Seismické stanice: „prst na tepu“ naší planety

Šumava je pro mnohé návštěvníky synonymem nedotčené přírody vyžadující důslednou ochranu, pro jiné cílem turistických a sportovních aktivit, pro další dějištěm událostí spojených s dramatickou historií evropského 20. století a pro ctitele Adalberta Stiftera, Karla Klostermanna, Aleše Palána, Josefa Váchala či Milana Kohouta inspirací jejich povídek, románů, dokumentů a výtvarných děl. Pro nás v Geofyzikálním ústavu Akademie věd ČR je Šumava ideálním prostředím pro nerušená geofyzikální, především seismická pozorování. Zdejší prostředí s nevelkou hustotou osídlení, nezatížené průmyslovou činností, silniční a železniční dopravou je vhodné pro velmi citlivá měření seismických vln vyvolaných i značně vzdálenými zemětřeseními. Nedaleko Kašperských Hor v Amálině údolí na břehu Zlatého potoka byla proto v šedesátých letech 20. století vybudována seismická observatoř. Díky bohaté historii zdejšího hornictví měli naši předchůdci možnost umístit citlivé měřicí přístroje do jedné z opuštěných štol pronikajících hluboko do horského masivu, což přispělo k potlačení vlivu ruchů lidské civilizace i přirozeného šumu přírody na přístrojová měření.

Zemětřesení jsou spolu se sopečnými erupcemi patrně nejzřetelnějšími projevy dynamiky naší planety. Uspořádání nitra Země a procesy, které v něm probíhají, vedou k relativně pomalým pohybům horninových bloků kontinentálních rozměrů, tzv. litosférických desek, a právě tyto pohyby jsou příčinou zemětřesné a sopečné činnosti. Zemětřesení vznikají pod zemským povrchem, nejčastěji v hloubce mezi 5 a 25 km, a jejich poznání je tedy možné pouze nepřímo studiem seismických vln, které při zemětřesení vznikají, velmi efektivně se pak šíří horninovým prostředím a v místě, kde z hloubky přicházejí k zemskému povrchu, způsobují jeho pohyby. A právě k záznamu i velmi subtilních pohybů při povrchu zemské kůry slouží seismické stanice. Jsou vybaveny velmi citlivými přístroji, seismometry, založenými na principu setrvačnosti. Moderní seismické aparatury umožňují zaznamenat pohyby povrchu, jejichž rychlost činí jen několik nanometrů (tj. miliardtin metru) za sekundu.

1. Denní seismogram zemětřesného roje v západních Čechách 31. května 2014. Nejčastěji se u nás vyskytuje zemětřesení v okolí Lubů a Kraslic severně od Chebu. Má zde charakter sérií rychle po sobě jdoucích slabých, výjimečně středně silných zemětřesení. Tyto série trvají několik hodin až několik měsíců, sestávají i z několika tisíců jevů a označují se jako zemětřesné roje. Zemětřesení se tu odehrávají v hloubkách kolem deseti kilometrů a jejich vznik je patrně jedním z důsledků třetihorní a čtvrtohorní sopečné a magmatické aktivity v této části Českého masivu. Silnější jevy zemětřesných rojů bývají pocítěny obyvateli okolních obcí, nejsilnější po celých Čechách a v sousedních regionech Německa. Ta vůbec nejsilnější mohou způsobit drobné škody na budovách. Zemětřesení na denním seismogramu z května 2014 v čase přibližně 10.38 mělo velikost (magnitudo) 4,4, ostatní zobrazená zemětřesení byla o několik řádů slabší.

Seismická stanice u Kašperských Hor s kódovým označením KHC (obr. 3) je v současnosti vybavena moderními přístroji světového standardu. Digitální data jsou přenášena v reálném čase internetem do Geofyzikálního ústavu, stejně jako data z ostatních stanic České regionální seismické sítě. Tato síť monitoruje tektonická zemětřesení a další seismické jevy (např. důlní otřesy a exploze v lomech) na našem území, ve střední Evropě i ve světě. Sestává z více než dvaceti stálých širokopásmových seismických observatoří rozmístěných v České republice. Datová centra, do kterých údaje z jednotlivých stanic putují, se nacházejí v Geofyzikálním ústavu AV ČR v Praze a v Ústavu fyziky Země Masarykovy univerzity v Brně.¹⁾

Digitální éra, která v masovém měřítku započala přibližně před pětatřiceti lety, otevřela do té doby netušené možnosti bezprostředně sledovat dění kdekoli na naší planetě a v jejím okolí. Příkladem výstupu zeměvědného monitoringu, který veřejnost sleduje každodenně, jsou údaje meteorologických radarů a na ně navázané krátkodobé předpovědi výskytu srážek. Podobně snadno dostupné jsou dnes i záznamy zemětřesné aktivity na kterékoli seismické stanici. Instituce, které seismické stanice provozují, nabízejí veřejnosti jednoduché vyobrazení průběhu těchto pohybů ve formě tzv. denních seismogramů. Denní seismogram zobrazuje pohyby zemského povrchu (jejich svislou složku) vždy po dobu dvaceti čtyř hodin, od půlnoci do půlnoci. Denní seismogramy České regionální seismické sítě, dostupné na adrese https://www.ig.cas.cz/denni-seismogramy, se automaticky aktualizují každých deset minut a zobrazují se v půlhodinových řádcích, řazených pod sebe, a je tak přehledně vidět seismická aktivita během celého kalendářního dne. Na našem webu lze denní seismogramy procházet deset dní zpětně. Sledováním denních seismogramů našich seismických stanic tak držíte pomyslný prst na tepu naší planety.

3. Objekty seismické stanice KHC – Kašperské Hory po rekonstrukci – v pravém objektu, opláštěném černým plechem, je přednáškový sál (dříve tzv. akumulátorovna – dílna, sklad a místo pro záložní zdroje elektrické energie). V budově s dřevěným obložením nalevo je umístěno muzeum seismometrie a zázemí obsluhy stanice.

Foto: archiv GFÚ AV ČR

2. Denní seismogram zemětřesení v Turecku 6. února 2023, magnitudo 7,8 a 7,5. Dvě velmi silná, ničivá zemětřesení krátce po sobě způsobila obrovské škody na jihu Turecka a severu Sýrie, počet obětí přesáhl 60 000. Příchod seismických vln od prvního, silnějšího otřesu je patrný v čase 01.23, od druhého silného zemětřesení v čase 10.29. Zřetelně patrné jsou i četné dotřesy, k nimž tento den došlo.

Pro představu, jak seismická stanice KHC – Kašperské Hory funguje a jak vypadají záznamy seismických vln, si prohlédněme denní seismogramy dvou seismických událostí různé intenzity z různých vzdáleností (obr. 1 a obr. 2).

Zatímco v počátcích observatoře byli k její obsluze a zajištění provozu potřeba tři lidé, dnes se díky možnostem digitální registrace a přenosu dat obejde observatoř bez stálého místního zaměstnance. Provoz moderních aparatur je navíc energeticky podstatně méně náročný, než tomu bylo dříve, takže záložní zdroje energie zabírají menší prostor. Naši kolegové, seismolog Jan Zedník a přístrojový specialista Petr Jedlička, proto přišli před deseti lety s myšlenkou využít některé objekty observatoře jako veřejnosti přístupné muzeum seismometrie (tj. přístrojů zaznamenávajících seismické vlny, včetně přístrojů historických). Vzhledem k tomu, že zázemí observatoře nebylo vhodné pro větší počet návštěvníků, s podporou programu Cíl: Evropská územní spolupráce Česká republika – Svobodný stát Bavorsko a s podporu Akademie věd se nám v letech 2022–2023 podařilo objekt zrekonstruovat a rozšířit o konferenční sál, kde lze s návštěvníky besedovat na související témata, představit jim aktuální zemětřesnou činnost ve světě, zobrazit záznam seismických vln v reálném čase apod.

4. Interiér přednáškového sálu

Snímek Jana Plavec, SSČ AV ČR

Návštěvníkům observatoře nabízíme i vstup do štoly Kristýna do vzdálenosti 100 m od vchodu, kde jsou umístěny aktivní přístroje seismické stanice (obr. 5). Ražba štoly započala r. 1805, tedy dávno po rozkvětu hornické těžby zlata na Kašperskohorsku ve 13. a 14. století. Předpokládané pokračování zlatonosných žil se ověřit nepodařilo a ražba byla po r. 1920 ukončena. Horniny, které ve štole Kristýna a v okolí seismické observatoře mohou návštěvníci vidět, vznikly v období před 360–320 miliony let v hloubkách 15 až 80 km pod zemským povrchem. Jsou součástí geologické jednotky zvané moldanubikum, která je jednou z mozaiky jednotek tvořících Český masiv. Horniny moldanubika vznikaly za geologicky velmi dramatických okolností pod mohutným pásemným pohořím, které můžeme přirovnat k dnešním Alpám či Himálaji. Jedná se nejčastěji o výrazně přeměněné (metamorfované) horniny, zformované za vysokých teplot a tlaků (ruly, migmatity, granulity, eklogity a peridotity).

5. Ve štole Kristýna. Ruly – přeměněné horniny, kterými je štola vyražena – jsou natolik kompaktní, že s výjimkou vchodových partií není potřeba štolu zapažit. Návštěvníci tak jsou v bezprostředním kontaktu s horninou.

Snímek archiv GFÚ AV ČR