Otkriće Mohorovičićevog (Moho) diskontinuiteta
Andrija Mohorovičić je bio hrvatski geofizičar, rođen 23. siječnja 1857. u Voloskom kraj Opatije. Nakon završene osnovne škole u Voloskom i gimnazije u Rijeci seli se u Prag gdje je upisao studij matematike i fizike na Filozofskom fakultetu, a jedan od profesora bio mu je Ernst Mach – glasoviti fizičar. Nakon završenog studija predavao je kao učitelj u gimnaziji u Zagrebu (1879–1880.). Nakon toga premješten je u Osijek. Od 1. studenoga 1882. premješten je na nautičku školu u Bakru na svoje traženje. U Bakru je radio kao pravi učitelj i predavao matematiku, fiziku i meteorologiju. Godine 1886. dodjeljuje mu se naslov profesora.
Za vrijeme boravka u Bakru Mohorovičić je prvi put došao u dodir s meteorologijom, koju je predavao na nautičkoj školi, te se počeo dublje zanimati za tu znanost. U Bakru je na nautičkoj školi ostao do 1891. godine, kada na vlastito traženje biva premješten na Kraljevsku realku i s njom spojenu višu trgovačku školu u Zagrebu. Od 1. siječnja 1892. godine postaje upravitelj Meteorologijskog opservatorija, koji se nalazio u zgradi škole. Ovdje se u početku bavio znanstvenim i stručnim radom u meteorologiji, a nakon 1901. posvetio se gotovo isključivo seizmologiji, te se danas ubraja među najveće svjetske seizmologe.
Moho diskontinuitet
Dana 8. listopada 1909., snažni potres pogodio je područje Pokuplja. Epicentar mu je bio 40-ak km jugoistočno od Zagreba blizu Pokupskog, gdje je procijenjen intenzitet od VIII ˚MCS-ljestvice. Znatno su bile oštećene zgrade od cigle i kamena, dok na hrastovim kućama nije bilo veće štete. Potres se jako osjetio i u Zagrebu gdje je bilo porušenih dimnjaka.
Naime, Zagreb i okolno područje smješteni su u kompleksnoj kontaktnoj zoni Panonskog bazena s Dinaridima i Alpama. Tektonske inverzije, uzrokovane gibanjem Afričke ploče prema Europi, snažno utječu na strukturni okvir područja, uzrokujući reversna i strike-slip (s horizontalnim kretanjem krila) rasjedanja. Nesretni podsjetnik na to su i destruktivni potresi u Petrinji (29. prosinca 2020., Magnitude 6,2 po Richterovoj skali) i Zagrebu (22. ožujka 2020., Magnitude 5,5 po Richterovoj skali).
Usprkos nemjerljivoj šteti, potres iz 1909. otkrio nam je Zemljinu unutrašnjost jer je na osnovu tog potresa otkriven Mohorovičićev (Moho) diskontinuitet.
Dva faktora su utjecala na Mohorovičićevo značajno otkriće. Prvi faktor je novi seizmograf u Zagrebačkoj seizmografskoj postaji, a drugi blizina hipocentra spomenutog potresa. Sve do Mohorovičića seizmolozi su za istraživanja potresa nastojali primijeniti zapise seizmografa čije su epicentralne udaljenosti bile veće od 10˚ (oko 1110 km), dok je on prvi primjenio podatke bližih stanica.
Potres iz 1909. je zabilježen na brojnim europskim seizmološkim postajama dok je najbliže epicentru bila zagrebačka postaja. U želji da detaljnije istraži taj potres, Mohorovičić je od svojih kolega zatražio kopije njihovih seizmograma ili čitanja nastupnih vremena faza potresa. Na taj način Mohorovičić je prikupio podatke s 41 postaje i vrlo kvalitetan skup podataka, posebno za udaljenosti manje od 800 km. Nastupna vremena faza za glavni pokupski potres i njegove naknadne potrese, kao i za neke druge potrese iz razdoblja 1904-1905, čine osnovnu bazu podataka pomoću kojih je Mohorovičić pokušao objasniti način rasprostiranja valova potresa kroz unutrašnjost Zemlje.
Proučavajući zapise navedenog potresa na postajama raznih epicentralnih udaljenosti, uočio je da na postaje udaljene od epicentra do 240 km dolaze samo jedan longitudinalni i transverzalni val, a na postaje udaljene 240-720 km po dva longitudinalna i dva transverzalna vala. Na osnovi preciznih hodokrona (krivulje koje pokazuju ovisnost između epicentralne udaljenosti i vremena putovanja pojedinih valova) koje je izradio, zaključio je sljedeće:
- longitudinalni val P dolazi do svih postaja čija je udaljenost od epicentra manja od 720 km, dok se na postajama koje su dalje od 720 km taj val ne pojavljuje;
- longitudinalni val Pa dolazi samo do postaja koje se nalaze na epicentralnim udaljenostima većim od 240 km
Iz činjenice da ne mogu postojati dvije vrste longitudinalnih valova, koji bi se kroz Zemlju širili različitim brzinama, Mohorovičić je zaključio da valovi P i Pa dolaze do postaje različitim stazama. To je moguće samo ako brzina raste kontinuirano s dubinom do neke dubine gdje dolazi do naglog (diskontinuiranog) porasta brzine. Dubinu na kojoj dolazi do naglog porasta brzine nazivamo ploha diskontinuiteta. Dakle, zrake vala su do plohe diskontinuiteta glatke krivulje. One zrake koje dolaze do plohe diskontinuiteta se na njoj lome te dolazi do promjene njihovog smjera, a u sloju ispod diskontinuiteta se šire znatno većom brzinom. Prema tome na postaje ne dolaze dva različita longitudinalna vala, nego dvije faze istog vala. One se razlikuju samo po tome, što do postaja putuju različitim stazama, zbog čega nastaje vremenska razlika u trajanju njihovog putovanja. Iako je dužina staze Pa faze veća od P faze vala, na postaje epicentralnih udaljenosti većih od 240 km prva će doći Pa faza, zato što je brzina širenja vala kroz sloj plohe diskontinuiteta znatno brža nego iznad njega. Na osnovu dobivenih hodokrona i svega gore navedenoga je Andrija Mohorovičić odredio brzine valova u kori, dubinu plohe diskontinuiteta, te brzine u donjem sloju neposredno ispod diskontinuiteta.
Mohorovičićev rad je bio novi korak u seizmologiji, jer se do njegove pojave o Zemljinoj kori manje-više nagađalo, a on je prvi jednoznačno dokazao da ona postoji i iznio jasnu sliku o tom dijelu Zemlje koju su novija istraživanja tek dopunjavala. Zbog velikog značaja Mohorovičićevih otkrića, granična ploha koja odjeljuje koru od plašta nazvana je Mohorovičićev diskontinuitet, a analitički izraz o porastu brzine s dubinom koji je izveo Mohorovičićev zakon.
Za određivanje ostalih ploha diskontinuiteta Zemlje bilo je bitno pronaći opći analitički postupak kojim bi se moglo pomoću hodokrone prostornog vala potresa odrediti njegova brzina. To je i učinjeno. Postupak se temelji na rješavanju jednadžbe u kojoj je nepoznanica ovisnost brzine vala o dubini, a odgovarajuća hodokrona je poznata. Postupak je poznat pod nazivom Wiechert-Herlotzov teorem, a može se uz neznatna ograničenja primijeniti za sve točke unutrašnjosti zemlje. Primjena tog postupka omogućila je B. Gutenbergu da 1912. godine izračuna brzinu vala potresa u plaštu i u Zemljinoj jezgri. Na taj se način dokazalo da Zemlja ima jezgru, a granična ploha u dubini od 2898 km, koja dijeli plašt od jezgre, nazvana je Gutenbergov diskontinuitet. Za jezgru je I. Lehmann 1936. godine utvrdila da se sastoji od najmanje dva dijela, od vanjske tekuće i unutarnje krute jezgre.
Podaci o brzinama valova potresa i položaju ploha diskontinuiteta omogućili su određivanje i drugih veličina unutrašnjosti Zemlje nedostupnih mjerenju.
Iz svega navedenoga vidimo da na osnovi hodokrona, koje su dobivene proučavanjem rasprostiranja zraka valova potresa kroz unutrašnjost Zemlje, mogu odrediti dubine diskontinuiteta, brzine rasprostiranja seizmičkih valova, te ostale fizikalne veličine koje definiraju model Zemlje.
*Reference:
Skoko, D., Mokrović, J. (1982): Andrija Mohorovičić. Školska knjiga, Zagreb, 147.
A. Mohorovičić (1910): Godišnje izvješće zagrebačkog meteorološkog opservatorija za godinu 1909. Godina IX, dio IV. – polovina 1. Potres od 8. X. 1909.
Herak, D. Herak, M. (2010): The Kupa Valley (Croatia) earthquake of 8 October 1909 – 100 years later. Seismological research letters, 81, 1, 30-36.
Markušić, S., Stanko, D., Korbar, T., Belić, N., Penava, D., Kordić, B. (2020): The Zagreb (Croatia) M5.5 earthquake on 22 March 2020. 10 (7), 252.
Pročitajte više: Lokalni uvjeti tla – potres u Mexico Cityju
