Seminar 4 POTRESNA HIDROLOGIJA

Transcription

1 Univerza v Ljubljani Fakulteta za matematiko in fiziko Oddelek za fiziko Seminar 4 POTRESNA HIDROLOGIJA Avtor: Martin Vavpotič Mentor: doc. Jure Bajc Povzetek Tema seminarske naloge so hidrogeološki pojavi in njihove povezave s potresi. Definirane bodo nekatere nove količine, kot so omejen in neomejen vodonosnik, statične in dinamične obremenitve, poroelastičnost, porast vsebnosti tekočine (angleško increment of fluid content) in Darcyjev tok. Pojasnili bomo razliko med statičnimi in dinamičnimi obremenitvami in poudarili razliko med njimi. Začeli bomo z najopaznejšimi hidrološkimi pojavi, nadaljevali s fizikalnimi izpeljavami in si ogledali konkreten primer. Omenili bomo bolj kompleksne metode proučevanja z modeli in si za konec ogledali pojave, ki jih povzročajo dinamične obremenitve.

2 Kazalo 1 Uvod 3 2 Osnove hidrologije Biotov model v eni dimenziji Biotov model v treh dimenzijah Modeliranje Dejanski primer odziva vodnjakov na bližnji potres 11 4 Vodnjaki kot seizmometri 12 5 Primeri posledic dinamičnih obremenitev 12 6 Zaključek 13 7 Viri 14

3 1 Uvod Večjim potresom sledijo spremembe v količini, smeri ali moči vodnega toka v strugah in vodnem tlaku pod površjem. Opazovanje takšnih pojavov nudi zanimiv vpogled v hidrogeološke procese in njihovo povezanost s tektonskimi procesi v različnih prostorskih in časovnih skalah, ker zaradi težke dostopnosti običajni načini pridobivanja podatkov ne bi bili mogoči. Hidrološki odzivi niso nepričakovani. Potresi povzročijo obremenitve, zaradi katerih se spremeni tlak, in s tem spremenijo hidrogeološke lastnosti materiala, na primer prepustnost oziroma permeabilnost, ki nadzoruje moč toka. Najpomembnejše lastnosti hidroloških odzivov so velika občutljivost na majhne napetostne spremembe v skorji, velika amplituda odzivov in presenetljive razdalje, čez katere je seizmični vpliv opazen [1]. Znani pojavi Sledi pregled hidroloških pojavov, ki spremljajo potrese. Ponavadi ti pojavi ne vplivajo drastično na človeško prebivalstvo, čeprav so znani zgodovinski primeri opuščanja naselbin zaradi usahnitev vodnjakov [1]. Delijo se predvsem na pojave, ki jih povzročajo statične ali dinamične obremenitve. Statične obremenitve se pojavijo ob dolgoperiodnih hidrogeoloških spremembah, ki trajajo od nekaj minut do več dni. Dinamične obremenitve pa so tiste, ki so relativno kratkotrajne. Najpogosteje je to kar prehod potresnih valov, ki traja nekaj sekund. Posledice dinamičnih obremenitev bomo na hitro omenili le na koncu. Kategorije pojavov, ki jih povzročajo statične deformacije, pa so naslednje: Nivo vode v vodnjakih Nivo vode v vodnjakih meri tlak tekočine v globini, v kateri je vodnjak izpostavljen okoliškim formacijam. Opaženi so naslednji odzivi: koseizmično (med samim potresom) in postseizmično (več minut ali ur po potresu) osciliranje nivoja vode ter preseizmične (pred potresom), koseizmične in postseizmične spremembe vodnega nivoja. Vodnjaki delujejo kot seizmometri, ker voda v njih včasih močno zaniha in na ta način meri nihanje tal, zlasti nihanje ob prehodu dolgoperiodnih Rayleighovih valov. Spremembe v toku v strugah Najbolj opazne spremembe so v strugah na površju. Povečan pretok je opazen vsaj dokler večja količina padavin ne prekrije sprememb, vendar ni nikoli enoličen: ekstrem v povečanem pretoku se lahko pripeti v enem dnevu ali pa več tednov po potresu. Umetno povzročene statične spremembe Naftne vrtine delujejo podobno kot vodnjaki. Če nafto na površje dviguje lasten tlak, potem je možno izčrpati le okoli 30% nafte, ki je v rezervoarju. S črpanjem vode v takšen naraven rezervoar nafte uspejo vzdrževati tlak in s tem nadaljujejo črpanje ali pa nafto dejansko odplaknejo iz rezervoarja. Voda, ki je bila tako načrpana, lahko pronica v okoliški material (če je material okoli naftnega rezervoarja nepropusten za nafto, ni nujno nepropusten za vodo) in s tem spremeni lastnosti materiala, zaradi večje gostote vode se spremeni tudi tlak [1]. Postavitev rečnih jezov prav tako lahko spremeni potresne lastnosti zajezenega področja. Že sama konstrukcija jezu lahko spremeni lokalne geološke strukture, še pomembnejši dejavnik pa je poplavljenje rečnih dolin. Zajezitev povzroči znatno 3

4 povečanje vodne mase, ki pritiska na material spodaj. Dodatna obremenitev je razlog za začasne ali trajne spremembe hidrogeoloških lastnosti področja okoli zajezitve. Rezultat so seizmične nestabilnosti, ki se kažejo kot občasne potresne motnje. Varnostni ukrepi narekujejo, da so vse na novo zgrajene hidroelektrarne opremljene s seizmometri [1]. 2 Osnove hidrologije Vodnjaki črpajo podtalno vodo iz vodonosnikov (slika 1). Vodonosnik (angleško aquifer) je področje poroznega materiala v podzemlju, v katerem so pore nasičene z vodo. Pomembno je vedeti, da se voda ne nahaja v nekakšnih podzemnih jezerih, ampak zgolj v porah poroznega materiala. Poznamo omejene in neomejene vodonosnike. Razlika med njimi je predvsem dostopnost. Zgornja meja neomejenih vodonosnikov je kar vodna miza; to je površina, kjer se vodni in zračni tlak izenačita. Neomejeni vodonosniki so v stiku z površinskimi rekami. Spodnja meja neomejenih vodonosnikov in hkrati zgornja meja omejenih vodonosnikov je običajno material z majhno poroznostjo in zato onemogoča prisotnost in prehajanje vode [2]. Vplivi statičnih obremenitev bodo glavna tema seminarske naloge. Posledice dinamičnih obremenitev so zapletene, težje razumljive in manj raziskane, zato jih bomo tukaj izpustili. Slika 1: Shema vodonosnikov: neomejeni (zgoraj) so nad nepropustno plastjo (temni pas), omejeni pa pod njo. Vir: [2]. 4

5 Poroelastičnost je teorija kontinuumov o poroznih materialih. Proučuje elastično matriko (3D kos materiala), ki vsebuje med seboj povezane pore, nasičene z vodo ali drugo kapljevino ali celo pline. Opazujemo porozen material, ko je ta izpostavljen obremenitvam. Elastična matrika se deformira, kar vodi do volumskih (prostorninskih) sprememb v materialu, porah in tekočini. Prisotnost vode utrdi material in hkrati povzroči tekočinski tok med področji z različnim tlakom. Upoštevati moramo tudi viskoznost. Za opis najpomembnejših lastnosti zadostuje že najenostavnejši model. To je klasični linearni Biotov model (Biot Diffusion-Deformation Model) s tekočinskim tokom in deformacijami poroznega materiala, popolnoma nasičenega s tekočino (ni praznih por, vse so napolnjene). Formiral ga je ameriški fizik belgijskega rodu Maurice Anthony Biot ( ). Ta model je neposredna posledica kombinacije zakona o ohranitvi mase tekočine, Darcyjevega zakona za laminarni tok in Hookovega zakona za elastične deformacije [3]. V Biotovem modelu je pomembna ustrezna sklopitev med tekočinskim tlakom in napetostjo v materialu. Sklopitev trdnina-tekočina povzroči, da sprememba v napetosti povzroči spremembo v tekočinskem tlaku oziroma vpliva na tok tekočine. Zaradi sklopitve tekočinatrdnina tudi spremembe v tlaku tekočine povzročijo spremembo v napetosti materiala. Velikost sklopitve je odvisna od stisljivosti elastične matrike, stisljivosti samih por, stisljivosti zrn materiala, stisljivosti tekočine in poroznosti materiala. 2.1 Biotov model v eni dimenziji Najprej pride na vrsto enodimenzionalna oblika Biotovega modela [3]. Napetost celotne elastične matrike je vsota tlaka v porah in efektivne napetosti (slika 2): σ = σ eff + p. (1) Na tektonski prelomnici se napetost veča. Med potresom se napetost sprosti in pride do deformacije materiala. Na spremembo napetosti najprej reagira tekočina. Spremembo napetosti celotnega sistema opišemo: σ + σ = σ eff + p + p. (2) Tlačna sprememba povzroči tok tekočine iz predelov s presežkom tlaka v dele z manjšim tlakom. Ta tok sčasoma povzroči zmanjšanje presežka tlaka tekočine. Presežek celotne napetosti ostaja enak, ker ga podaja zunanja deformacija. Ker tekočinski tlak upade, se za ohranitev celotne napetosti poveča efektivna napetost: σ + σ = σ eff + σ eff + p. (3) Vodni tlak se ne vrne nujno za natančno enako vrednost kot pred potresom. V tem primeru pride do trajnih sprememb v vodnem tlaku v porah in tudi do trajnih sprememb v nivoju vode v vodnjakih. 5

6 Slika 2: Celotna napetost (σ T ) je uravnovešena z napetostjo trdne matrik (σ e ) in tlaka tekočine (P W ). Vir: [4]. Če je celotna napetost konstantna, potem lahko zapis (1) diferenciramo in dobimo: oziroma dσ = dσ eff + dp = 0 (4) dσ eff = dp = ρgdh. (5) V hidrogeologiji so mnogi zakoni fenomenološki [5]. Eden od njih je Darcyjev zakon, ki opisuje tok tekočine skozi porozen material, ki ga žene tlačni gradient. Darcyjev tok (slika 3) je definiran kot: Q = κa (P b P a ), (6) µ L kjer sta P a in P b tlaka v točkah a in b na sliki 3, κ prepustnost (enota: m 2 ; eksperimentalno določen za razne materiale ; sorazmerno s kvadratom efektivne velikosti por) in µ dinamična kg viskoznost (uporabljeno v mehaniki kontinuumov; enota: ms ). Enačbo na obeh straneh delimo z velikostjo površine A. Enačbo (12) preoblikujemo v: kjer je q gostota volumskega toka. q = κ P, (7) µ Slika 3: Definicija količin, ki jih uporabljamo pri opisu toka v porozni kamnini. Vir: [5]. Biotov model, za katerega smo do zdaj napisali že veliko enačb, se da napisati še bolj preprosto [3]. Dejansko se da opisati ključne lastnosti med izotropnimi volumskimi spremembami in napetostmi z le dvema enačbama. Definiramo relativno spremembo volumna 6

7 elastične matrike (ε) in porast vsebnosti tekočine, to je porast količine vode v elastični matriki (ξ): ε = dv s V s ; ξ = m v m v0 ρ v0. (8) Odvisnost teh dveh količin od efektivne napetosti in tekočinskega tlaka zapišemo na naslednji način: ε = a 11 σ eff + a 12 p (9) oziroma matrično ξ = a 21 σ eff + a 22 p (10) (ε, ξ) = A(σ eff, p), (11) kjer so a ij elementi matrike A. Posamezne elemente dobimo kot odvode po σ eff ali p: a 11 = dɛ dσ eff p=konst = 1 K = β s. (12) Koeficient a 11 je torej stisljivost materiala v osušenem (angleško drained) stanju. Podobno določimo koeficienta a 12 in a 21 : a 12 = dε dp σ=konst = 1 H = β p (13) a 21 = dξ dσ eff p=konst = 1 H = β p, (14) ki sta enaka, kar sledi iz Onsager-Kasimirjevih relacij, da morajo biti mešani odvodi termodinamskega potenciala med seboj enaki. 1 H je poroelastični razteznostni koeficent, ki ga v običajni teoriji elastičnosti ni. Preostane še zadnji koeficient: a 22 = dξ dp σ=konst = 1 R = β p + nβ v = S σ, (15) ki ga imenujemo koeficient neomejene specifične zaloge. Enačbe (8) - (15) opisujejo medsebojni vpliv materiala in tekočine v porah. Efektivna napetost σ eff deluje praviloma le na snov in tekočinski tlak p le na tekočino. Križna narava koeficientov vmesne matrike A iz enačbe (11) nam pove, da efektivna napetost posredno vpliva tudi na tekočino. Prav tako tekočinski tlak vpliva poleg tekočine tudi na material. Naravo te sklopitve opišejo elementi matrike A, definirani v enačbah (12) - (15). Prvi člen a 11 je po pričakovanjih enostaven, saj opisuje vpliv efektivne napetosti na material. Člen a 12 opisuje vpliv tekočinskega tlaka na material in člen a 21 vpliv efektivne napetosti na tekočino. Oba lahko enačimo z na prvi pogled nenavadno količino, ki jo imenujemo stisljivost por: β p = 1 V p dv p dσ eff. Sprememba volumna por je vsota spremembe volumna tekočine in materiala in je posledica sklopitve med tekočinskim tlakom in napetostjo materiala. Zadnji člen a 22 opisuje vpliv tekočinskega tlaka na tekočino. Pričakovali bi, da bo ta enostaven in podoben a 11, vendar rezultat v enačbi (15) vsebuje dva člena: eden je že prej obrazložena stisljivost por, druga pa vključuje stisljivost tekočine. Količino tekočine v porah lahko povečamo na dva načina: ali tekočinski tlak razširi pore, poveča njihov volumen in s tem vpliva na material ali pa dejansko stisne tekočino v porah in nastane več prostora za tekočino. Člen a 22 vključuje oba vpliva. Oba skupaj povečata možno količino tekočine, ki je lahko shranjena v določeni matriki. Zato se imenuje koeficient neomejene specifične zaloge. 7

8 2.2 Biotov model v treh dimenzijah V treh dimenzijah se stvari zapletejo (slika 4). Slika 4:Neizotropna deformacija vodi v anizotropne lastnosti snovi, ki opis zapletejo. Vir: [4]. Porozne trdnine se zaradi napetosti deformirajo, zaradi česar se vodni tlak v porah spremeni. Osnovna teorija poroelastičnosti opisuje povezavo med spremembami napetosti p ij (negativen p ij pomeni stiskanje), deformacijami u ij, tlakom tekočine v porah P in snovnimi lastnostmi materiala. Popolni opis in diskusija presegata časovni okvir seminarja, zato si oglejmo le najpreprostejšo obliko [6]. Vzemimo izotermen, linearen, izotropen poroelastičen material. Material se na napetost p ij odzove z deformacijo u ij : u ij = 1 [p ij ν ] 2G 1 + ν p kkδ ij + α 3K P δ ij, (16) kjer je G strižni modul, K elastični volumski modul, ν Poissonovo razmerje in α Biot- Willisov koeficient. Če odmislimo drugi člen na desni strani enačbe, prepoznamo enačbo Hookove elastičnosti, ki smo jo izpeljali pri Mehaniki Kontinuumov (enačba v skripta Rudi Podgornik: Mehanika kontinuov, 2002). Drugi člen opisuje prispevek tekočine v porah materiala k celotni deformaciji. Tlak učinkuje izotropno, intenziteto vpliva tlaka na elastično matriko pa umerita koeficienta α in K. Formalna definicija Biot-Willisovega koeficienta je: α = 1 K K S, (17) kjer je K S elastični volumski modul trdnine. Vidimo torej, da je α brezdimenzijski koeficient in da predstavlja razmerje med stisljivostjo por in stisljivostjo tekočine in tako pomeni razmerje med volumnom vode, ki je iztisnjena iz materiala, in celotno spremembo volumna zaradi obremenitve vse pri konstantnem tekočinskem tlaku. Porast (inkrement) vsebnosti tekočine ξ (uporabljali smo ga že v enačbah (14) - (21) in pomeni spremembo v masi tekočine na enoto volumna, deljeno z gostoto tekočine v referenčnem stanju) je v treh dimenzijah enaka: ξ = α 3K σ kk + α KB P, (18) kjer je B Skemptonov koeficient, ki je še en pomemben koeficient teorije poroelastičnosti. Definiran je kot razmerje med induciranim tlakom v porah in obremenitvijo, s katero se snov odzove na tlak, vse pri privzetku, da so vse pore polne tekočine. 8

9 Skemptonov B koeficient ima še eno definicijo: B = K u K αk u, (19) kjer je K u elastični volumski modul materiala v neizsušenem (angleško undrained) stanju. Skemptonov koeficient ima vrednost med 0 in 1. Materiali s porami polnimi plinov imajo to vrednost blizu 0, kompaktni materiali med 0,5 in 0,9, nečvrsti materiali, tudi če so nasičeni s tekočino, blizu 1. Skemptonov koeficient je v zvezi s prepustnostjo κ. 2.3 Modeliranje Bolj zapletene teoretične napovedi zahtevajo uporabo računalniških modelov, ki se jim bomo zaradi prevelikega obsega snovi ognili. Navedimo le najpomembnejše značilnosti: če je model enostaven oziroma vsebuje majhno število vhodnih parametrov, potem lahko opiše večje število primerov, kjer so bili med potresi dokumentirani tudi hidrološki pojavi. Slaba stran njegove enostavnosti je, da ima napoved takšnega modela manjšo natančnost. Če bi hoteli, da imajo napovedi večjo natančnost, bi morali uporabiti bolj zapletene modele, ki pa morajo biti prilagojeni lokalnim razmeram, ki so bile prisotne med samim potresom [1]. Diagram na sliki 5 je rezultat enostavnega modeliranja z uporabo Biotovega teoretičnega ozadja. Kot je razvidno s slike 5, takšen model lahko pojasni večino hidroloških pojavov, vendar obstajajo izjeme. Za pojasnitev teh bi potrebovali bolj podroben model, ki pa ga verjetno ne bi mogli uporabiti na drugem področju oziroma za drug primer, saj bi imel zaradi lokalnega značaja omejeno veljavnost. Model, ki je bil uporabljen v primeru potresa z magnitudo 6,5 na Islandiji leta 2000, je bil uporaben tudi pri nekaterih drugih potresih, na primer za potres Tokachi-oki z magnitudo 8,0 na Japonskem leta A ko so ga hoteli uporabiti na podatkih, pridobljenih za potres Chi-Chi z magnitudo 7,5 na Tajvanu leta 1999 ali za potres z magnitudo 9 na Sumatri leta 2004, so bili dejanski hidrološki pojavi v nasprotju z napovedmi, predvidenimi iz seizmoloških izmerkov [7]. Slika 5: posledice potresa na Islandiji iz leta 2000 z močjo 6,5 po Richterju. Predvidene (barvasta območja) in opažene (črne in bele pike) koseizmične spremembe v nivoju vode. Črne pike ponazarjajo porast, bele upad nivoja vode. Bela črta ponazarja površinski prelom. Vir: [7]. 9

10 3 Dejanski primer odziva vodnjakov na bližnji potres Idealna priložnost za oceno modelov, ki opisujejo ko- in post-seizmične nivoje vode, se je pojavila ob potresu 21. septembra 1999 blizu vasi Chi-Chi na osrednjem Tajvanu [8]. Leta 1992 je bilo na oddaljenosti 2-50 km od epicentra potresa leta 1999 nameščenih 73 enakomerno razporejenih hidroloških postaj, skupno 188 vodnjakov, opremljenih z analognimi in digitalnimi merilniki višine gladine. V vsaki hidrološki postaji je bilo 1-5 vodnjakov z globino od metrov. Prvotni vzrok za izgradnjo tako obsežnega merilnega sistema vodnjakov je bil nadzorovati podtalnico v porečju reke Choshui. Zaradi industrijskih razlogov je v zadnjih tridesetih letih nivo podtalnice upadel. Gosta merilna mreža je sistematično beležila obsežno količino podatkov. Digitalni merilniki so beležili višino gladine vsako uro, analogni pa neprestano s časovno resolucijo 3-5 minut. V bližini je bila tudi gosta mreža širokopasovnih seizmoloških opazovalnic, ki je beležila gibanje tal. V preteklosti so ti merilniki izmerili razlike predvsem zaradi črpanja za industrijske namene in zaradi pritoka vode zaradi dežja. Amplituda nihanja gladine zaradi teh vzrokov so bile do decimetra s periodo nihanja do ene ure. Od 179 vodnjakov jih je med potresom beležilo spremembe 157. Ostali niso delovali ali pa so bili prehudo poškodovani med potresom. Od teh 179 vodnjakov jih je 67 namerilo koseizmične spremembe višine gladine več kot en meter. Največja sprememba je bila 11,1m. Slika 6: Shema mreže vodnjakov v porečju reke Choshui v bližini epicentra potresa Chi-Chi 1999, Tajvan. Vir: [8]. 10

11 Vodnjaki, ki so posredovali podatke, so vodili v več rezervoarjev podtalnice in so bili različno oddaljeni od prelomnice. Vodnjak JS, od prelomnice oddaljen 2 km (globina metrov), ki je kazal razmere v delno omejenem vodonosniku, je za nivo podtalnice pokazal koseizmičen, stopničast upad za 7,12 m (digitalen izmerek) oziroma 6,9 m (analogen). Vodnjak YL, oddaljen od prelomnice za 13 km (globina metrov), ki je kazal razmere v popolnoma omejenem vodonosniku, je pokazal izrazito drugačen vzorec koseizmičnih sprememb nivoja podtalnice: koseizmičen stopničast vzpon za 6,55 m (digitalen izmerek) oziroma 6,5 m (analogen izmerek). Ta vodnjak je lociran v področju nekompaktnih sedimentov. Vodnjak TC (globina 50 metrov) je nadzoroval stanje podtalnice v neomejenem vodonosniku. Ta vodnjak je bil od prelomnice oddaljen 13 km in se je obnašal precej drugače kot prej omenjena vodnjaka. Medtem ko je digitalni merilnik izmeril vzpon v amplitudi za 0,2 metra, je analogni pokazal 1,4 metra. V tem vodnjaku je bilo mogoče videti tudi osciliranje vodne gladine, ki ima precej manjšo časovno periodo kot samo variiranje višine globine. V vodnjaku TC je analogni merilnik zaznal oscilacijo gladine 6,2 m. Po osciliranju se je nivo vode vrnil v stanje pred potresom že po dvajsetih minutah. Po potresu so bile opažene poseizmične spremembe. Gladina vode v vodnjakih se je vračala nazaj na prvotno stanje v različno dolgih časih. Vodnjak TC, ki je kazal stanje v neomejenem vodonosniku, se je vrnil v prvotno stanje že po nekaj urah. Vodnjak YL (delno omejen vodonosnik) je potreboval za vrnitev v prvotno stanje nekaj dni. Vodnjak JS (popolnoma omejen vodonosnik) je potreboval več tednov. 4 Vodnjaki kot seizmometri Uporaba vodnjakov kot seizmometrov ne omogoča natančnega vpogleda v intenziteto in lokacijo nastanka potresa, lahko pa morda napove bližajočo se tektonsko dejavnost [1]. Obstaja povratna zveza med hidrološkimi pojavi in potresi. Prisotnost vode v materialu, spremembe v njeni količini na površju ali pod površjem lahko vpliva na pojavljanje potresov. Umetno črpanje vode v podzemlje, kot počnejo pri naftnih vrtinah in plinskih poljih, je dober primer spremembe vodnega tlaka, ki utegne vplivati na seizmičnost. Podobno deluje tudi črpanje vode iz podzemlja. Splošno dejstvo, do katerega so prišle mnoge raziskave, je, da so potrebne zelo majhne spremembe v napetosti, da se sprožijo potresi. 5 Primeri posledic dinamičnih obremenitev Za konec omenimo še pojave, ki so posledica dinamičnih obremenitev [1]. Utekočinjanje tal (angleško liquefaction) Zelo slikovit je pojav, kjer prsti izgubijo svojo rigidnost in postanejo kvazi-tekoče. V nasutem materialu ste vzpostavijo takoimenovane napetostne niti, po katerih se razporedijo napetosti, povzročene zaradi lastne teže in zunanjih tlakov. Potresna motnja povzroči, da se posamezni gradniki materiala zasukajo in premaknejo, dokler se ne vzpostavi novo ravnovesno stanje. Če je prazen prostor med gradniki napolnjen z vodo, potem se čas, ki ga gradniki porabijo za vzpostavitev novega ravnovesja, zaradi viskoznosti tekočine poveča. Med tem časom gradniki med seboj niso v stiku in plavajo v tekočini. Skupna zmes materiala in vode posledično izgubi strižne lastnosti in se obnaša kot tekočina. 11

12 Utekočinjanje tal je velika nevarnost za zgradbe, ker temelji izgubijo vso podporo. Večina utekočinjanja se zgodi blizu prelomnic, so pa znani primeri tudi precej dlje od epicentra. Blatni vulkani Blatni vulkani so še en pojav, ki se zgodi zaradi potresov in ga zato skušajo uporabiti za proučevanje interakcije med potresi in hidrologijo. Pojavijo se lahko tudi en dan po potresu. Slaba stran je, da so ponavadi podatki o blatnih vulkanih preslabi in premalo številni. Nujni pogoj za vulkane je utekočinjenje materiala. Utekočinjanje tal je podoben pojav, vendar se pripeti v plitvem področju (v globini nekaj deset metrov). Blatni vulkani so lahko visoki nekaj centimetrov do več sto metrov in utegnejo imeti premer več kilometrov. Gejzirji Potresi ne povzročijo samega pojava gejzirjev, lahko pa spremenijo frekvenco njihovih izbruhov. Omenili smo že, da se vodo črpa v podzemlje zaradi več razlogov (črpanje nafte, gretje vode z geotermalnim virom). Ta voda lahko pronica v material. Vdor vode oziroma sprememba v količini vode v porah materiala ne pomeni nujno trajne spremembe. Nove razmere lahko le začasno spremenijo fizične lastnosti materiala, vse dokler novo stanje ni stabilizirano, vendar se v tej dobi prilagajanja na novo količino vode lahko ravno pripetijo potresi, ki se zaradi nestabilnega stanja okrepijo (lahko tudi oslabijo). 6 Zaključek Pogledali smo si osnove hidrologije in zapisali glavne zakonitosti opisa statičnih hidroloških sprememb. Opisu dinamičnih sprememb smo se ognili, saj je presegal vsebinski in časovni okvir seminarske naloge. Definirali smo najenostavnejšo obliko Biotovega modela, ki je osnova vseh predstavljenih hidroloških zakonitosti. Osredotočili smo se na lastnosti medsebojnega vpliva materiala in tekočine, tako imenovane sklopitve efektivne napetosti materiala in tekočinskega tlaka tekočine, s katerimi je možno opisati pronicanje vode skozi material. Omenili smo, kakšen vpliv ima črpanje vode v podzemlje oziroma izčrpavanje vode iz podzemlja na lokalno seizmičnost na različnih področjih. Spoznali smo, da je med hidrološkimi in seizmološkimi pojavi povezava in da se hidrološke spremembe utegnejo pojaviti celo pred seizmičnimi, kar je glavni motiv proučevanja teh pojavov. Kljub mnogim raziskavam in mnogim razvitim modelom znanstvenikom še ni uspelo dovolj zanesljivo povezati hidroloških sprememb in sprožitve potresov, da bi bilo to mogoče uporabiti za napovedovanje potresov. Mnogo hidroloških učinkov se ob potresih ponekod pojavi, spet drugod pa jih ni opaziti, tako da jih je težko nedvoumno povezati. 12

13 7 Viri [1] Treatise on Geophysics, vol.4: Earthquake seismology, Elserier, 2007, 700 str. [2] (Preneseno: ; ogled: ) [3] (Preneseno: ; ogled: ) [4] Kevin M. Hiscock, Hydrogeology: principles and practice; Malden, Oxford, Carlton: Blackwell, 2007 [5] (Ogled: ) [6] J.R. Rice: Elasticity of Fluid-Infiltrated Porous Solids (Poroelasticity) (Preneseno s Porous-Solids-(Poroelasticity).html; ogled ) [7] Jonsson S, Segall P, Pedersen R, and Bjornsson G; Post-earthquake ground movements correlated to pore-pressure transients, 2003; Nature 424: [8] Changes of Groundwater Level due to the 1999 Chi-Chi Earthquake in the Choshui River Alluvial Fan in Taiwan, by Yeeping Chia, Yuan-Shian Wang, Jessie J. Chiu, and Chen-Wuing Liu; Bulletin of the Seismological Society of America, 91, 5, pp , October