Náměty aktivit do 45 min pro popularizaci geografie

Lidský život z pohledu geologických procesů, které se někdy opakují po desítkách, stovkách  let či tisíciletích, trvá nepatrný zlomek času. To je snad jednou z příčin, proč člověk často zapomíná na katastrofické přírodní události (často již po několika letech) a staví si obydlí na místech aktivních zlomů, pod činnými vulkány nebo v záplavových zónách.

Pro středoevropany je vysněným místem, na které se často celý pracovní rok těší, okolí Středozemního moře. Navštěvujeme ho pro krásné moře, romantické pobřeží a přívětivé klima. Jedná se  (z lidského pohledu) o bezpečné místo, i když přírodní procesy, a to konkrétně zemětřesení, vulkanismus a na ně navázané katastrofické tsunami zde také dokáží nepříjemně udeřit. Dokladem může být zničení Mínójské civilizace na Krétě zřejmě v souvislosti s vulkanickou obří erupcí Théry (dnes souostroví Santoriny). Ze zaznamenaných zemětřesení ve Středomoří se dosud největší událo v okolí Lisabonu (1. 11. 1755). Dosáhlo magnituda (vysvětlení viz níže) 8,7 a v databázi největších historických zemětřesení světa (řazené právě podle magnituda) je na 11. místě. 30. místo v tomto žebříčku zaujímá další největší historicky zaznamenané evropské zemětřesení, ke kterému došlo 11. 8. 1903 v jižním Řecku. Magnitudo mělo 8,3.

Souostroví Santorini představuje zbytek vulkánu Théra

Účelem této aktivity není odrazovat od dovolené ve Středomoří. Pouze chceme ukázat, jak je lidský pohled na svět prostorově (vnímáme pouze to co se děje v našem bezprostředním okolí) a časově omezený a Země je naopak (a někdy neúprosně) dynamická. Oblast Středomoří srovnáme s jinými (často výrazně seismicky a vulkanicky aktivnějšími) oblastmi světa.

V tomto kurzu budeme pracovat s programem Seismic Eruption. Ideální je tedy pro kurz zajistit počítačovou učebnu, kde se program může nainstalovat. Alternativním řešením je zadat úkol jako projekt studentům domů, aby pro zpracování využili svoje osobní počítače a na vyhodnocení přinesli pouze výstupy - nejlépe zpracované v prezentacích (nutný počítač a dataprojektor).

Prostředí programu Seismic Eruption

Program Seismic Eruption je vyvíjen Dr. Alanem L. Jonesem ze State University of New York v Binghamtonu. Program pracuje na platformě Windows a je volně dostupný. Jedná se o program zobrazující zemětřesení a sopečné erupce v prostoru a čase. Uživatel může využívat přednastavených map (většinou pro celé kontinenty) nebo zde může interaktivně vytvářet vlastní mapy (tak jako to budeme dělat my v průběhu našeho projektu).

V následujícím textu jsou vysvětlené pojmy, se kterými budeme v rámci aktivity pracovat. Protože se jedná o obecné a z hlediska výuky geografie či biologie (geologie) často základní pojmy, jejich pochopení a porozumění je i jedním z cílů aktivity.

Zemětřesení: přirozený otřes zemské kůry, vyvolaný pohyby a deformacemi uvnitř zemské kůry nebo pláště. Dochází při něm k náhlému uvolnění velkého množství kinetické energie.

 

Magnitudo a množství uvolněné energie

Magnitudo: je číslo (v rámci dané stupnice) vyjadřující množství energie uvolněné v místě vzniku (hypocentrum) zemětřesení. Nejčastěji je využívaná Richterova stupnice. Magnitudo je v této stupnici definováno jako dekadický logaritmus amplitudy zemětřesení v mikrometrech, registrované standardním Wood-Andersonovým seismografem v epicentrální vzdálenosti 100 km (epicentrum - místo na zemském povrchu, které je nejblíže hypocentru). Richterova stupnice však selhává při rozlišování větších zemětřesení (s magnitudem nad 8,5). V Seismic Eruption je magnitudo vyjádřeno pomocí tzv. seismického momentu (M_w). Ten je vyjádřený momentem síly, který je uvolněn při zemětřesení. Tato síla je závislá na vzdálenosti pohybu na zlomu, ke kterému při zemětřesení dochází, a síle, která pohyb vyvolala. Stupnice je logaritmická a má 10 stupňů.

Intenzita zemětřesení (projev) se určuje podle různě upravené Mercalliho stupnice, která je založena na subjektivním hodnocení následků zemětřesení na budovách, pozorovaných trhlinách v zemi, přetrhaných potrubích a kolejích atd. 

Vulkanická erupce - uvolnění plynů, lávy a tefry ze sopečného kráteru nebo trhliny. Na světě je zaznamenáno 539 vulkánů, u kterých byla zaznamenána erupce v historické době. Podobný počet vulkánů (529) je veden u vulkánů, které vybuchly v holocénu (resp. v posledních 10 000 letech). Ani toto časové vymezení však nepokrývá všechny potenciálně aktivní sopky, protože supervulkány (Toba, Yellowstone) mají interval mezi výbuchy několik desítek tisíc let. Přesto je není možné považovat za vyhaslé, naopak, odpovídají definici jevů, které označujeme jako tzv. černé labutě (tj. události nepředvídatelného rozsahu s obrovským dopadem, které jsou mimo zkušenost lidských civilizací). V Seismic Eruption černé labutě nenajdeme. Jsou znázorněny "pouze" všechny sopky se známou erupcí v holocénu. Aktuální výbuchy (od roku 1960) jsou rozlišeny podle níže definovaného magnituda. 

Magnitudo vulkanické erupce je hodnota založená na dvou charakteristikách - objemu materiálu, který je v průběhu erupce uvolněn na zemský povrch (láva a tefra), a výšce sloupce, ve kterém je tefra vyvržena ze sopky do atmosféry. Jedná se o veličinu, která je také definována jako Volcan Explosivity Index (VOI). Žádná holocénní erupce neměla zřejmě magnitudo 8. Čtyři erupce však zřejmě dosáhly magnituda 7 (poslední Tambora v roce 1815). 

Typ vulkanické erupce je v Seismic Eruption rozlišen na tři nejzákladnější typy: explozivní výbuchy (Explosive), výlevné výbuchy (Lava) a kombinované výbuchy (Both). První uvedené jsou typické pro tzv. maary (sopečná embria) - při expozi většinou nevzniká vulkanický kužel, naopak většinou po výbuchu vzniká sníženina v zemském povrchu. Výlevné erupce nacházíme tam, kde je méně viskózní láva (riftové zóny, tzv. horké skvrny). Vulkanické kužele pak mají charakter štítových sopek (například typické na Havaji) nebo vznikají lávové příkrovy (například Island). Při erupcích, kdy dochází k výlevům lávy i vyvrhování pyroklastik do atmosféry, vznikají charakteristické výrazné kužele (tzv. stratovulkány tedy "skládané" sopky).

Hranice litosférických desek jsou rozhraní klasifikovaná podle charakteru vzájemného pohybu desek. Jedná se o místa zvýšené seismické a vulkanické aktivity. V Seismic Eruption je rozlišeno:

Konvergentní rozhraní (Convergent): žlutá barva - místo, kde se k sobě přibližují dvě desky a jedna se noří pod druhou (oceánská pod kontinentální resp. oceánská pod oceánskou).

Divergentní rozhraní (Divergent): červená barva - desky se rozestupují (zejména středooceánské hřbety a riftové zóny na pevnině).

Transformní rozhraní (Transform): modrá barva - desky se vůči sobě na povrchu horizontálně posouvají.

Difusní rozhraní (Diffuse): bílá barva - vzájemný pohyb desk se projevuje v rozsáhlejší oblasti.

Popis projektu

1. Nainstalování programu Seismic Eruption

Program je volně dostupný a pracuje na nejrozšířenější platformě Windows. Po stažení programu postupujeme podle doporučení instalačního průvodce.

Projekt se skládá ze dvou částí. V první části se studenti seznámí s celkovou seismickou a vulkanickou aktivitou v Evropě. Definují místa zvýšeného seismického a vulkanického rizika a naučí se s programem pracovat.

1. část

Postup práce

Studenti spustí program a vyberou oblast Evropy. Nad mapou Evropy a širšího okolí se zobrazují jednotlivá zemětřesení, rozlišená velikostí kruhu podle magnituda a barvou podle hloubky. Tato zůstávají znázorněna, místa častější zemětřesné aktivity jsou tedy dobře identifikovatelná. Vulkanické erupce se objevují a opět mizí. V průběhu vizualizace si studenti mohou všimnout, že vulkanická aktivita je koncentrována do dvou míst (okolí Sicílie - Etna a Stromboli a Island). Seismická aktivita je zvýšená zejména na tzv. Helénském oblouku v Egejském moři a částečně i na Apeninském poloostrově.

Na obrázku vidíme koncentraci jednotlivých zemětřesení v oblastech rozhraní litosférických desek (podle obrázku analyzujeme, o které typy rozhraní se jedná - vysvětlení viz text výše). Vidíme, že seismické riziko se poměrně výrazně koncentruje ve Středomoří. Na tuto oblast se snažíme upřít svou pozornost pro následující část projektu.

2. část

Ve druhé části projektu studenti vytvoří mapu vybrané oblasti, u které analyzují seismickou a vulkanickou aktivitu.

Postup práce

1) Jako první vyvoláme diskusi k rozložení seismické aktivity na Zemi. Studenti jmenují místa, kde (kromě Středomoří) můžeme najít zvýšenou seismickou aktivitu a riziko. Na základě jejich zájmu přidělujeme jednotlivé regiony skupinám (jednotlivcům).  

2) Studenti si vytváří vlastní mapu vybraného regionu.

 

Zobrazená rozbalovací nabídka a příslušné tlačítko pro tvorbu vlastní mapy.

Mapu vytvoříme vymezením oblasti (kliknutím na severozápadní okraj předpokládaného území a tažením myší na jeho spodní okraj). Nad daným územím pak spustíme aplikaci - vizualizujeme zemětřesení v požadovaném časovém rozsahu. Nezapomeneme nastavit magnitudo zemětřesení, která chceme vizualizovat - nastavená velikost 5 může být příliš velká a zemětřesení se nám pak nezobrazují s dostatečnou hustotou).

Výsledná vlastní mapa pro oblast Egejského moře. Můžeme zde identifikovat oblastix (Kréta Peloponés), které mohou být ohroženy zemětřeseními nebo jejich následky (tsunami).

4) Studenti prezentují výsledky své práce - hotové mapy. Výsledky vzájemně porovnáváme a diskutujeme (z hlediska četnosti zemětřesení, typu rozhraní litosférických desek atd.).

Zhodnocení projektu

Provedeme zhodnocení projektu - na příkladech (zejména s ohledem na Evropu) vymezujeme oblasti se zvýšeným seismickým (a vulkanickým) rizikem. Upozorníme na existenci tzv. černých labutí - extrémních událostí, které se projevují po velmi dlouhé době. Jejich existence je většinou mimo reálnou paměť lidstva (jako příklad můžeme znovu zopakovat výše uvedený výbuch Théry nebo velkou erupci Vesuvu zaznamenanou Pliniem, první uvedený musel velmi ovlivnit podmínky - a tedy i život tehdejších lidí - ve Středomoří).