(INTERVJU) Prof. dr. Marko Vrabec: Zemlja pripoveduje o sebi s potresi

Ko nas strese, kakor nas je zdaj ob potresih na Hrvaškem, nas začne spet zanimati, kaj se dogaja pod našimi nogami? Ne samo seizmologi, tudi geologi takrat spet pridete v ospredje.

"Ja, geologija je tista veda, ki raziskuje vzroke in sile, ki ustvarjajo in preoblikujejo sliko našega planeta in seveda pomaga razumeti sedanje dogajanje. Popolnoma normalno je, da se ljudje, ko se nekje v bližini zgodi potres, vprašajo, kakšna je pa njihova ogroženost. Vprašajo, kaj storiti, da bi tveganje zmanjšali, pa zakaj prihaja do popotresnih sunkov ... Na takšna in podobna vprašanja takrat odgovarjamo geologi."

Zakaj popotresni sunki?

"Naravni potresi, vemo, v veliki večini nastajajo kot posledica nenadnih lomov v zemeljski skorji, ki nastajajo zaradi premikanja litosferskih plošč.

V Zemljini skorji se nabirajo mehanske napetosti, in ko dosežejo kritično točko, pride do premika, hipnega zdrsa kamnin v zemeljski skorji; kamnine vzdolž stika se razlomijo, nakopičena energija pa se sprosti v obliki potresnih valov, ki jih občutimo kot tresenje tal. Velik premik, ki spremlja močne potrese, pa povzroči večje nestabilnosti v širši okolici preloma. Vzpostavljanje novega ravnotežja proži nove zdrse in potrese, tako da takšna popotresna aktivnost lahko traja več mesecev po glavnem potresu, ob velikem potresu tudi leto in več."

Ob močnih potresih, pravijo, Zemlja še nekaj časa drhti. Cel planet?

"Z današnjo tehnologijo se to da zelo lepo videti. Leta 2011 je bil izjemno močan potres na Japonskem, v katerem je bila, kot vemo, poškodovana tudi jedrska elektrarna. Japonska ima kot zelo razvita država zelo gosto mrežo GNSS-postaj (postaje globalnih navigacijskih satelitskih sistemov); to so sistemi za določanje koordinat točk na Zemlji s pomočjo satelitov. Iz meritev teh postaj se je zelo jasno videlo, kako se je potresni val v minutah po potresu širil čez Japonsko, kako so se tla dvigala in spuščala; in to je bilo mogoče videti na GNSS-postajah po celem planetu. Sam sem imel priložnost videti posnetek, kako so ta pojav zabeležile madžarske naprave več kot deset minut po potresu - zemeljska površina je dobesedno valovila, premiki točk so bili približno desetcentimetrski."

Na Japonskem so potresi pogosti, ljudje se zaščitnega ravnanja učijo od malega. Najbrž jih potres, ki se je zgodil na Hrvaškem, ne bi pretresel tako, kot je nas.

"Ne bi bil nič posebnega za njihove kraje. Vseeno pa je treba reči, da je bil ta potres na območju Petrinje z magnitudo čez 6 kar močan in tudi pri nas nikakor ne nedolžen. Naša fakulteta, denimo, je kar pošteno razpokala. O razpokah na zgradbah so poročali od vsepovsod pri nas."

Široko javnost razumljivo najbolj zanima intenziteta potresa, se pravi tista mera, ki opisuje učinke potresa na ljudi, grajeno okolje, naravo ... Ali vas, geologe, bolj zanima magnituda, mera, ki pove, koliko energije se je sprostilo ob potresu?

"Oboje je po svoje pomembno. Magnituda potresa je bolj fizikalen parameter, s katerim označujemo dejansko moč potresa, sproščeno seizmično energijo. Če preučuješ potres s čisto prirodoslovnega stališča, je to po svoje bolj važen podatek. Intenziteta nekega potresa tudi ni nujno zelo trdno povezana z magnitudo. Če je na območju potresa gradnja slaba, denimo, bodo učinki potresa mnogo hujši, kot če imamo potresno odporno gradnjo. Kje je tu še geologija? V veliki meri so površinski učinki potresa odvisni tudi od geološke sestave tal. Pa od nivoja podtalnice, naklona terena ... Učinki potresa na gradnje, denimo, ki stojijo na kompaktnem apnencu, ali pa na tiste, ki so na mehkih tleh, so lahko zelo različni. Zato so za vsak kritični objekt še pred gradnjo potrebne geološke raziskave; zemljišče je treba klasificirati in raziskati, kakšno je lahko lokalno ojačanje potresne energije."

Notranjost Zemlje, kjer se kotijo potresi, ostaja zelo skrivnostna. Vrtanja v Zemljino skorjo se nam, laikom, zdijo nekako najbolj primerna. A zdaj je menda tako, da če bi Zemljo primerjali z jabolkom, nismo z vrtinami prišli niti skozi jabolčni olupek.

"Neposredni uvid v Zemljo je zelo zelo omejen. Najgloblje so prišli Rusi, ki so na polotoku Kola vrtali nekaj več kot 13 kilometrov globoko. Znanstveni projekt je bil zaustavljen, ker v tej globini temperatura tako naraste, obenem pa so pritiski tako visoki, da ni vrtalnega mehanizma, ki bi to prenesel. Bilo je še nekaj poskusov vrtin drugje po svetu, ki so se končali nekje pri desetih kilometrih. Ampak to je komajda zgornji del skorje in zelo daleč od tega, da bi dosegli globlje dele Zemlje."

Malo črnohumorno se sliši, da so potresi najpomembnejši izvor podatkov o sestavi notranjosti Zemlje. Da so nam "drobovje" planeta razkrili prav potresi oziroma potresno valovanje, ki ga zaznavajo opazovalnice po celem svetu.

"Največ, kar vemo o notranji zgradbi Zemlje, izvira iz seizmologije, res je. Potresni valovi se namreč ne širijo le proti površju, ampak se širijo na vse strani v notranjosti Zemlje. Pri močnih potresih potujejo skozi celotno Zemljo, skozi jedro Zemlje, in pridejo na drugi strani ven. Ker imamo potresne opazovalnice po celem svetu, je mogoče napraviti zelo natančno analizo teh valov, ki se vrnejo na površje. Zelo dobro je mogoče rekonstruirati, skozi kakšne snovi so potovali, določiti sestave kamnin na določenih globinah ... Tako na mejah v Zemljini notranjosti, na katerih se fizikalne lastnosti kamnin hitro spremenijo, imenujemo jih seizmične diskontinuitete, lahko pride do loma, odboja, konverzije potresnih valov ... Gre skratka za množico zelo zapletenih dejavnikov, ki vplivajo na širjenje potresnih valov, natančno analizirani pa začnejo odkrivati sliko notranje zgradbe Zemlje. Danes vemo, da je Zemlja sestavljena iz skorje, plašča, tekočega in trdnega jedra.

Vemo, kaj se skriva v središču planeta - kovinsko jedro, sestavljeno iz tekočega zunanjega in trdnega notranjega dela, vemo, da je notranje jedro, ki ga nikoli nihče ne bo videl, asimetrične oblike, da se na eni strani tali, na drugi se snov ponovno strjuje ... V bistvu se mi zdi prav neverjetno, kaj vse je mogoče dognati iz potovanja seizmičnih valov. Geoznanost je v zadnjih desetletjih delala res velike korake."

Se spomnite svojega osnovnošolskega poznavanja zgradbe Zemlje? Koliko je danes tisto znanje zastarelo, ovrženo?

"Velikokrat je slišati, da se itak ne splača učiti se, saj v nekaj letih znanje zastari. To je en tak larifari. Srednješolska fizika in matematika - vse to je bolj ali manj staro 300 let ali še več in še zmeraj drži. Če pa govorimo o geologiji, poznavanju notranjosti Zemlje, procesov, ki tam potekajo itn., pa moram reči, da smo zadnjih 20, 30 let sredi nenehnih novih dognanj. V osnovno šolo sem hodil v 80-ih letih prejšnjega stoletja in seveda ni mogoče tistega znanja iz geologije primerjati z današnjim.

​Predavam tudi predmet osnove geologije, tu so zajeti geološki čas, notranja zgradba Zemlje, nastanek vesolja in snovi, razvoj življenja na Zemlji ..., in sem kdaj tudi v zadregi. Ker na spletu povsem naključno najdem kaj, kar me preseneti. In si rečem: 'Ojej, jaz pa predavam nekaj čisto drugega ...' Nenehno namreč prihajajo nova znanstvena dognanja in je treba veliko brskati in brati, da si vsaj približno na tekočem. Meni je to všeč, ta čas je prav zato, ker dobesedno iz dneva v dan prinaša toliko novega v znanosti, strašno vznemirljiv."

Za človeka, ki se ne zaveda realnosti, rečemo, da "nima trdnih tal pod nogami", ampak saj jih nima nihče. V resnici so zelo nemirna in živahna.

"Prva stvar, ki jo velja omeniti, če govorimo o trdnih tleh - veliko ljudi misli, da je pod trdno skorjo staljena tekoča lava. Prav potresni valovi, ki se širijo skozi celotno Zemljo, nam jasno kažejo, da ni tako. Vrsta valov, ki jim pravimo strižni valovi, imajo to lastnost, da se ne širijo skozi tekočo snov. Neovirano gredo skozi skorjo, skozi celoten plašč in šele na meji z jedrom izginejo, kar pač pomeni, da je zunanje jedro tekoče. Pod površjem delujejo izjemno visoki tlaki - logično, bolj ko greš v globino, več kamnine imaš nad seboj in pritisk zaradi teže narašča. In prav zaradi visokega tlaka se kamnine kljub visoki temperaturi v notranjosti planeta ne talijo, obnašajo pa se drugače kot na površju - so plastične. Če jih obremeniš, se ne lomijo, ampak počasi spreminjajo obliko. Na globini med ca.100 in 200 kilometri je območje plašča, kjer so kamnine veliko bolj gnetljive kakor v drugih delih plašča in to je tudi vzrok, da imamo na površju premikanje tektonskih plošč. Skorjo in zgornji, trdni del plašča skupaj imenujemo litosfera; razlomljena je v premikajoče se tektonske ali litosferske plošče, ki plavajo na vroči, plastični astenosferi, ki je del plašča. Imamo 15 do 20 velikih plošč, odvisno od interpretacije, antarktično, afriško, arabsko, indijsko, karibsko, evrazijsko, pacifiško ... in kup manjših. Ravno premikanje litosferskih plošč in pritiski, ki med njimi zaradi premikanja nastajajo, je tisto, kar večinoma poganja tako tektonsko kot potresno aktivnost. V Zemljinem plašču se neenakomerno dvigujejo bolj segreti in zato manj gosti deli, ki pritiskajo na trdno skorjo in jo spreminjajo. Motor dviganja snovi pa je toplota, ki se sprošča ob razpadu radioaktivnih snovi v Zemljinem jedru in njegovem ovoju."

Mi smo usodno povezani z Jadransko mikroploščo, "ujeti" med afriško in evrazijsko. Če si stisnjen nekje "vmes", to nikoli ni slišati kot dobra novica.

"Jadranska mikroplošča je bila prvotno del afriške, držala se je je kot nekakšna štrlina ali izrastek in se potem nekje v obdobju zadnjih 100 milijonov let začela gibati po svoje. No, premiki malih plošč niso zelo drugačni kot premiki teh večjih in jih v nekih globalnih modelih premikov niti ni treba upoštevati, so pa lahko pomembni v lokalnem merilu. Evropa je na stiku jadranske mikroplošče in evrazijske plošče in tako nastanek Alp kot današnja potresna aktivnost je v našem delu Evrope rezultat premikanja prav te jadranske mikroplošče. Ki pa je tako majhna, da v globalnem merilu sploh ni pomembna. Njeno premikanje v naših krajih znaša tri do štiri milimetre na leto, a to povsem zadostuje, da imamo kar pošteno potresno aktivnost. Ne vem, ali bi lahko rekli, da smo zaradi 'vmes' v težkem položaju, vsekakor pa je ta mala plošča za nas ključna."

Meni se zdi fascinantno, ko preberem, da lahko geološka znanost rekonstruira gibanje litosferskih plošč za denimo sto milijonov let v preteklost.

"Za sto milijonov let nazaj je rekonstrukcija relativno preprosta. Kajti premikanje litosferskih plošč je v veliki meri povzročeno z nastajanjem nove litosfere, kar se dogaja v oceanih. V oceanskih območjih imamo poseben tip skorje, oceansko skorjo, ki je tanjša kot na kontinentih in tudi sestava ni enaka. Najpomembnejši 'pogon' tektonskih plošč leži na tihomorskem grebenu - poteka malone od severnega do južnega tečaja - ter v srednjeatlantskem hrbtu. Ob teh grebenih se litosferske plošče razmikajo, magma se dviguje na površje in tako nastaja nova oceanska skorja. Rast oceanske skorje na eni strani in posledično razpiranje oceanov pa povzroči na drugi strani tonjenje starejših delov gostejše oceanske skorje pod celinsko, kar povzroča potovanje celin. Zaradi tega mehanizma se denimo Atlantik veča s hitrostjo centimeter do dva na leto. Za vpogled, kako se je to dogajalo v Zemljini zgodovini, pa poleg radiometrične datacije kamnin uporabimo tudi podatke paleomagnetizma. Veliko ljudi tega ne ve, ampak magnetno polje Zemlje pogosto - pogosto v geološkem merilu časa - menja polarnost. Se pravi, da se severni in južni pol zamenjata. Magmatske kamnine oceanskega dna pa ohranjajo zapis magnetnega polja v času njihovega nastanka in zato leži v njih zelo kontinuiran zapis zgodovine premikanja litosferskih plošč. A to je mogoče izračunati le za malo več kot 200 milijonov let v preteklost; starejše oceanske skorje namreč ni, saj je že potonila nazaj v Zemljin plašč, se na neki način reciklirala."

Velja, da je teorija o tektoniki plošč bila za geologijo tako pomembna, kot je bilo odkritje zgradbe atoma za fiziko in kemijo. Zdi se neverjetno, da so še konec petdesetih let prejšnjega stoletja najvplivnejši svetovni geologi obračunavali z vsemi "lahkovernimi znanstvenimi dušami", ki so imele zamisel, da se celine gibljejo. Predgovor k eni od knjig, ki je označila teorijo o tektoniki plošč za "blazno", je napisal celo sam Albert Einstein.

"To je zelo zanimiva in tudi poučna zgodba, ki nam zelo dobro ilustrira, kako deluje znanost. Thomas Kuhn, ki je veliko pisal o zgodovini znanosti, avtor ugledne in vplivne knjige The Structure of Scientific Revolutions (Struktura znanstvenih revolucij), je prav na primeru teorije tektonike plošč ponazoril, kako je tudi znanost enako kot vse človekove aktivnosti podvržena sociološkim dejavnikom. Nikakor namreč ni res, da bi v znanosti veljali samo čista resnica in argumenti. Kje pa! Zelo pomembno je, kdo nekaj reče, kdaj kdo nekaj reče, koliko ima kdo znanstvenega ugleda ... V znanosti je veliko odpora proti novostim in spremembam. Velikokrat velja: držimo se starega, dokler se le moremo in dokler nismo prisiljeni priznati zmote in priznati nove teorije. Teorija tektonike plošč je krasen primer tega. Sumi ali domneve, da kontinenti v geološki preteklosti niso bili na istih mestih, kot so zdaj, so že precej stari. Z nastankom prvih globalnih zemljevidov v času velikih potovanj v 15. in 16. stoletju je bilo hitro opazno ujemanje obal kontinentov ob Atlantiku. Zelo opazno, da se robova Južne Amerike in Afrike skorajda prilegata. Nekaj znanstvenikov v zgodovini je omenjalo idejo, da so bili kontinenti nekoč združeni v eno samo celino. Res sistematično pa se je ideje lotil nemški meteorolog Alfred Wegener in v knjigi, ki je izšla leta 1912, zbral celo vrsto zelo dobrih argumentov, da so bili pred 300 do 250 milijoni let kontinenti združeni v en sam superkontinent, ki ga je poimenoval Pangea. Vsezemlja. Živalski in rastlinski fosili denimo so se vedno znova pojavljali na nasprotnih straneh oceanov. Spraševal se je, kako je mogoče, da se vrečarji pojavljajo tako v Južni Ameriki kot v Avstraliji. Preprosto ni mogoče, da bi številni kopenski in sladkovodni organizmi preplavali morja, ki danes ločijo kontinente. A teorija nikakor ni naletela na dober sprejem."

Ali pa Wegener ni bil človek, od katerega bi geologi želeli, da poda novo teorijo. Saj niti geolog ni bil.

"Prva težava je bila prav to, da ni bil geolog, ampak meteorolog. Že tako je dovolj boleče, če se pojavi preobrat, ki zamaje veljavne geološke teorije, če jih poda človek, ki niti geolog ni, pa je to prav nesprejemljivo. Druga težava je bila v tem, da ni mogel pojasniti, zakaj se kontinenti premikajo. Wegenerju so se odkrito rogali in veliko uglednih geologov je štelo za svojo dolžnost, da bi ga čim bolj diskreditirali. Šele v petdesetih in šestdesetih letih - Wegener je bil že mrtev, ponesrečil se je na ekspediciji na Grenlandijo - so se začeli kopičiti novi in novi dokazi in znaki, da kontinenti ne mirujejo. Šele takrat so namreč dobro raziskali relief morskega dna, se oprli na paleomagnetizem in teorija o premikanju litosferskih plošč je dobivala vedno več veljave in zamisel je bila končno zrela za uveljavitev teorije.

Nova teorija tektonike premikanja litosferskih plošč je povezala zelo različne naravoslovne vede in čudovito pojasnila še kup drugih vprašanj, ki so se pojavljala že stoletja - denimo zakaj in kako nastajajo gore in oceani, zakaj se potresi in vulkani pojavljajo le na točno določenih mestih na Zemlji ... Če malo pretiravam, lahko rečem, da je pojasnila skoraj vse geološke procese."