Kad se potres dogodi, recimo u žarištu (hipocentru) na dubini od 10 km, a seizmometar je direktno iznad, prvi će do seizmometra stići P valovi koji se gibaju od žarišta prema površini Zemlje skoro po vertikalnoj putanji. No, ako je seizmometar dosta udaljen od epicentra (najbliže točke na Zemljinoj površini iznad žarišta potresa), valovi koji će stići prvi će iz žarišta ponirati dublje u unutrašnjost Zemlje gdje im je brzina širenja veća, a zatim će po gotovo vertikalnoj putanji krenuti do seizmometra na površini Zemlje. U našem prijašnjem primjeru, P valovi koji će stići prvi od žarišta ispod Kašine do Morića će ponirati u donje slojeve Zemljine kore, do dubina od oko 35 kilometara, i onda, po gotovo vertikalnoj putanji, prema površini do Morića. No što ako je seizmometar još dalje, čak na drugoj strani svijeta? Da bi se P valovi jakog potresa s Mediterana mogli opaziti na seizmometru kod mene u Canberri, trebaju putovati do doista velikih dubina, u slučaju Zagreba i Canberre čak do dubine od 5150 km, kroz unutrašnju jezgru Zemlje, a zatim kroz vanjsku jezgru i plašt gotovo vertikalno odozdo do površine. To putovanje kroz središte Zemlje trajalo bi nešto manje od 20 minuta. Kad smo već kod toga, Inge Lehmann je proučavajući upravo potrese s Novog Zelanda u svom opservatoriju u Danskoj otkrila postojanje unutrašnje jezgre Zemlje!
Kod P vala, čestice tla osciliraju u smjeru gibanja vala, slično kao što molekule zraka titraju u smjeru širenja zvuka. Zapravo, po svojoj prirodi P valovi su isto što i zvučni valovi! Sasvim sigurno su barem neki od vas iskusili zvuk pod Zemljom, ako ne u rudniku, onda u podzemnoj željeznici nekog dalekog grada. Iz tih primjera znate da zvuk koji se širi kroz Zemlju, može prijeći na zrak i tako nastaviti širenje. On se širi i kroz vodu, i to efikasnije od zraka, što ste sigurno primijetili ako ste ikad zaronili ispod površine vode negdje na moru ili u svojoj kadi. Iz istog razloga, nije onda neobično da P valovi koji od potresa stignu na površinu Zemlje jednostavno mogu nastaviti putovati kroz zrak. Kad smo već kod toga, P valovi se šire i kroz tekuću vanjsku jezgru, za razliku od S valova koji to ne mogu. Dakle, zvukovi povezani s potresima su zvukovi koji nastaju iznad površine Zemlje kad se P valovi iz Zemlje na slobodnoj granici čvrste Zemlje i atmosfere ili oceana djelomično pretvore u zvučne valove.
No, stvar i nije baš tako jednostavna, što me natjeralo da malo istražim znanstvenu literaturu po tom pitanju. Naime, ljudsko uho osjetljivo je na frekvencije od oko 20 do 20,000 Hertza, dok P valovi potresa uglavnom dominiraju pri frekvencijama između 0 i 5, nerijetko i do 10 Hz. Zato se s pravom treba zapitati je li zvuk koji su ljudi prijavili za glavni i naknadne potrese uopće povezan s njima. Sve je to još uvijek u tzv. infrazvučnom području, ispod frekvencija od 20 Hz na koje ljudsko uho nema osjetljivost. Ako pogledate definiciju infrazvuka, vidjet ćete da se pod infrazvukom smatra sve što je ispod 20 Hz, a kao prirodni izvori infrazvuka spominju se upravo potresi, vulkani, lavine i meteoriti. Doduše, slonovi i nilski konji komuniciraju na infrazvučnim frekvencijama - takoreći na svom privatnom komunikacijskom kanalu - a nije neobično i to da neki ljudi imaju nešto suženi ili prošireni spektar frekvencija koje mogu čuti. Dakle, treba se vratiti na spektrogram i malo bolje proučiti sve frekvencije koje su na njemu opažene, s primjedbom da se spektrogram još može zvati i sonogram ili infrasonogram ako se bavimo njime isključivo radi proučavanja zvuka.
A na izgled spektrograma (grafova relativnih jačina frekvencija u vremenu) koje sam pokazao u prethodnom postu, utjecat će dosta čimbenika, od kojih bih ovdje spomenuo dva: a) karakter samog potresa i b) struktura Zemlje kroz koju se valovi šire. Što se tiče karaktera potresa, možemo povući jako dobru paralelu između njih i muzičkih instrumenata. Veći instrumenti proizvest će uglavnom veći raspon zvukova, a veći potres i veći raspon frekvencija, uključujući čak i one iznad 10 Hz. To je zapravo bio slučaj za Kašinski potres. Možete vidjeti da crvenu boja na spektrogramu seže do vrlo visokih frekvencija, čak i do 25 Hz. Dalje, zbog strukture zemlje i gubljenja energije prilikom prolaska valova kroz nju (jer se dio energije jednostavno apsorbira na atomskoj skali kroz vibracije atoma i molekula), najbrže slabe više frekvencije, a najsporije niže, tako da na nekoj udaljenosti od potresa uopće više nema prisutnih visokih frekvencija. To ponovo možete vidjeti i sami iz slike iz prethodnog posta ako usporedite spektrograme Puntijarke i Morića.
Upravo te visoke frekvencije kod potresa, koje su ujedno i najniže frekvencije na koje je ljudsko uho osjetljivo, odgovorne su za zvuk koji je popratio glavni potres, a vjerojatno i za veliki dio zvučnih efekata kod naknadnih potresa kojima su ljudi masovno svjedočili i dalje svjedoče, pogotovo u istočnom dijelu grada Zagreba i u blizini epicentra. Drugim riječima, na frekvencijama na kojima vibriraju čestice tla zbog energije valova iz žarišta potresa, Zemljina površina oscilira kao dijafragma velikog zvučnika i prenosi zvuk u atmosferu. Zvuk u nekim slučajevima može biti pojačan zbog topografije terena, npr. zbog prisustva planina. Ako je potres relativno plitko i skoro direktno ispod vas, mogli bi ga čuti čak i bez osjećaja vibracija ili ljuljanja. Međutim, zvuk ne dopire previše daleko za jako male ili dublje potrese na tim frekvencijama koje graniče sa zvukom i infrazvukom, što znaci da ga čak niti seizmometri na većim udaljenostima ne bi zabilježili, a to se može zaključiti iz prethodnih izvještaja.
Naime, pročitao sam rezultate dva istraživanja: jednog na osnovi 77,000 prijava za plitke potrese u Italiji (Tosi et al., 2012), i drugog za tisuće prijava potresa iz francuskih Pirineja (Sylvander and Mogos, 2005) u kojem se analizirao postotak ljudi koji su čuli zvuk na određenom mjestu. Rezultati ova dva istraživanja su vrlo slični: glavni zaključak je da je učestalost opažanja zvuka kod manjih potresa obrnuto proporcionalna udaljenošću od žarišta, dubini i magnitudi potresa. Koliko efikasno se zvuk širi kroz zrak ovisi i o lokalnoj geologiji i konfiguraciji terena, te o momentalnom stanju atmosfere, npr. tlaku, temperaturi i vjetru, a ne treba isključiti niti utjecaj šuma zbog ljudskih aktivnosti u naseljenim mjestima. Slika koju sam malo preuredio prikazuje rezultate istraživanje zvučnih efekata potresa za francuske Pirineje. Na njoj je granica čujnosti linija koja odgovara amplitudi gibanja čestica tla od 0.03 mikrometra zbog P valova. Prema ovome dijagramu, potresi magnitude 2.0 i više trebali bi biti čujni u krugu udaljenosti od oko 10 km od hipocentra, a oni manji od magnitude 1.0 trebali bi se čuti samo u vrlo povoljnim uvjetima, npr. kod sljedova vrlo plitkih naknadnih potresa, ili kod tzv. rojeva vrlo plitkih potresa kod kojih nema nastupa glavnog potresa.
Da zaključim, ako ste čuli zvuk početkom i za vrijeme glavnog potresa, to je zbog njegove dosta velike magnitude i relativne blizine vrlo raširena pojava. Ako ste danima nakon toga čuli zvukove poput tutnjave, grmljavine, eksplozije, vlaka koji se približava, udaljeno brujanje, drobljenje stijena - ponekad popraćeno podrhtavanjem, a ponekad ne - a za koje ste sigurni da nisu zbog prometa ili ostalih ljudskih aktivnosti, niste sami! Zvuk vrlo plitkih potresa je izgleda vrlo raširen fenomen, i to ne samo u južnoj Europi nego i u cijelom svijetu. Bilo bi dobro da se ti podaci mogu skupiti i detaljnije analizirati, što bi bacilo više svjetla i ponudilo bolje odgovore o potresima koje ste iskusili, jer do tada će ovo moje objašnjenje za Zagreb i okolicu ostati hipoteza. Ako sam ovu temu uspio približiti ili objasniti barem nekome od vas, ili čak nekoga ovim tekstom uspio smiriti, bit ću zbog toga iskreno sretan i smatrat ću da su mi uloženo vrijeme i trud višestruko vraćeni.