Unde seismice - Originea cutremurelor

Cutremurul de Pamint este unul din cele mai inspamantatoare si distrugatoare fenomene ale naturii de pe Terra. Potentialul enorm de distrugere se datoreaza energiei cutremurului, care la un seism deosebit de puternic este de zece-douazeci de mii de ori mai mare decat energia primei bombe atomice aruncate peste Hiroshima.

• Originea cutremurelor:

Distributia geografica neuniforma a seismelor pe suprafata Terrei isi gaseste explicatia in teoria placilor tectonice. Conform acesteia, invelisul extern rigid al Pamantului este format din cincisprezece placi tectonice mobile, de 60-100 km grosime, pe unele dintre care se afla si continentele. Aceste placi litosferice "plutesc" pe astenosfera, stratul de suprafata semitopit al mantalei Pamantului, si sub actiunea curentilor de convectie din manta se deplaseaza extrem de lent, cu o viteza de pana la 12 cm pe an. Unele placi se imping reciproc, iar in anumite locuri o placa aluneca si coboara sub o alta placa, penetrand la adancimi cu temperaturi si presiuni inalte unde se topeste consumandu-se. Altele se indeparteaza una de alta, spatiul dintre ele fiind completat cu magma solidificata, care ulterior formeaza crusta noua. Unele blocuri imense de crusta terestra aluneca unul fata de altul.

La marginile dintre placi miscarea este franata de forta de frecare dintre ele, astfel ca in aceste locuri se acumuleaza tensiuni enorme. Atunci cand rocile care intra in contact se rup sau aluneca brusc, se produce o degajare sub forma de unde seismice a energiei acumulate, adica se produce cutremurul propriu-zis. Intensitatea acestuia depinde de suprafata de rupere, de adancimea la care se produce si de natura rocilor.

• Undele seismice

Energia eliberata brusc de un cutremur se raspandeste in toate directiile, formand undele seismice.

Pe masura indepartarii de locul perturbatiei initiale, energia se repartizeaza pe tot mai multe particule − efectele seismului sunt tot mai mici la distante mai mari. Undele seismice sunt un 'amestec' de unde longitudinale si transversale.

• Producerea undelor seismice

Cand are loc o fisura sau deplasare brusca in scoarta pamantului, energia radiaza in exterior sub forma unor unde seismice, la fel cum energia formata prin miscarea unei suprafete de apa radiaza sub forma unui val. In fiecare cutremur, exista mai multe tipuri de unde seismice.

Undele interioare se deplaseaza in partea interioara a pamantului, iar undele superficiale se deplaseaza la suprafata acestuia. Undele superficiale - uneori denumite unde lungi sau mai simplu, unde L - sunt responsabile pentru cele mai multe pagube asociate cutremurelor, deoarece cauzeaza cele mai intense vibratii. Undele superficiale se propaga din undele interioare care ajung la suprafata

Se face distinctia intre doua tipuri principale de unde interioare:

1. Unde primare (longitudinale), denumite si unde P sau unde de comprimare, se propaga cu o viteza de aproximativ 1 pana la 5 mile pe secunda (1.6 pana la 8 kilometri/secunda), depinzand de materialul prin care se deplaseaza. Aceasta viteza este mai mare decat cea a altor unde, astfel incat undele P ajung inaintea celorlalte la o anumita suprafata. Ele se pot deplasa prin substante solide, lichide si gazoase, si astfel vor patrunde prin scoarta pamantului. Atunci cand se deplaseaza prin roca, undele pun in miscare particule minuscule de roca, inainte si inapoi, indepartandu-le si apropiindu-le, pe directia pe care circula unda. Aceste unde ajung de obicei la suprafata sub forma unei bufnituri bruste.

2. Unde secundare (transversale), denumite si unde S sau unde de taiere, ajung la suprafata putin in urma undelor P. In timp ce aceste unde sunt in miscare, ele deplaseaza in afara particule de roca, impingandu-le perpendicular cu calea undelor. Astfel rezulta prima perioada de ondulare asociata cutremurelor. Spre deosebire de undele P, undele S nu se deplaseaza direct prin pamant. Ele circula doar prin materiale solide, astfel incat sunt oprite de stratul lichid din interiorul pamantului.

Ambele feluri de unde interioare se deplaseaza de-a lungul Globului Pamantesc, si pot fi detectate pe partea opusa punctului din care a plecat cutremurul. In mod constant se produc unde seismice foarte slabe care se deplaseaza de-a lungul planetei.

Undele superficiale sunt asemanatoare valurilor aparute intr-o suprafata de apa - ele misca suprafata pamantului in sus si in jos. Acest fapt cauzeaza de obicei cele mai mari pagube deoarece miscarea undei zguduie temeliile edificiilor create de om. Undele L sunt cele mai lente dintre toate, astfel ca cea mai intensa zguduire se produce la sfarsitul cutremurului.

• Analiza originii cutremurului

In timp ce viteza exacta a undelor P si S variaza in functie de compozitia materialului prin care se deplaseaza, raportul dintre vitezele celor doua unde va ramane relativ constant in orice cutremur. Undele P se deplaseaza in general de 1,7 ori mai rapid decat undele S.

Folosind acest raport, seismologii pot calcula distanta dintre orice punct de pe suprafata pamantului si epicentrul cutremurului, mai exact punctul unde vibratiile isi au originea. Seismologii reusesc acest lucru prin intermediul seismografului - un aparat care inregistreaza undele. Pentru a afla distanta dintre seismograf si epicentru, seismologii trebuie sa cunoasca de asemenea si momentul in care au ajuns vibratiile. Pe baza acestor informatii, ei pur si simplu noteaza cat timp a trecut intre aparitia celor doua unde iar dupa aceea verifica un tabel care le arata distanta pe care undele au parcurs-o, bazandu-se pe intarzierea undelor.

Adunandu-se aceste informatii din trei sau mai multe puncte, se poate localiza epicentrul, prin procesul numit trilateratie. Acest proces consta in desenarea unei sfere imaginare in jurul locatiei fiecarui seismograf, cu punctul de masurare drept centru si raza egala cu distanta masurata (notata cu X) de la acel punct pana la epicentru. Aria cercului reprezinta toate punctele aflate la X mile departare de seismograf. Atunci epicentrul trebuie sa se afle undeva pe aceasta sfera. Daca sunt desenate doua sfere, pe baza informatiilor provenind de la doua seismografe diferite, se va obtine un cerc bidimensional in punctul de concurenta al sferelor. Deoarece epicentrul trebuie sa se gaseasca in aria ambelor sfere, toate punctele epicentrale posibile sunt localizate pe cercul format prin intersectarea acestor doua sfere. O a treia sfera va intersecta doar de doua ori acest cerc, stabilind drept posibile doar doua puncte de epicentru. Si deoarece centrul fiecarei sfere se afla pe suprafata pamantului, iar unul dintre aceste puncte posibile se va gasi in aer, ramane o singura locatie logica pentru epicentru.

Energia eliberata in focarul unui cutremur se propaga in toate directiile prin unde seismice de volum si de suprafata. Din undele seismice de volum fac parte undele longitudinale P si transversale S. Cele mai rapide sunt undele P care strabat zonele lichide si solide din interiorul Pamantului. Miscarea particulelor se produce in acelasi mod ca si in undele sonore, adica prin comprimari si dilatari succesive ale mediului pe directia propagarii undei. In rocile tari se propaga undele S, in care particulele mediului se deplaseaza perpendicular pe directia de propagare a undei. Viteza undelor P este de 1,73 ori mai mare decat a undelor S, ambele fiind dependente de densitatea rocilor prin care se propaga.

Pe suprafata libera a Pamantului se propaga undele Love si Reyleigh, care se formeaza prin reflexia repetata a undelor de volum in straturile geologice superficiale. Undele de suprafata au viteza mai mica si la un cutremur puternic fac de cateva ori inconjurul Pamantului. Acest fapt permite statiilor seismice sa inregistreze cutremure care se produc chiar si pe partea opusa a Globului. Diferenta dintre momentele de sosire la o statie seismica a undelor S si P serveste la determinarea distantei epicentrale. Desi undele seismice provoaca numeroase distrugeri si pierderi de vieti omenesti, anume ele au oferit informatii pretioase despre structura interna a Pamantului.

• Intensitatea cutremurelor

Intensitatea cutremurelor este reprezentata in diferite scale. Cele mai des utilizate sunt:

-scala Richter, care exprima logaritmic energia eliberata la o anumita distanta epicentrala, este o scala logaritmica ce se exprima in numere zecimale cuprinse intre 1-9

-scala Mercalli modificata, care descrie intensitatea cutremurului prin observarea efectelor sale in epicentru.

• Instrumentarea seismica

Pentru inregistrarea cutremurelor s-au construit seismografe speciale, care inregistreaza direct acceleratia, viteza sau deplasarea terenului pe trei directii: Nord-Sud, Est-Vest si pe verticala. Seismografele moderne genereaza semnale electrice, care se amplifica de mii sau chiar milioane de ori si se inregistreaza pe hartie sensibila, banda magnetica sau suport digital. In urma prelucrarii acestor inregistrari care se numesc seismograme, se determina parametrii cutremurelor: timpul producerii, momentele de sosire a undelor, coordonatele geografice ale epicentrului, adancimea focarului, magnitudinea etc.

Monitorizarea seismica globala este realizata de o retea de statii seismice, in care intra si retelele nationale ale multor tari. Informatia despre producerea unui cutremur este transmisa la centrele mondiale: Centrul Euromediteranean, Franta; Centrul International Seismic din Newbury, Anglia; Centrul Informational al CSI din Obninsk, Rusia.

Pentru fiecare zona seismica sunt alcatuite cataloage ce cuprind informatii despre cutremurele produse, inclusiv cele care au avut loc cu mult inainte de existenta instrumentelor de inregistrare. Cel mai vechi catalog este cel chinezesc (3000 ani) si japonez (1600 ani). Cataloagele cutremurelor pentru zona noastra au fost elaborate de seismologii romani C. Radu, L. Constantinescu si V. Marza si contin date incepand cu anul 984.

Aceste cataloage sunt utilizate in studiul relatiilor dintre seismicitate si geologia planetei, la alcatuirea hartilor seismice, la evaluarea hazardului seismic pe teritoriul unor tari, la evaluarea riscului seismic al constructiilor etc.

• Magnitudinea si intensitatea

Puterea unui cutremur este caracterizata prin magnitudinea sau intensitatea acestuia exprimata in grade. Deoarece puterea cutremurului variaza intr-un interval foarte larg, Charles Richter a introdus, in 1931, scara logaritmica a magnitudinilor care-i poarta numele si care e bazata pe masurarea amplitudinii maxime a undelor seismice inregistrate. Cresterea magnitudinii cu o unitate corespunde cresterii amplitudinii undei de 10 ori. Din punct de vedere matematic, scara magnitudinilor nu are o limita superioara, insa practic limita ei superioara e determinata de rezistenta rocilor. Cele mai puternice cutremure care s-au produs in epoca masurarilor instrumentale sint cele de pe continentul american: cutremurul din Chile, 1960 (magnitudinea 9,5) si din Alasca, 1964 (M = 9,2).

Majorarea magnitudinii cu o unitate corespunde cresterii de 31 ori a energiei seismice. Astfel, energia cutremurului din Vrancea din 10 noiembrie 1940 (M = 7,4) a fost de aproape 1000 ori mai mare decat energia seismului produs la 28 aprilie 1999 (M = 5,4), cel mai important din ultimii ani si care s-a resimtit destul de bine si in Republica Moldova.

Energia seismica ce se degaja in focarul cutremurului difera de energia seismului de la suprafata Pamantului. Spre deosebire de magnitudine, intensitatea seismului, exprimata si ea in grade, are la baza gradul de actiune a oscilatiilor subterane asupra diferitelor constructii si obiecte, asupra oamenilor. De fapt, pentru oameni pericolul il reprezinta nu insesi oscilatiile seismice, ci urmarile acestora: avarierea cladirilor, gazoductelor si liniilor electrice, deformarea suprafetei terestre, alunecarile de teren etc.

• Seismicitatea in Romania

Romania este o tara seismica, anual producandu-se cca. 500 de cutremure, dintre care in ultimele doua secole 50 au avut magnitudinea de peste 5 grade pe scara Richter. Teritoriul Romaniei este afectat in proportie de peste 50% de seisme puternice sau moderate. In raport cu Japonia insa, cantitatea de energie seismica eliberata anual este de 400 de ori mai mica. Studiul seismicitatii a dus la conturarea mai multor regiuni epicentrale: vranceana, fagaraseana, banateana etc. Dintre acestea, cutremurele vrancene sunt singurele de tip intermediar (cu adancimi situate sub 170 km). Ele elibereaza periodic cea mai mare cantitate de energie, provoaca cele mai mari distrugeri si se resimt pe areale ce se extind pana la Moscova si Marea Egee.