Unde seismice

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.
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.
Undele seismice
Energia eliberată brusc de un cutremur se răspândeşte în toate direcţiile, formand undele seismice.
Pe măsura îndepărtării de locul perturbaţiei iniţiale, energia se repartizează pe tot mai multe particule − efectele seismului sunt tot mai mici la distanţe 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 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.
Pe suprafaţa liberă a Pământului se propagă undele Love şi Reyleigh, care se formează prin reflexia repetată a undelor de volum în straturile geologice superficiale. Undele de suprafaţă au viteză mai mică şi la un cutremur puternic fac de câteva ori înconjurul Pământului. Acest fapt permite staţiilor seismice să înregistreze cutremure care se produc chiar şi pe partea opusă a Globului. Diferenţa dintre momentele de sosire la o staţie seismică a undelor S şi P serveşte la determinarea distanţei epicentrale. Deşi undele seismice provoacă numeroase distrugeri şi pierderi de vieţi omeneşti, anume ele au oferit informaţii preţioase despre structura internă a Pământului.
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 seismică
Pentru înregistrarea cutremurelor s-au construit seismografe speciale, care înregistrează direct acceleraţia, viteza sau deplasarea terenului pe trei direcţii: Nord-Sud, Est-Vest şi pe verticală. Seismografele moderne generează semnale electrice, care se amplifică de mii sau chiar milioane de ori şi se înregistrează pe hârtie sensibilă, bandă magnetică sau suport digital. În urma prelucrării acestor înregistrări care se numesc seismograme, se determină parametrii cutremurelor: timpul producerii, momentele de sosire a undelor, coordonatele geografice ale epicentrului, adâncimea focarului, magnitudinea etc.
Monitorizarea seismică globală este realizată de o reţea de staţii seismice, în care intră şi reţelele naţionale ale multor ţări. Informaţia despre producerea unui cutremur este transmisă la centrele mondiale: Centrul Euromediteranean, Franţa; Centrul Internaţional Seismic din Newbury, Anglia; Centrul Informaţional al CSI din Obninsk, Rusia.
Pentru fiecare zonă seismică sunt alcătuite cataloage ce cuprind informaţii despre cutremurele produse, inclusiv cele care au avut loc cu mult înainte de existenţa instrumentelor de înregistrare. Cel mai vechi catalog este cel chinezesc (3000 ani) şi japonez (1600 ani). Cataloagele cutremurelor pentru zona noastră au fost elaborate de seismologii români C. Radu, L. Constantinescu şi V. Mârza şi conţin date începând cu anul 984.
Aceste cataloage sunt utilizate în studiul relaţiilor dintre seismicitate şi geologia planetei, la alcătuirea hărţilor seismice, la evaluarea hazardului seismic pe teritoriul unor ţari, la evaluarea riscului seismic al construcţiilor etc.
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. Cele mai puternice cutremure care s-au produs în epoca măsurărilor instrumentale sînt cele de pe continentul american: cutremurul din Chile, 1960 (magnitudinea 9,5) şi din Alasca, 1964 (M = 9,2).
Majorarea magnitudinii cu o unitate corespunde creşterii 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 decât energia seismului produs la 28 aprilie 1999 (M = 5,4), cel mai important din ultimii ani şi care s-a resimţit destul de bine şi în Republica Moldova.
Energia seismică ce se degajă în focarul cutremurului diferă de energia seismului de la suprafaţa Pământului. Spre deosebire de magnitudine, intensitatea seismului, exprimată şi ea în grade, are la bază gradul de acţiune a oscilaţiilor subterane asupra diferitelor construcţii şi obiecte, asupra oamenilor. De fapt, pentru oameni pericolul îl reprezintă nu înseşi oscilaţiile seismice, ci urmările acestora: avarierea clădirilor, gazoductelor şi liniilor electrice, deformarea suprafeţei terestre, alunecările de teren etc.
Seismicitatea în România
România este o ţară seismică, anual producându-se cca. 500 de cutremure, dintre care în ultimele două secole 50 au avut magnitudinea de peste 5 grade pe scara Richter. Teritoriul României este afectat în proporţie de peste 50% de seisme puternice sau moderate. În raport cu Japonia însă, cantitatea de energie seismică eliberată anual este de 400 de ori mai mică. Studiul seismicităţii a dus la conturarea mai multor regiuni epicentrale: vrânceană, făgărăşeană, bănăţeană etc. Dintre acestea, cutremurele vrâncene sunt singurele de tip intermediar (cu adâncimi situate sub 170 km). Ele eliberează periodic cea mai mare cantitate de energie, provoacă cele mai mari distrugeri şi se resimt pe areale ce se extind până la Moscova şi Marea Egee.