Etapele realizării unei hărții de hazard seismic local (microzonare seismică), dezvoltate de INCDFP in cadrul unor contracte , pentru orice localitate dens populată de pe teritoriul Romaniei, cuprind: (i)-Definirea surselor seismice aferente zonei studiate;(ii)-Geometria surselor seismice; (iii) -Catalogul cutremurelor pentru fiecare sursă care afectează zona de interes; (iv)-Determinarea activității seismice și a magnitudinii maxime posibile (analiza probabilistă); (v)-Legea de recurența magnitudine-frecvență. Stabilirea incertitudinilor in evaluarea relației de recurență (in analiza probabilistă); (vi)-Definirea cutremurului de referința in analiza deterministă; (vii)- Corelația distanța epicentrală - magnitudine in analiza probabilistică; (viii)- Corelația distanța epicentrală - magnitudine in analiza deterministă; (ix)- Corelarea rezultatelor estimărilor analitice(probabiliste) și deterministe pentru raspunsul terenului in amplasament; (x)-Caracterizarea proprietăților dinamice ale terenului din amplasament din foraje și teste geofizice; (xi)- Calculul semnalului seismic , la nivelul rocii de bază, pe traseul focar-roca de bază in metoda deterministă;(xii)- Calculul răspunsului local al masivului de pămant in analiza deterministă, considerand propagarea undelor seismice prin medii liniare sau vascoelastic neliniare situate intre roca de bază și suprafața liberă a terenului;(xiii)- Realizarea hărții de hazard seismic local(microzonare seismică) a localității . Capitolele (ix-xiii) alcătuiesc etapa finală in care se stabilește hazardul (aici hazardul seismic local-microzonare) pentru amplasamentul respectiv.

Realizarea acestor hărți de microzonare seismică a localităților, dens populate, va face ca proiectanții să aibă la indemană toate datele necesare pentru o proiectare sigură și deci rezultă o protecție a populației la acțiunea distrugătoare a cutremurelor de pe teritoriul Romaniei; știindu-se că cele mai puternice cutremure sunt cele vrancene , se cunoaște locul producerii lor, un parametru foarte important in orice analiză de risc seismic.Urmează realizarea și a altor hărți de microzonare seismică… Singura posibilitate de reducere a riscului seismic este modificarea vulnerabilității seismice care se poate face numai in urma unor studii pertinente de microzonare seismică a regiunii in cauză. Hărțile de microzonare seismică sunt reflectarea cea mai exactă a distribuției in spațiu și a intensității efectelor seismice locale, ce există in regiune și care suprapusă celei de hazard (daca există) particularizează răspunsul seismic diferențiat sau alți parametrii necesari activității de proiectare antiseismică. In acest context influența condițiilor locale de teren se reflectă numai asupra efectelor seismice locale pentru a căror identificare și evaluare trebuie făcut un studiu de microzonare pe diferite nivele: A, B și C, in funcție de resursele materiale, ultimele fiind cele mai costisitoare și mai complexe.

Evaluarea corectă a hazardului seismic pentru o anumită zonă sau țara, oferă premiza indispensabilă proiectării antiseismice, deocamdată, singura cale de reducere a pierderilor umane și materiale. Două exemple sunt edificatoare in evaluarea incorectă a hazardului sesimic, exemple date studenților la cursurile de pregătire postuniveristare, de la GFZ-Postdam. Pe harta de hazard seismic a Chinei, ce a avut la baza intocmirii ei datele seismice de circa 3000 de ani, in zona Tangshan a vut loc cutremurul din 27 iulie 1976. Acest cutremur a fost cuantificat cu o magnitudine MGR =7,8 pe scara Richter și o intensitate, Imax=XI pe scara MSK, in timp ce pe harta de hazard seismic a țării era indicată intensitatea, Imax =VI½ (MSK). Datele oficiale au anunțat peste 270.000 de morți și circa 2,5 milioane de răniți. Profesorul Wang, in anul 1987 arăta că dacă s-ar fi făcut studii de paleoseismictate s-ar fi descoperit că au mai fost două asemenea cutremure catastrofale cu o perioda de revenire de circa 3000 de ani. Al doilea exemplu este cel al cutremurului care a avut loc in districtul Kobe (Japonia), pe data de 17 ianuarie 1995 și care a avut o intensitate, Imax =X (MSK) și o magnitudine MGR =7,2. Pe harta de hazard sesimic a Japoniei, in acest loc era trecută intensitatea, Imax =VI (MSK), iar pierderile de vieți omenești au fost in jur de 5250 oameni și circa 5 miliarde $ distrugeri materiale.

Proiectul "Microzonarea seismică a unor zone dens populate" a fost premiat cu Premiul "Programului MENER" de către Ministerul Educației și Cercetării-Autoritatea Națională pentru Cercetare Științifică, pe data de 19 noiembrie 2005 cu ocazia "Zilei Cercetătorului".

Harta de hazard seismic al Romaniei

Cea mai mare provocare pentru orice cercetător in acest domeniu al fizicii Pămantului este realizarea hărții de hazard seismic al Romaniei. Orice analiză de risc seismic pleacă de la analizarea componentelor sale: hazardul, vulnerabilitatea; expunerea și localizarea sunt secundare. Evaluarea hazardului seismic, construirea hărții de hazard seismic al Romaniei , ținand seama de inregistrările care s-au făcut in ultimii ani, va permite o proiectare realistă și o predicție pe termen lung, in sens probabilistic sau determinist, la viitoarele mișcări ale terenului. Evaluarea hazardului seismic este etapa de bază in orice analiză de risc seismic. Evaluarea riscului seismic, care, in final, exprimă pierderile ce pot apărea la producerea unui cutremur de pămant, la un moment dat și de o anumită magnitudine, intr-un anumit loc, pleacă intotdeuna de la analiza de hazard seismic, de la harta de hazard seismic .

Ultima hartă de macrozonare seismică, existentă la această dată, realizată in 1993 , are zone in care intensitățile seismice sunt subevaluate(de exemplu, Dobrogea, Banatul etc.), iar in alte zone, supraevaluate. Intensități de marimea I=IX- IX½ pe scara Mercalli, la care corespunde o acceleratie de proiectare de 0,4g, respectiv 0,6g, fac ca judetul Vrancea, de exemplu, să fie blocat unei dezvoltări durabile. O situație aparte este in zona Banat, unde ultimele cutremure crustale din zonele Banloc, Voitec cer o modificare a intensităților seismice a acestor zone. Pe de altă parte, capitolul privind "Acțiunea seismică" din "Normativul de proiectare al construcțiilor", in fază experimentală, in anul 2004 , propus de MTCT și neacceptat de INCD pentru Fizica Pămantului, propune valori ale accelerațiilor de proiectare care sunt departe de a fi credibile. Accelerația maximă de proiectare, in acest normativ, pentru Focșani este 0,34 g. La cutremurul din 30.08.1986, care a avut o magnitudine MGR =7,0 (de fapt a fost 6,95), accelerația maximă inregistrată la Focșani a fost de 0,314g. Magnitudinea maximă pentru cutremurele vrancene este 7,5 pe scara Richter.Accelerația maxima in Focșani, pentru o perioadă de revenire de 475 de ani, conform normelor europene EC8, va fi cu mult mai mare de 0,34 g .

Actuala hartă de macrozonare seismică nu respectă normele europene EC8. Prin lege, harta de hazard seismic a Romaniei este obligația INCDFP (HG 1313/26 nov.1996), dar se va face in colaborare și cu alți specialiști. Avand in vedere că următorul mare cutremur, cutremur de dimensiunea celui din 1940, va fi ceva mai tarziu , credem că avem timp la dispoziție să construim și să reparăm ce s-a greșit in Normativul P13/1963. Există in București cartiere și clădiri proiectate intre anul 1970 și 1977 la o intensitate seismică I=VII (la care corespunde o acceleratie a=0,1g) față de cea reală, I=VIII½ (a=0,3g). Inputul seismic ce este folosit in calculele de inginerie seismică este cel rezultat din analiza completă de hazard seismic sau din harta de hazard seismic și de aici rezultă responsabilitatea acestor cercetări.

In ultimul timp , Institutul de Geofizică al Univ.Karlsruhe și Inst. de Geoștiințe și Resurse Naturale, Hanovra, impreună cu INCDFP, pe baza unor date privind cutremurele din Romania, Bulgaria, Serbia, Rep.Moldova, Ungaria au realizat hărti de hazard seismic pentru perioade de revenire de 96, 475 și 10.000 ani, folosind analiza probabilistă. Pe aceasta hartă există diferențe majore intre ceea ce se cunoaște, atat din cataloagele de cutremure istorice, cat și din datele de la cutremurele mari din 1940, 1977 si 1986. Fără a mai arăta ca izoseistele nu au o fomă alungită NE-SV, in forma de "banană", caracteristică cutremurelor vrancene puternice, iar orașul Brașov are aceeași intensitate seismică cu Focșani, ceea ce nu este adevărat. Mai mult, orașul Focșani este scos din zona de intensitate maximă, ori cercetările făcute de INCDFP arată că zona de platou este cu cel puțin un grad de intensitate mai mică, nu mai mare, decat orașul Focșani. Cutremurele din Banat și, in special cele din aria seismogenă Moldova Nouă dau intensități in jurul valorii I=VIII, dar in toate aceste hărți, pentru aceasta ultima zonă, intensitatea este mult mai mică.

Pană in anul 2000, studiile de evaluare a hazardului seismic erau facute, la noi in țară, folosind așa numita abordare probabilistă. Dar, in ultimii ani ,la Universitatea Trieste, Departamentul Științele Pămantului, Prof. Honoris Cauza al Univ. București Giuliano F.Panza a dezvoltat metoda deterministă de evaluare a hazardului seismic. Cea mai controversată și dificilă intrebare, pusă de cei ce definesc standarde și pentru cei ce folosesc analizele de hazard seismic, este: care metoda dintre cele două trebuie folosită ? Dacă insă cunoașterea cutremurelor și a mișcării terenului ar fi completă, analiza deterministă ar fi cea mai buna abordare pentru estimarea in timp a magnitudinii cutremurelor. Dacă cunoașterea științifică este limitată, dar avem o bună percepție a incertitudinilor, analiza probabilistă este abordarea potrivită. Din păcate nici una din situații nu este total adevărată.

Metoda deterministă furnizează o estimare a hazardului seismic pe baza unui complex de informații foarte diverse: seismice, tectonice, geologice, geotehnice etc. Spre deosebire de analiza de hazard seismic, efectuată prin metode statistic-probabiliste, concluziile analizei deterministe sunt clare atat analiștilor (seismologi), cat si utilizatorilor (ingineri constructori) sau publicului larg. In analiza deterministă, calculul seismogramelor generate va fi de maximă importanță pentru studierea cazului celui mai rău posibil (worst case earthquake scenario) și a cazului cutremurului de control sau de referință. Dezvoltarea de către INCDFP, impreună cu specialiștii de la Univ.Trieste, a metodei deterministe, in evaluarea hazardului seismic, pentru cutremurele vrancene de mare adancime, a deschis un camp larg de cercetări, mai ales in evaluarea hazardului seismic local(microzonare) al localităților dens populate din zona extracarpatică.

Un proiect intitulat "Cercetări complexe de fizica Pămantului pentru realizarea finală a hărții de hazard seismic a Romaniei prin metode probabiliste si deterministe, liniare si neliniare", va avea ca rezultat final "Harta de hazard seismic a Romaniei". Este un proiect complex, de mare responsabilitate, la care participă Univ.București-Fac.Geologie și Geofizică, NCERC București, Institutul de Mecanica Solidelor al Academiei Romane și Facultatea de Matematică a Universitătii "A.I.Cuza" din Iași. Aici, locul principal il va juca evaluarea hazardului seismic, folosind o abordare deterministă. Analizele deterministe, liniare sau neliniare, cer o cunoastere și o metodologie diferite de ceea ce se face acum in Romania, chiar dacă numai INCDFP folosește, in colaborarile sale internaționale cu Universitatea Trieste și Universitatea Karlsruhe, aceste tehnici noi de analiză și software. Metodele și tehnicile folosite in analiza deterministă a propagării undelor seismice generate in focar pe traseul focar-fundament-suprafată liberă a terenului, sunt combinate, după ce in prealabil s-a făcut o "calibrare" pentru un cutremur inregistrat. Această calibrare va ajuta la "construirea structurilor" pe traseul focar-fundament-suprafața liberă a terenului, chiar daca efectele neliniare pentru magnitudini mari, corespunzătoare cutremurului maxim posibil vor fi reevaluate ținand seama de relațiile neliniare dintre factorii de amplificare spectrală și magnitudinea cutremurului, determinate de noi și publicate de Springer Verlag. INCDFP este initiatorul cercetărilor privind seismologia neliniară, Romania fiind printre primele tari cu rezultate calitative si cantitative in acest domeniu. In cartea : Perspective in Modern Seismology,vol.105, Springer Verlag, Heidelberg , autorii Mărmureanu Gheorghe , Mișicu Mircea, Cioflan Carmen Ortanza și Bălan Florin Stefan au publicat articolul: Nonlinear Seismology-The Seismology of the XXI Century, p.49-70, 2005. Utilizăm metode numerice și analitice , dar pentru structuri geologice situate la mare distanță de focar se folosește de către noi metoda hibridă(metoda dezvoltată de grupul de cercetători de la INCDFP), care este o combinație dintre sumarea modală(pe traseul focar-fundament) și diferențe finite. In loc de diferențe finite, de pe ultima parte a traseului undelor seismice, cuprins intre fundament și suprafața liberă a terenului (free field), vom folosi modele de propagări prin medii vascoelastic , liniare sau neliniare. Aceasta metodologie am folosit-o și la realizarea primei hărți de hazard seismic local(microzonare) pentru București. Oricum, va fi una din cele mai complexe cercetări fundamentale, de propagări de unde seismice in medii vascoelastice liniare și neliare, folosindu-se pentru calcule "work stations" aflate in dotarea INCDFP și a Univ.Trieste-Italia, pentru frevențe de pană la 6-10Hz. Ea va fi gata in luna septembrie 2008, va fi inaintată la MTCT pentru a fi supusă aprobarilor specialiștilor din țară , din proiectare și invătămant, ca să devină normativ(cod), după care se vor proiecta toate obiectivele social- economice, militare etc.din Romania, pentru a rezista la acțiunea cutremurelor locale sau intermediare.

Tomografia seismică a unor obiective industriale cu risc major la cutremure

O alta problemǎ care s-a pus in ultimii ani a fost cea a rezistenței la cutremure a marilor baraje construite in Romania. In Proiectul prioritar nr.511/2004-2006/Programul MENER s-au facut cercetari privind "Tomografia seismicǎ a marilor baraje. Studiu pilot pentru barajul Vidraru".

Există aplicații ale tomografiei seismice și, in general, ale imageriei seismice ca metodă de investigare, promovată pentru salvarea de vieți și bunuri materiale.Tomografia seismică este una din tehnicile geofizice speciale, obiectivul aplicațiilor sale constituindu-l reconstituirea distribuțiilor de viteze(cu valori cat mai apropiate de cele reale) in volumul de rocă traversat de undele elastice, generate pe dispozitive cu intervale intre punctele de generare și geofoni, cat mai detaliate. Dezideratul este constituit de baleierea omogenă cu raze seismice a formațiunii geologice, in planul "deschis" prin lucrări miniere și de foraj.

In funcție de dimensiunea neomogenităților sau a anomaliilor din structura barajelor sau a versanților de susținere, care se vor detecta prin tomografie, se pot folosi două categorii de surse pentru producerea undelor seismice: surse de joasă frecvență și surse de inaltă frecvență. INCDFP și alte grupuri, cu care lucrează, de la Institutul Geologic Roman, folosesc sursele de joasă frecvență, ce sunt surse mecanice, și care generează șocuri perfect repetabile permițand astfel insumarea electronică a semnalelor recepționate și, implicit, obținerea unui raport semnal/zgomot foarte bun. Frecvența maximă generată este de 3000 Hz. Există variante de suprafață și variante pentru foraje, acestea din urmă pot lucra sub apă pană la adancimea de 2000 m, iar ca receptori se pot utiliza lanțuri de geofoni sau hidrofoni, in funcție de aplicație.

Utilizand acest gen de echipamente pot fi detectate infiltrațiile și anomaliile din digurile barajelor, evitandu-se astfel pericolul cedării lor la viituri, la cutremure sau la supraincărcarea lacurilor de acumulare. In felul acesta se face o investigare corespunzătoare, in trei dimensiuni, a versanților barajelor. Barajul Vidraru a fost proiectat la o intensitate seismică (I=VI,a=0,05g), cu mult mai mică decat cea reală (I=IX,a=0,4g). In anul 1992 s-a facut o reevaluare seismică a seismicității din zonă și a datelor seismice de proiectare de către INCDFP și GEOTEC S.A. București. Noile date seismice de proiectare au fost apoi inaintate proiectantului și s-a constatat că barajul ca structură rezistă, dar versantul stang al barajului are infiltrații puternice , ceea ce a condus la micșorarea rezistențelor mecanice ale rocilor din structura barajului. In lacul din spatele barajului sunt circa 500 milioane m3 de apă constituind, un adevărat risc pentru localitățile din aval de acest baraj, in cazul unui cutremur local, ca cel din anul 1916. Trebuie menționat că la construirea barajului nu s-a luat in calcul cutremurul puternic, de suprafață (la circa 10 km ) din 26 ianuarie 1916(magnitudinea MGR =6.4 pe scara Richter), cand in localitatea Cumpăna,Făgăraș, s-au produs modificări morfologice ale terenului, la cațiva km de coada lacului de acumulare. Cercetările s-au facut pentru barajul Vidraru, in vederea inlăturării unor ipoteze privind rezistență scăzută a versantului stang datorită infiltrațiilor puternice ale apelor. Datele obtinute zilele acestea arata cǎ nu sunt probleme, cel puțin din concluziile obținute pană la această dată. Analizele vor fi continuate pentru barajul Bicaz.

Harta desfășurării in timp real a cutremurului (Shake/Quake Map)

In momentul terminării unui cutremur catastrofal, autoritățile doresc să cunoscă imediat zonele afectate puternic. Este vorba de realizarea hărții seismice a desfașurării cutremurului in timp real-Shake/Quake Map. Acest tip de hartă, o noutate pe plan mondial, dă posibilitatea factorilor de decizie, la nivel central sau regional, să ia hotărarile cele mai potrivite măsuri in timpul desfășurării și după terminarea cutremurului. Pe această hartă apar, in diferite culori, zonele cele mai afectate.De exemplu, dacă este vorba de un cutremur vrancean, atunci de la Iași pană la Craiova, pe această hartă vor apare, in timp real, zonele cele mai calamitate și atunci factorii de decizie vor trimite forțele de intervenție pentru a salva, la timp, viețile oamenilor sau bunurile materiale . O asemenea hartă se va realiza și la nivel de județ. In acest caz se va crea un sistem integrat, la nivel național și regional.Un exemplu este prezentat in Fig.6 pentru cutremurul din 27.10.2004 cu magnitudinea Mw =6.00,iar in Fig.7 se vede locul acestei harți in managementul situațiilor de risc, la cutremure puternice,de la timpul t=0,00 secunde pana la "Disater Map", informație extrem de importantǎ pentru autoritǎțile guvernamentale.

Noua clădire a INCDFP a fost construită in așa fel, incat , in sala Comandamentului seismic, pe un perete de 10m , inălțime și 16,18 m lățime(numărul de aur al lui Fidias) să fie proiectată , in timp real,desfășurarea cutremurelor puternice. Este sigura clădire din lume, construită special pentru Shake Map .După instalarea celor peste 340 accelerometre in localitătile dens populate din zona extracarpatică, de la Iasi pană la Craiova și Giurgiu, inclusiv Dobrogea,datelese vor transmite pe cale satelitară, in timp real.

In cadrul Proiectului CRC 461 (Colaborative Research Center) cu Universitatea din Karlsruhe, intitulat "Strong Earthquake:A Challenge for Geosciences and Civil Engineering" (1996-2012) se desfașoară, la această dată, un proiect, intitulat URS pentru realizarea unei asemenea hărți, doar pentru București. In Proiectul prioritar nr.510/2004-2006/Programul MENER, intitulat "Shake Map: Generarea rapidǎ a mișcǎrii instrumentale a terenului si a hărților de intensitate seismică pentru cutremurele puternice vrancene. Metodologie, software si studiul pilot pentru municipiul București ", obiectivul specific este realizarea unei metodologii și a unui software de generare doar pentru municipiul București, in timp real, a unei hărți de mișcare a terenului la un cutremur puternic, de micșorare a timpului de intervenție a instituțiilor romanești abilitate să intervină in caz de calamitate naturală datorită cutremurelor. Pentru municipiul București, impreună cu Univ.Karlsruhe, in cadrul Proiectului URS , pe parcursul unui an de zile(2003-2004) au fost instalate și monitorizate de catre INCDFP un număr de 55 instrumente broad-band, care au inregistrat, in timp real, tot ce s-a intamplat. Costul ridicat al proiectului, din cauza aparaturii (cca 340 instrumente K2 sau Quantera pentru cele 20 orașe, de la Iași la Craiova) de instalat in orașele din zona extracarpatică, face ca acest proiect să aibă o durată mai mare in timp . In Programul European FP6, fac parte din Comitetul Executiv și particip,ca director pentru partea romană, la realizarea proiectului cu acronimul SAFER-Seismic Early Warning for Europa , proiect de cercetare tip STREP, unde WP4 are ca obiect tocmai realizarea hărții Shake Map pentru București, după ce in prealabil la WP2 se definitivează problema sistemului de avertizare seismică ,in timp real , pentru Europa. Romania. INCDFP este cu un pas inainte, deoarece a realizat acest sistem de avertizare seismică in timp real , inclusiv prin demararea și dezvoltarea cercetarilor, incă din anul 2004, pentru realizarea hărții desfășurării in timp real a cutremurului.

Harta desfașurării in timp real a cutremurului (Shake Map) va avea un impact important asupra autoritatilor locale, al structurilor care se ocupa cu situațiile de urgența, al mass-mediei, al mediului de afaceri, al publicului in general. Autoritatile implicate vor fi capabile sa reacționeze imediat, chiar in timpul cutremurului sau in cateva secunde dupa terminarea lui, in luarea unor hotărari pentru a salva viețile oamenilor, să stingă incendiile, să protejeze alimentele și apa din zonele afectate, să deschidă căile de transport, drumurile, distruse de cutremur etc. Comanadamentul seismic,cel care asigură veghea seismică continuă, in timp real, din noua clădire a INCDFP, a fost proiectat si executat in așa fel incăt permite realizarea hărții desfășurării, in timp real, pe un ecran imens(10m x16,18m) și pe alte 4 ecrane LCD, incat, in fiecare secundă, pe aceste ecrane vor apărea in diferite culori, de la alb (intensitate I=II-III pe scara Mercalli) la negru (intensitate I=IX-X½), tot ce se intamplă pe teritoriul țării. Intregul comanadament, interiorul său, este ca un "Star Treck" din filmele cunoscute.

Cercetări privind predicția cutremurelor din Vrancea

Problema cea mai importantă in acest domeniu este cea despre predicția cutremurelor de pămant. Chiar dacă institutul, oarecum, nu spune cǎ aceasta-i problema nr.1, totuși fiecare seismolog incearcă să dea un răspuns, predicția fiind un fel de chintesență a tuturor cunoștintelor. In ultimii ani am participat impreună cu ceilalți cercetători din INCDFP la mai multe programe de predicție a cutremurelor puternice de pămant de termen scurt și mediu. Aceste cercetări fundamentale au avut și au ca autor principal pe dl.dr.docent Dumitru Enescu, dar la care au aderat sau au participat și alți cercetători

Au trecut o sută de ani de la ultimul mare cutremur din California,cel din 18 aprilie 1906, la ora 5:12, de la San Francisco, care a contribuit la nașterea științei moderne a cutremurelor; pentru prima data s-a ințeles modul de deformare a structurilor clădirilor in timpul ,cum tavanul se deplasează in sens opus cu dușumeaua. Celebrul Enrico Caruso a cantat la operă in seara zilei de 17 aprilie 1906.Un cutremur,spune Bill Ellsworth,din cadrul US Geological Survey(USGS), din Menlo Park, California, este "proces de relaxare" , cel puțin din punct de vedere al planetei (National Geografic,Romania,aprilie 2006,p.36).

Citeste si:

Cel mai important beneficiu social, din cercetarea cutremurelor de pămant, este folosirea cunoștințelor pentru reducerea riscului seismic in folosul omenirii. Această activitate de cercetare poate lua diferite forme variind de la construirea hărților de hazard seismic, ce permit o predicție in sens probabilistic a expunerii la viitoarele mișcări ale terenului, la predicția actuală a unor cutremure specifice. Incă mai mor uimitor de mulți oameni cand pămantul de sub ei incepe să se cutremure. Aproape intotdeuna, cauza morții lor nu este cutremurul in sine, ci casele, birourile, magazinele sau școlile care se prăbușesc peste ei.

Dezbaterea "ordonat" versus "haotic" nu este o simplă ciondăneală ezoterică intre cercetătorii din acest domeniu al fizicii Pămantului.Cutremurele omoară oameni. Spulberă orașe. Tsunamiul din 26 decembrie 2004, declanșat de un uriaș cutremur cu magnitudinea pe scara moment seismic , MW =9,40,a secerat peste 380.000 de vieți.Energia eliberata de acest cutremur este echivalenta cu 19.5000.000 bombe atomice tip Hirosima. Cutremurul cu magnitudinea MW =7,6 produs in octombrie 2005 in Kashmir a ucis cel puțin 73.000 persoane. Probabil un milion de oameni ar fi uciși sau răniți dacă un cutremur puternic ar dărama structurile inalte, neconsolidate, din Teheran, Kabul sau Istanbul. Una din cele mai mari economii ale lumii,Japonia,se sprijină cu neliniște pe o intersecție, violentă din punct de vedere seismic, intre cele patru plăci tectonice.

Predicție seismică inseamnă prevederea cu acuratețe a locului(1), magnitudinii(2) și a timpului (3) unui cutremur iminent. "Acuratețea" este cuvantul cheie in această definiție, adică, predicția să fie astfel, incat , dacă un cutremur apare, atunci el să fie cel specificat de predicție.

Predicția cutremurelor de pămant a devenit in ultimii ani una din problemele centrale ale cercetării științifice. Evident, ea nu este o problemă numai de seismologie, căci, in afară de metode seismologice, sunt implicate, pe langă alte metode geofizice, și metode geochimice, geomorfologice-geodezice, biofizice, magnetotelurice etc.

Pe de altă parte,in Japonia,oamenii de știință ai guvernului spun că au lămurit această chestiune(!!!). Cutremurele nu se produc aleatoriu. Sunt precedate de anumite semne. Guvernul japonez știe unde este cel mai probabil să se producă un cutremur mare in Japonia. Aceasta este țara unde trenurile ajung la timp, iar cutremurele ar trebui să se comporte la fel."Noi credem că este posibil să prezicem cutremurele", spune Koshum Yamaoka, un om de știință de la Institutul de Cercetări Seismologice al Universității din Tokyo (National Geografic,Romania,aprilie 2006, p.44).

Una din direcțiile principale de cercetare din cadrul Programului de fizica Pamantului (HG 1313/26 nov.1996) este:"Cercetări privind monitorizarea seismicitații teritoriului Romaniei, a evaluării hazardului seismic și a predicției cutremurelor de pămant". Cercetările desfășurate in ultimii ani au fost dirijate in mai multe direcții pentru a cuprinde complexitatea și responsabilitatea deciziilor finale.

Dintre toate zonele epicentrale din țara noastră, zona seismogenă Vrancea este de departe cea mai importantă prin energia cutremurelor, aria lor de macroseismicitate și prin caracterul persistent al epicentrelor. Cercetările făcute de INCDFP, pe baza analizei soluțiilor de mecanism de focar pentru ultimii 400 de ani, au arătat intr-un articol, publicat in anul 1996, de dl.dr.doc.Dumitru Enescu că:"Este foarte probabil (aproape sigur,adică,probabilitatea P ®100%) că următorul cutremur vrancean, de magnitudine M³ 6,7 pe scara Richter, nu va apare inainte de anul 2006" (D. Enescu, B.D.Enescu:Focal Mechanism, Global Geophysical Phenomena and Vrancea Earthquake Prediction.A Model for Predicting these Earthquakes. Revue Roumaine de Geophysique,Academie Roumaine, Tome 49, p.11-31, 1996). Aceasta a fost o predicție de termen lung sau intermediară și ea s-a confirmat.

Arătam mai inainte că majoritatea cutremurelor vrancene sunt produse prin forfecări determinate de compresiune, sunt produse prin alunecare in inclinare-faliere inversă(L. Constantinescu și D. Enescu: Cutremurele din Vrancea in cadru științific și tehnologic,Editura Academiei Romane,1985,p.55), teorie acceptată și dezvoltată mai tarziu (I. Cornea,Gh.Mărmureanu,M.Oncescu și Fl.Bălan:Introducere in mecanica fenomenelor seismice și inginerie seismică,Editura Academiei Romane,1987,p.23). Acest mod de producere a cutremurelor (ca mecanism) este extrem de important in studiile de predicție a lor. Natura variată in detalii a proceselor de rupere in focar și influența structurii crustei terestre, traversate de undele seismice, fac ca, de obicei, izoseistele (liniile de egală intensitate a cutremurelor) să aibă o formă alungită NE-SV(in formă de banană cu concavitatea spre Brașov), dar unele cutremure să se resimtă mai puternic in Moldova sau in Muntenia, in funcție de focalizarea energiei seismice, de adancimea lor (I.Cornea et al, 1987, idem). Stressul de compresiune orientat SE-NV ar fi indus de mișcarea microplăcii Anatoliei, iar cel orientat SV-NE de mișcarea plăcii africane (Ritsma,A.R., The Earthquake Mechanisms of the Balkan Region, KNMI Sci.Rep.,74-4, De Bilt,1974). Din datele inregistrate pană acum , din punct de vedere al stării de stress din focare, la cutremurele puternice (M>6,70), stressul de compresiune a acționat aproape orizontal, după direcția NV-SE, iar stressul de tensiune(aproape vertical) și cel intermediar (aproape orizontal) au acționat intr-un plan aproape vertical și orientat NE-SV(L.Constantinescu și D.Enescu, 1985, idem, pg.56).

Campul de stress indus de mișcarea microplăcii Anatoliei (impinse la randule ei de placa arabică și de blocul indo-australian) pare să fie responsabil (teorie din anul 1986…) de producerea cutremurelor puternice (M> 6,70) din Vrancea și de producerea unora din cele mai slabe (M< 6,70) din această regiune. De producerea celorlalte cutremure slab ar fi responsabil campul de stress indus de mișcarea plăcii africane… Dacă ar exista o legătură intre mișcările plăcilor africănă, arabică și a microplăcii Anatoliei, pe de o parte, și periodicitatea cutremurelor din Vrancea, pe de altă parte, ar rezulta că și mișcările unitătii tectonice sunt caracterizate de anumite periodicități, de perioade de maxim cu M > 6,70 și perioade de minim cu M< 6,70, M fiind magnitudinea cutremurului pe scara Richter. Dl.Enescu (1986,idem) , in cercetările sale arăta: Se constată o alternață aproape matematică, cu mici excepții, a intervalelor de timp cu Mmax >6,70 cu cele de Mmax &#8804; 6,70 pentru toate cutremurele din ultimii 400 ani, adică, conform celor de mai sus, dacă acționează placa africană sau blocul indo-australian prin microplaca anatoliană. Constatarea este interesantă, dar ea nu poate constitui o concluzie certă cată vreme datele se referă doar la ultimii 400 de ani, nexistand soluții de mechanism pentru cutremurele mai vechi, singura cale fiind cea de a extrapola. Dar, noi credem in ea și ultimile date privind cutremurele din Asia au confirmat constatarea.

Pe de altă parte, s-a observat că unele cutremure puternice, ce au loc in zona seismogenă Vrancea, sunt precedate de cutremure mai mici , preșocuri, care apar de obicei in imediata vecinătate a focarului șocului principal. Sistemul tectonic este complet diferit de cel din California, Turcia sau Japonia, unde există un sistem de falii , pe care au loc aceste puternice cutremure. In Vrancea există, in fond, un sistem de coliziune continentală intre două mari blocuri tectonice, iar faliile apar după producerea ruperii.Revenim asupra coliziunii continetale ce are loc in zona seismogena Vrancea.Coliziunea continentală a fost si este dezvoltată de acad. Mircea Sandulescu. Cercetarile facute in INCDFP, de dr.doc.Dumitru Enescu, privind mecanismele de focar pentru marile cutremure din 1940 si 1977 confirmă această teorie si ele constituie suportul stiințific din punct de vedere al fizicii Pamantului . Fenomenul de "nucleație"(de incepere a ruperii), ce are loc la primele ruperi și care precede producerea cutremurului puternic, este studiat de noi prin folosirea de aparatură magnetotelurică. Această aparatură măsoară variațiile campului electromagnetic, deoarece inainte de producerea unui cutremur are loc un asemenea fenomen, mult mai clar aici, in Vrancea. Dacă fenomenul de nucleație (de incepere a ruperii) este urmat imediat de alte mici cutremure, numite replici, atunci inseamnă că a fost un cutremur. Dacă nu avem replici există două posibilitțăi: fie aparatura de inregistrare nu este capabilă să pună in evidență aceste cutremure mai mici , fie procesul de deformare este blocat și atunci, după un număr de zile, apare ruperea finală. In acest caz, cutremurul care a produs "nucleația" este un precursor. Cu cat mărimea (magnitudinea) nucleației și perioada de liniște sunt mai mari, cu atat cutremurul va fi mai puternic. Rețeaua seismică tip ARRAY, ce s-a construit acum impreună cu Air Force Technical Application Center (AFTAC) din SUA, este capabilă să monitorizeze cutremure extrem de mici și atunci putea să punem in evidență aceste ipoteze. Măsurătorile făcute pană acum la Observatorul Seismologic Cheia, cu aparatura magnetotelurică, intre anii 1999 și 2005, au pus in evidență fenomenul intr-un procent de 85-87% pentru cutremure cu magnitudini mai mari de 5,00 pe scara Richter. Cercetările noastre sunt canalizate, in special, pe această direcție, deoarece sunt benefice pentru populație; este o predicție de termen scurt și ea este făcută cu precizia cerută de utilitate.

Aceste cercetări au făcut obiectul unui proiect cu prioritate,incepand cu anul 2002, propus de Ministerul Educației și Cercetării, prin Planul Național de Cercetare Dezvoltare și Inovare, in cadrul Programului CERES. De menționat că in cadrul acestui proiect s-au abordat și alte metode de predicție a cutremurelor de pamănt, propuse și susținute de alte colective de cercetare din institut sau din țară (metoda geostatistică, probabilistică, deterministă, studiul apelor juvenile din zona Vrancea, precursori biologici etc.). Rezultatul proiectului a constat in realizarea unui model/sistem integral al metodelor abordate pe diferite căi, in vederea realizării predicției cutremurelor de pămant puternice (de magnitudini mai mari decat cea critică, MGR > 7,0 pe scara Richter), generate de zona seismogenă Vrancea, cu precizia cerută de utilitate (predicție de termen scurt).

In loc de concluzii…

La inceptul lunii sept.2006 s-a dat in funcțiune noua clădire a Institutului Național de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Pămantului, la inaugurare căreia au participat dl Prim-Ministru Călin Popescu Tăriceanu și dl Președinte Anton ANTON-Secretar de Stat, Autoritatea Natională pentru Cercetare Sțiințifică, Ministerul Educației și Cercetarii. Pe data de 11 septembrie 2006 , in localul noii clădiri, a avut loc vizita de lucru a dlui Janez Potocnik, Science and Research Commissioner, European Commission,in cadrul acțiunii organizate de Guvernul Romaniei prin Autoritatea Națională pentru Cercetare Științifică,condusă de dl.Președinte Anton ANTON, activitate menționată de comisarul european in Raportul de țară pentru EU.

Autoritatea Națională pentru Cercetare Științifică , MEdC, a finanțat și a realizat noua clădire pentru Institutul Național de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Pămantului (INCDFP), institut care realizează cercetări fundamentale și aplicative in domeniul științelor Pămantului, in general, și al seismologiei, in principal, pe teritoriul Romaniei și in regiunile seismice limitrofe, ce influențează seismicitatea țării. In timpul prezentărilor s-a aratat că:
• In cadrul colaborărilor noastre interne și internaționale cu Univ. Karlsruhe, Univ.Trieste,GFP Potsdam, ETH Zurich,Univ."Frederic II" Napoli etc., INCDFP realizează cercetări care au făcut ca domeniul nou al fizicii Pămantului, dezvoltat pe Platforma de Fizică de la Măgurele , să fie unul de importanță majoră in reducerea riscului seismic, in rezolvarea unor proiecte de responsabilitate ca : amplasamentul seismic pentru CNE Cernavodă (unitățile U1-U5 ), clădirea Parlamentului Romaniei, reevaluarea seismică a barajelor Vidraru și Bicaz, sistemul de avertizare seismică in timp real premiat, pe data de 22 martie 2006 la Viena de UE, harta de microzonare seismică a mun. București (aflată in faza trecerii ei in sistemul GIS și apoi normativ); sunt acum in lucru , in cadrul Programului CEEX , hărțile de microzonare seismică (hazard seismic local) pentru Iași, Bacău, Buzău , Craiova și harta de hazard seismic a Romaniei.
• Impreună cu AFTAC(Air Force Technical Application Center-Patrick Military Base), Florida, folosind rețeaua seismică tip ARRAY din Bucovina-Moldova Sulița și CTBT Viena(Comprehensive Nuclear Test Ban Treaty), prin Observatorul Seismologic Muntele Roșu, s-a realizat un sistem global de monitorizare a mișcărilor seismice din această parte a lumii. INCDFP, prin Centrul Național de Date, aflat in noua clădire, asigură monitorizarea seismicității exploziilor nucleare și a altor surse seismice(HG 702/2001), asigurand participarea tehnică a Romaniei la activități in sprijinul aplicării prevederilor Tratatului de interzicere totală a exploziilor nucleare(CTBT), ratificat de Romania prin Legea nr.152/1999.

Rezultate știintifice de important&#462; major&#462; pe plan național si internațional

1. Incepand cu 1978 s-a inițiat și dezvoltat in Romania studiul comportarii pămanturilor(rocilor degradate) la sarcini dinamic(seismice) cu metoda coloanelor rezonante Hardin și Drnevich(patent SUA), noutate absolută pentru Romania. Rezultatele acestor cercetari au fost folosite ca bază de date in realizarea spectrului de răspuns și de proiectare și a accelerogramelor de calcul necesare proiectului Centralei Nucleare Ceranavodă. Metoda a fost apoi aplicată si pentru alte amplasamente seismice de centrale nucleare, cum este, de exemplu, cea de la Beleene-Bulgaria, precum si la studiul proiectelor altor posibile amplasamente ale centralei nucleare din Romania, ca Victoria, Izvoarele, Avrig, Macin, etc. Aceste cercetări au fost publicate partial in Report IZIIS 80-30, Skopje-CFPS Bucharest, 210 pagini (1980). Datele obtinute sunt date de bază in studiile noastre de microzonare sismică a localităților dens polpulate, in realizarea hărții de hazard seismic a Romaniei.

2. Cercetările de la punctul 1 au fost extinse pentru proiectarea obiectivelor social-economice și militare de importanță națională, precum Barajul Vidraru, Casa Parlamentului etc. Aceste cercetări s-au bazat atat pe studiul teoretic al evaluării r&#462;spunsului neliniar al terenului, cat si pe baza de date experimentale de laborator furnizate de metoda coloanelor rezonante Hardin si Drnevich (patent SUA), metoda experimentala introdus&#462; pentru prima dat&#462; in Romania. Metodologia elaborată, in urma a cestor studii, in conformitate cu normele IAEA Viena și recomandările Comisiei Atomice SUA, a fost expus&#462; in monografia Introducere in mecanica fenomenelor seismice și inginerie seismic&#462;, autori Gh. Marmureanu, I.Cornea, M. Oncescu, F. Balan, Editura Academiei Romane (1987) (500 pagini, dintre care 350 ale autorului Gh. M&#462;rmureanu), lucrare premiată cu premiul "Traian Vuia" al Academiei Romaae pe anul 1990.

3. S-au efectuat cercet&#462;ri privind r&#462;spunsul seismic și evaluarea factorilor de risc pentru Reactorul Nuclear IFA si Acceleratorul TANDEM- IFA, metodologia elaborat&#462; in urma acestor studii fiind publicată in Nuclear Instruments Methods , A287,pp. 127-131 (1990).

4. Cercet&#462;torii din INCDFP introdus si pus in evidență conceptul de nelinearitate in seismologie folosind inregistrările cutremurelor puternice vrancene; aceste rezultate au fost publicate, in cursul timpului, in editura Kluwer Academic Press. In editura Springer Verlag, Heidelberg, Berlin, 2005 a apărut cartea "Perspective in Modern Seismology, vol.105", Editor-Friedemann Wenzel, unde autorii Mărmureanu Gh., Mișicu M., Cioflan C.O. și Bălan F.S. au publicat articolul: Nonlinear Seismology-The Seismology of the XXI Century, pp.47-67,2005 . Acest prim articol, de avangardă, deschide o noua perspectivă in domeniul seismologiei și al fizicii P&#462;mantului, in acest secol XXI.Acestea sunt priorități mondiale.

5. S-a realizat sistemul de avertizare seismic&#462; in timp real pentru unit&#462;ți industriale cu risc major la cutremurele vrancene(Early Warning System)-sistem care a primit "The 2006 European IST Prize-European Community ". Acest sistem (Fig.1) este o parte din "Planul de prevenire a populației și a autorităților la acțiunea cutremurelor puternice" și este componentă a HG nr.372 /18 martie 2004. Activitatea a fost realizată in cadrul unui proiect prioritar al Programului MENER, in colaborare cu Universitatea Karlsruhe. Partea de detecție a sistemului de alarmare este instalat&#462; in satul Ploștina, lang&#462; Observatorul Seismologic Vrancioaia, iar Centrul de decizie se afl&#462; la București-Măgurele, la sediul INCDFP.

6. S-a realizat prima tomografie seismica a unui mare baraj. Utilizand acest gen de cercetare științifica, pot fi detectate infiltrațiile și anomaliile din digurile barajelor, evitandu-se astfel pericolul cedării lor la viituri, la cutremure sau la supraincărcarea lacurilor de acumulare. In felul acesta s-a facut o investigare corespunzătoare, in trei dimensiuni, a versanților barajului Vidraru, in vederea inlăturării unor ipoteze privind rezistență scăzută a versantului stang datorită infiltrațiilor puternice ale apelor. Datele obtinute arata c&#462; că nu sunt probleme, cel puțin din concluziile obținute pană la această dată. Analizele vor fi continuate pentru barajul Bicaz.

7. S-a realizat harta de microzonare(hazard local) seismica pentru mun.Bucuresti si se lucreaza la realizarea h&#462;rtii de hazard seismic a Romaniei(2008), hărți de hazard seismic local (microzonare sismică) pentru municipiile Iași,Bac&#462;u,Buz&#462;u și Craiova(2008), harta mișc&#462;rilor seismice in timp real-Shake Map(2008-2010). Harta desfășurării cutremurului in timp real(Shake Map), o continuare a EWS, un nou produs in lucru la INCDFP, va da posibilitatea factorilor de decizie, la nivel central sau regional, s&#462; ia hot&#462;rarile cele mai potrivite in timpul desf&#462;șur&#462;rii cutremurului. Pe aceast&#462; hart&#462; apar , in diferite culori, zonele cele mai afectate iar factorii de decizie pot trimite forțele de intervenție pentru a salva la timp viețile oamenilor sau bunurile materiale.

15.02.2007

Prof. dr. ing. Gheorghe Marmureanu, CS gradul I