Cutremurul de Pămînt este unul din cele mai înspământătoare şi distrugătoare fenomene ale naturii de pe Terra. Potenţialul enorm de distrugere se datorează energiei cutremurului, care la un seism deosebit de puternic este de zece-douăzeci de mii de ori mai mare decât energia primei bombe atomice aruncate peste Hiroshima.
Mai mult, acest fenomen se poate produce prin surprindere, în orice condiţii climaterice, în orice timp al anului şi al zilei. De aceea, mişcările seismice au efecte psihologice negative asupra oamenilor, obişnuiţi să considere Pământul ca un suport sigur. În momentul, când totul în jur se zguduie violent, cad obiecte, trosnesc pereţii şi se prăbuşesc clădiri, oamenii sunt cuprinşi de o spaimă cumplită, după care îşi revin cu greu.
Pe Glob există arii imense unde cutremurele nu se produc. Aceste regiuni numite aseismice sunt următoarele: scutul baltic, canadian, brazilian, african, australian, platforma rusă, Groenlanda ş.a. Dar sunt şi teritorii în care seismele se manifestă puternic şi frecvent:
- centura de foc a Pacificului, căreia îi revin circa 80% din cutremurele puternice globale şi 90% din toată energia seismică anuală;
- brâul Mediteranean-Himalaian, care cuprinde şi munţii Carpaţi cu zona seismogenă Vrancea ce afectează şi teritoriul Republicii Moldova.
Celelalte zone seismice, Oceanul Atlantic, partea interioară a Oceanului Pacific, Riftul Est-African ş.a. au o activitate seismică mult mai redusă.
Originea cutremurelor
Distribuţia geografică neuniformă a seismelor pe suprafaţa Terrei îşi găseşte explicaţia în teoria plăcilor tectonice. Conform acesteia, învelişul extern rigid al Pământului este format din cincisprezece plăci tectonice mobile, de 60-100 km grosime, pe unele dintre care se află şi continentele. Aceste plăci litosferice “plutesc” pe astenosferă, stratul de suprafaţă semitopit al mantalei Pământului, şi sub acţiunea curenţilor de convecţie din manta se deplasează extrem de lent, cu o viteză de până la 12 cm pe an. Unele plăci se împing reciproc, iar în anumite locuri o placă alunecă şi coboară sub o altă placă, penetrând la adâncimi cu temperaturi şi presiuni înalte unde se topeşte consumându-se. Altele se îndepărtează una de alta, spaţiul dintre ele fiind completat cu magmă solidificată, care ulterior formează crusta nouă. Unele blocuri imense de crustă terestră alunecă unul faţă de altul.
La marginile dintre plăci mişcarea este frânată de forţa de frecare dintre ele, astfel că în aceste locuri se acumulează tensiuni enorme. Atunci când rocile care întră în contact se rup sau alunecă brusc, se produce o degajare sub formă de unde seismice a energiei acumulate, adică se produce cutremurul propriu-zis. Intensitatea acestuia depinde de suprafaţa de rupere, de adâncimea la care se produce şi de natura rocilor.
Cutremurele de origine tectonică reprezintă circa 90% din numărul total de cutremure care se produc într-o anumită perioadă de timp. Pe Terra se mai produc cutremure la erupţia vulcanilor, cărora le revin circa 7% din numărul total de seisme. Zguduirile vulcanice, în unele cazuri, sunt puternice, dar se manifestă într-o arie restrânsă.
Alunecările de teren, prăbuşirea tavanelor unor peşteri şi galerii de mine sau alte goluri subterane provoacă şi ele cutremure, însă sunt slabe şi au numai efecte locale. Magnitudinea acestora nu depăşeşte 4,5 grade pe scara Richter şi le revin mai puţin de 3% din numărul total de cutremure.
Undele seismice
Energia eliberată în focarul unui cutremur se propagă în toate direcţiile prin unde seismice de volum şi de suprafaţă. Din undele seismice de volum fac parte undele longitudinale P şi transversale S. Cele mai rapide sunt undele P care străbat zonele lichide şi solide din interiorul Pământului. Mişcarea particulelor se produce în acelaşi mod ca şi în undele sonore, adică prin comprimări şi dilatări succesive ale mediului pe direcţia propagării undei. În rocile tari se propagă undele S, în care particulele mediului se deplasează perpendicular pe direcţia de propagare a undei. Viteza undelor P este de 1,73 ori mai mare decât a undelor S, ambele fiind dependente de densitatea rocilor prin care se propagă.
1. unda p - este o unda longitudinala, de compresie
- determina miscarea particulelor solului paralel cu directia de propagare
- deplasarea acestei unde este similara cu cea a unei rame (compresie-dilatare) in directia de mers
- are viteza de 7,8 km/s (pentru structura geologica Vrancea)
- amplitudinea acestei unde este direct proportionala cu magnitudinea (energia cutremurului)
- este perceputa la suprafata de catre oameni ca pe o saltare, un mic soc in plan vertical
- nu este periculoasa pentru structuri (cladiri) deoarece contine (transporta) aproximativ 20% din energia totala a cutremurului
2. unda s - este o unda transversala, de forfecare
- determina miscarea particulelor solului perpendicular (transversal) fata de directia de propagare
- deplasarea acestei unde este similara cu inaintarea unui sarpe (miscari ondulatorii stanga-dreapta fata de directia de inaintare)
- are viteza de 4,6 km/s (pentru structura geologica Vrancea)
- ajunge, din acest motiv, la suprafata solului intotdeauna dupa unda p
- este resimtita la suprafata sub forma unei miscari de forfecare, de balans in plan orizontal
- este periculoasa, deoarece transporta aproximativ 80% din energia totala a cutremurului
- determina distrugeri proportionale cu magnitudinea cutremurului si cu durata de oscilatie
- cladirile cad datorita intrarii in rezonanta a frecventei proprii de oscilatie a structurii cladirii cu frecventa undei incidente, in acest caz efectul distructiv fiind puternic amplificat
- determina miscarea particulelor solului paralel cu directia de propagare
- deplasarea acestei unde este similara cu cea a unei rame (compresie-dilatare) in directia de mers
- are viteza de 7,8 km/s (pentru structura geologica Vrancea)
- amplitudinea acestei unde este direct proportionala cu magnitudinea (energia cutremurului)
- este perceputa la suprafata de catre oameni ca pe o saltare, un mic soc in plan vertical
- nu este periculoasa pentru structuri (cladiri) deoarece contine (transporta) aproximativ 20% din energia totala a cutremurului
2. unda s - este o unda transversala, de forfecare
- determina miscarea particulelor solului perpendicular (transversal) fata de directia de propagare
- deplasarea acestei unde este similara cu inaintarea unui sarpe (miscari ondulatorii stanga-dreapta fata de directia de inaintare)
- are viteza de 4,6 km/s (pentru structura geologica Vrancea)
- ajunge, din acest motiv, la suprafata solului intotdeauna dupa unda p
- este resimtita la suprafata sub forma unei miscari de forfecare, de balans in plan orizontal
- este periculoasa, deoarece transporta aproximativ 80% din energia totala a cutremurului
- determina distrugeri proportionale cu magnitudinea cutremurului si cu durata de oscilatie
- cladirile cad datorita intrarii in rezonanta a frecventei proprii de oscilatie a structurii cladirii cu frecventa undei incidente, in acest caz efectul distructiv fiind puternic amplificat
Folosind raportul dintre vitezele celor doua unde,care ramane relativ constant in orice cutremur, 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.
Hipocentrul şi epicentrul
Focarul seismului este locul in care acesta se naste, iar epicentrul, punctual de la suprafata Pamantului situate pe verticala fata de acest focar. Focarele seismelor sunt situate:
in crusta terestra, pana la o adancimede 20 km in regiunile continentale si la cativa kilometric sub fundul marii (la nivelul faliilor transformate sau al dorsalelor oceanice); ele se afla deci, oarecum la suprafata.
in interiorul placilor in curs de subductie, unde seismele se produc chiar si la o adancime de 700 km.
Focarul seismic, în general, nu este o explozie în scoarţa terestră care să poată fi considerată punctiformă. Cercetările asupra mecanismului de producere a cutremurelor au demonstrat că acestea sînt generate de formarea unor fisuri, iar în cazul seismelor puternice - a nenumărate fracturi ale rocilor. Punctul iniţial al ruperii e numit focar sau hipocentru şi poate fi situat atît aproape de suprafaţă, cît şi la adâncimi mari. Punctul de pe suprafaţa Pământului, situat pe verticala ce trece prin focar, este numit epicentru.
Focarul seismic, în general, nu este o explozie în scoarţa terestră care să poată fi considerată punctiformă. Cercetările asupra mecanismului de producere a cutremurelor au demonstrat că acestea sînt generate de formarea unor fisuri, iar în cazul seismelor puternice - a nenumărate fracturi ale rocilor. Punctul iniţial al ruperii e numit focar sau hipocentru şi poate fi situat atît aproape de suprafaţă, cît şi la adâncimi mari. Punctul de pe suprafaţa Pământului, situat pe verticala ce trece prin focar, este numit epicentru.
Magnitudinea şi intensitatea
Puterea unui cutremur este caracterizată prin magnitudinea sau intensitatea acestuia exprimată în grade. Deoarece puterea cutremurului variază într-un interval foarte larg, Charles Richter a introdus, în 1931, scara logaritmică a magnitudinilor care-i poartă numele şi care e bazată pe măsurarea amplitudinii maxime a undelor seismice înregistrate. Creşterea magnitudinii cu o unitate corespunde creşterii amplitudinii undei de 10 ori. Din punct de vedere matematic, scara magnitudinilor nu are o limită superioară, însă practic limita ei superioară e determinată de rezistenţa rocilor.
În prezent, se utilizează mai multe scări de intensitate: scara de 12 grade Mercalli modificată (MM), scara de 12 grade Medvedev-Sponhauer-Karnic (MSK) (mai frecvent aplicată în ţările est-europene, inclusiv Republica Moldova), precum şi scări adaptate la condiţiile sociale şi tehnice ale unor ţări, ca de exemplu Japonia (7 grade), China (12 grade). Acestea fiind scări descriptive, aprecierea intensităţii se bazează pe cercetarea fenomenelor reale în zonele afectate.