mini|desno|200px|Primjer zemljotresa (crveno) kao posljedice međusobnog trenja tektonskih ploča. Potres je proces oslobađanja kinetičke energije na nekom nebeskom tijelu. Potres na Zemlji naziva se zemljotres. Događa se u Zemljinoj litosferi ili neposredno ispod, u sljedećem sloju tzv. astenosferi i plaštu, koji čini većinu Zemljine mase. Dio kinetičke energije koji se rasipa putem litosfere naziva se seizmička energija i mjeri se u seizmološkim opservatorijama (stanicama). Kod većine zemljotresa seizmička energija je proporcionalna ukupnoj kinetičkoj energiji. Zato su za većinu potreba površinske opservatorije dovoljne, a osim površinskih kopnenih postoje još i dubinske kopnene, te podmorske opservatorije. Oslobađanje energije može biti kontinuirano, kada govorimo o sporom zemljotresu i koji može trajati godinama, ili prividno trenutno, kada zemljotres obično traje kraće od jednog minuta. Zemljotresi mogu biti prirodni tj. nastali usljed djelovanja sila prirode, ili vještački izazvani aktivnošću čovjeka, npr. detonacijom eksplozivnih sredstava.
Uzroci potresa na drugim nebeskim tijelima ne moraju biti istog porijekla kao na Zemlji. Stoga je i sa stanovišta fizike opravdano izraz zemljotres koristiti isključivo za Zemlju, a potres za sva nebeska tijela. Tako se potresi na drugim nebeskim tijelima u naučnoj literaturi nazivaju prema tom tijelu, npr. oni na Mjesecu nazivaju se lunatresi. U engleskom govornom području međutim česta je i upotreba izraza potres (quake) kao skraćenice za zemljotres (earthquake). Nauka koja se bavi izučavanjem zemljotresa i srodnih procesa je seizmologija i zasniva se na direktnim mjerenjima. Nauka koja izučava potrese na drugim nebeskim tijelima je astroseizmologija i uglavnom se zasniva na indirektnim opažanjima. Primjer ovoga je opažanje akustičnih svojstava Sunčevih gasova, pošto su akustični talasi u biti talasi kinetičke energije koji se prostiru kroz gasove, npr. u atmosferi. U Sunčevom sistemu potrese uzrokuju hemijske reakcije kod gasovitih nebeskih tijela, odnosno plimne sile te snažna vulkanska aktivnost kod stjenovitih tijela.
Prirodni zemljotresi Litosfera je neprestano izložena djelovanju različitih unutarnjih i vanjskih sila koje naprežu stijensku masu. Na taj način stijenje nakuplja veliku potencijalnu energiju. Svaki materijal vremenom popušta naprezanju i oslobađa se stresa ispuštanjem kinetičke tj. stvarne energije uzrok leži u tektonskim pločama – koje doprinose nastanku planina i vulkana – te u pomjeranju Zemljine kore, što može dovesti do stvaranja mora i okeana i izazvati pojave poput podmorskih zemljotresa i cunamija.. Veliku većinu zemljotresa karakterišemo kao slabe pošto ne razaraju vještačke objekte. Većina slabih zemljotresa događa se kad stijenska masa dosegne svoju materijalnu nestabilnost. Manji broj zemljotresa su razorni po vještačke objekte. Većina takvih zemljotresa nastaje usljed tektonske aktivnosti Zemlje tj. međusobnim trenjem kore i plašta u pokretu, najčešće duž postojećih raspuklina u Zemljinoj kori kao što su rasjedi, brazde ili rovovi. Međutim bilježe se razorni zemljotresi i u tektonski neaktivnim područjima, kao i oni koji stvaraju nove raspukline i druge geomorfološke oblike. mini|desno|200px|Prostiranje talasa energije emitirane tokom tipičnog zemljotresa.
Prostiranje energije iz zemljotresa Brzina prostiranja talasa zavisi od gustoće i elastičnosti medija u koji talasi prodiru. Brzine se za našu planetu kreću od oko 3–8 km/s u Zemljinoj kori, pa do 13 km/s u najdubljem dijelu plašta. Zemljotresi proizvode razne vrste talasa s različitim brzinama. Pri prolasku preko seizmoloških opservatorija, njihovo različito vrijeme putovanja omogućava naučnicima da lociraju žarište (ili fokus, ili hipocentar) zemljotresa.
U geofizici, talasi isijani tokom zemljotresa koriste se na dva osnovna načina: tomografski gdje se, slično kao u medicini, koriste refrakcija i refleksija talasa za ispitivanje unutrašnjosti, te oscilacijski gdje se identifikacija pojedinih segmenata Zemljine unutrašnjosti vrši odnosno njihova fizikalno-hemijska svojstva ispituju posmatranjem vlastitih slobodnih oscilacija Zemlje karakterističnih za neki njen segment ili proces. Zahvaljujući velikoj globalnoj mreži seizmoloških opservatorija, seizmička tomografija je zastupljeniji način. Nedostatak oba ova načina je to što ih se može koristiti samo kad se desi vrlo jak zemljotres. To je naime jedina pojava na Zemlji, kod koje dolazi do ispuštanja dovoljne količine kinetičke energije da bi se dobila rezolucija (jasnoća) neophodna za dvodimenzionalno ili trodimenzionalno oslikavanje odnosno izučavanje unutrašnjosti planete.
Dva osnovna tipa seizmičkih talasa su tjelesni talasi i površinski talasi. Postoje i drugi načini prostiranja talasa ali oni nisu od velikog značaja u seizmologiji odnosno geofizici.Bullen, K. E., Bolt, B.A. (Editor) An Introduction to the Theory of Seismology. Cambridge University Press. 4. izdanje 1987, 520 strana. .
Tjelesni talasi Tjelesni talasi putuju kroz unutrašnjost Zemlje. Oni slijede putanju zrake zakrivljenu promjenljivom gustoćom i Youngovim modulom (krutošću) Zemljine unutrašnjosti. Gustoća i moduli zauzvrat variraju u skladu s promjenama temperature, sastava i faze. Ovaj efekat je sličan refrakciji svjetlosnih talasa.
P talasi (primarni) su longitudinalni ili kompresijski talasi. U čvrstim materijalima ovi talasi generalno putuju skoro dvostruko brže od S talasa, a mogu se prostirati kroz sve vrste materijala. U zraku, ti talasi pritiska postaju zvučni ili audio talasi, pa putuju brzinom zvuka. Tipične brzine su 330 m/s kroz zrak, 1450 m/s kroz vodu, te oko 5000 m/s kroz granit. S talasi (sekundarni) su transverzni ili poprečni (eng. shear) talasi, što znači da se pod njihovim djelovanjem tlo pomiče okomito na njihov pravac prostiranja. Kod horizontalno polarizovanih S talasa, tlo se kreće naizmjenično ka jednoj pa drugoj strani. S talasi mogu putovati jedino kroz čvrstu materiju, pošto fluidi (tečnosti i gasovi) nisu u stanju zadržavati poprečne stresove. Brzina ovih talasa je oko 60% brzine P talasa u datom materijalu. S talasi stižu u seizmološku stanicu nakon P talasa, jer imaju relativno manju brzinu prostiranja.
Površinski talasi Površinski talasi su analogni vodenim talasima a putuju po Zemljinoj površini, i to sporije nego tjelesni talasi. Usljed njihove niske frekvencije, dugotrajnosti te velike amplitude, oni su većinom najrazornija vrsta seizmičkih talasa. Postoje dva podtipa površinskih talasa: Rayleigh talasi, te Love talasi.
Rayleigh talasi, ili "uvijanje tla", su površinski talasi koji putuju u obliku mreškanja (prepletenih nizova manjih talasa), u kretanju sličnom kretanju talasa na površini vode. Međutim za razliku od vodenih talasa, povratna sila kod Rayleigh i dr. seizmičkih talasa nije gravitacijska nego elastična, dok je kretanje čestica na manjim dubinama retrogradno. Postojanje ovih talasa predvidio je 1885. godine nobelovac John Rayleigh. Oni su sporiji od tjelesnih talasa, i imaju brzinu koja je oko 90% brzine S talasa za tipični homogeni elastični medij. Love talasi su površinski talasi koji uzrokuju horizontalno poprečno smicanje tla. Nazvani su po britanskom matematičaru A.E.H. Loveu, koji je 1911. godine izradio matematski model za ove talase. Oni se obično kreću nešto brže od Rayleigh talasa, ili oko 90% brzine S talasa.
Korisnost U istraživanju i praksi najkorisniji su P i S talasi, na dva glavna načina: u geofizici kod izučavanja fizikalno-hemijskih svojstava unutrašnjosti Zemlje, te u seizmologiji kod lociranja zemljotresa.
U geofizici Talasi isijavani tokom jakih zemljotresa predstavljaju glavni izvor informacija u istraživanju najdubljih regiona naše planete.
Na primjer, kad se zemljotres dogodi, seizmometri u blizini epicentra sve do udaljenosti oko 90 km su u stanju zabilježiti i P i S talase, ali oni udaljeniji više ne prepoznaju visoke frekvencije prvog S talasa. Pošto poprečni talasi ne mogu prolaziti kroz tečnost, ovaj fenomen je poslužio kao prvobitni dokaz danas dobro poznate činjenice da je Zemljina vanjska jezgra tečna. Slično je pretpostavljeno da i Mjesec ima čvrstu jezgru, ali su kasnija istraživanja ukazala da je Mjesečeva jezgra možda istopljena.
U seizmologiji mini|desno|300px|Primjer određivanja mogućeg položaja hipocentra zemljotresa iz kašnjenja nailaska talasa na dvije udaljene seizmološke stanice (u proizvoljnim jedinicama). U slučaju lokalnih odnosno bližih zemljotresa, razlika u vremenu nailaska (dolaska prvih) P i S talasa koristi se za određivanje udaljenosti zemljotresa. U slučaju zemljotresa na ogromnim razdaljinama, neophodne su barem četiri geografski raznolike (tj. što ravnomjernije raspoređene oko hipocentra) seizmološke stanice na zajedničkom sistemu praćenja protoka vremena. Na njima se bilježi vrijeme nailaska P talasa, iz čega se onda računa jedinstveno vrijeme i lokacija zemljotresa. Tipično, desetine ili čak stotine nailazaka P talasa koriste se za proračun jednog hipocentra. Uobičajena su neslaganja u proračunu hipocentra do 0,5 sekundi kod udaljenih, a 0,1-0,2 sekundi kod lokalnih zemljotresa. Ovo praktično znači da je većina dojavljenih nailazaka P talasa u saglasnosti s proračunom lokacije hipocentra. Tipičan algoritam za računanje lokacije je iterativan (tj. rješenju se približava u koracima), a započinje s pretpostavkom da se zemljotres desio na dubini od 33 km, da bi potom podešavanjem dubine minimizirao ostatke iz proračuna. Većina zemljotresa dešava se na dubinama do 100 km.
Brz i najmanje pouzdan način određivanja razdaljine između seizmometra i ishodišta seizmičkog talasa do 200 km udaljenosti, je množenjem kašnjenja tj. razlike vremena nadolazaka P talasa i S talasa u sekundama, sa 8 km/s. Savremene mreže seizmoloških opservatorija služe se komplikovanijim i pouzdanijim načinima za lociranje zemljotresa.
Na ogromnim razdaljinama odnosno globalno, prvopridošli P talasi su prethodno putovali duboko u unutrašnjost Zemljinog plašta, i možda se čak i reflektovali od vanjsku jezgru, prije nego što su doputovali nazad do Zemljine površine gdje ih je zabilježila seizmološka opservatorija. Talasi na ovaj način putuju brže nego da su se od zemljotresa do seizmometra kretali pravolinijski. Razlog tome je što se, u skladu s Huygensovim principom, brzina kretanja unutar Zemlje znatno povećava. Po tom Principu gustoća unutar planete raste s dubinom, što bi samo po sebi usporilo talase, ali pošto s dubinom još više raste i modulus stijena, dublje znači brže. Stoga duži put može zahtijevati kraće vrijeme.
Da bi se precizno sračunala lokacija hipocentra, stvarno vrijeme putovanja mora biti poznato s velikom tačnošću. Zato je od velike važnosti da opservatorije budu na istom sistemu praćenja protoka vremena. Danas u tu svrhu najčešće služi sistem globalnog pozicioniranja GPS, koji kao sastavni dio svoje navigacijske radio-poruke sadrži i vrijeme. Budući da u svakoj sekundi vremena P talasi prevale velike razdaljine, čak i greška od 0,5 s u proračunu vremena nailaska može značiti za više stotina kilometara pogrešan proračun udaljenosti pa time i lokacije zemljotresa. U praksi se stoga koriste nailasci P talasa u veliki broj seizmoloških stanica zajedno, kako bi se na taj način greške umanjile ili poništile. Tako sračunata lokacija epicentra danas je uglavnom pouzdana, i kreće se u prosjeku oko 10–50 km globalno. Guste mreže bliskih stanica, kakve postoje npr. u Kaliforniji, omogućuju tačnost od oko 1 km. Daleko veća tačnost je ostvariva kad se vrijeme mjeri direktno pomoću unakrsnog koreliranja talasnih frontova.
Opis