continuarea studiului

Etapele realizării unei hărţii 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 activităţii seismice şi a magnitudinii maxime posibile (analiza probabilistă); (v)-Legea de recurenţa magnitudine-frecvenţă. Stabilirea incertitudinilor in evaluarea relaţiei de recurenţă (in analiza probabilistă); (vi)-Definirea cutremurului de referinţa in analiza deterministă; (vii)- Corelaţia distanţa epicentrală - magnitudine in analiza probabilistică; (viii)- Corelaţia distanţa epicentrală - magnitudine in analiza deterministă; (ix)- Corelarea rezultatelor estimărilor analitice(probabiliste) şi deterministe pentru raspunsul terenului in amplasament; (x)-Caracterizarea proprietăţilor dinamice ale terenului din amplasament din foraje şi 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 şi suprafaţa liberă a terenului;(xiii)- Realizarea hărţii de hazard seismic local(microzonare seismică) a localităţii . Capitolele (ix-xiii) alcătuiesc etapa finală in care se stabileşte hazardul (aici hazardul seismic local-microzonare) pentru amplasamentul respectiv.

Realizarea acestor hărţi de microzonare seismică a localităţilor, dens populate, va face ca proiectanţii să aibă la indemană toate datele necesare pentru o proiectare sigură şi deci rezultă o protecţie a populaţiei la acţiunea distrugătoare a cutremurelor de pe teritoriul Romaniei; ştiindu-se că cele mai puternice cutremure sunt cele vrancene , se cunoaşte locul producerii lor, un parametru foarte important in orice analiză de risc seismic.Urmează realizarea şi a altor hărţi de microzonare seismică... Singura posibilitate de reducere a riscului seismic este modificarea vulnerabilităţii seismice care se poate face numai in urma unor studii pertinente de microzonare seismică a regiunii in cauză. Hărţile de microzonare seismică sunt reflectarea cea mai exactă a distribuţiei in spaţiu şi a intensităţii efectelor seismice locale, ce există in regiune şi care suprapusă celei de hazard (daca există) particularizează răspunsul seismic diferenţiat sau alţi parametrii necesari activităţii de proiectare antiseismică. In acest context influenţa condiţiilor locale de teren se reflectă numai asupra efectelor seismice locale pentru a căror identificare şi evaluare trebuie făcut un studiu de microzonare pe diferite nivele: A, B şi C, in funcţie de resursele materiale, ultimele fiind cele mai costisitoare şi mai complexe.

Evaluarea corectă a hazardului seismic pentru o anumită zonă sau ţara, oferă premiza indispensabilă proiectării antiseismice, deocamdată, singura cale de reducere a pierderilor umane şi materiale. Două exemple sunt edificatoare in evaluarea incorectă a hazardului sesimic, exemple date studenţilor 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 şi o intensitate, Imax=XI pe scara MSK, in timp ce pe harta de hazard seismic a ţării era indicată intensitatea, Imax =VI½ (MSK). Datele oficiale au anunţat peste 270.000 de morţi şi circa 2,5 milioane de răniţi. 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 şi care a avut o intensitate, Imax =X (MSK) şi o magnitudine MGR =7,2. Pe harta de hazard sesimic a Japoniei, in acest loc era trecută intensitatea, Imax =VI (MSK), iar pierderile de vieţi omeneşti au fost in jur de 5250 oameni şi circa 5 miliarde $ distrugeri materiale.

Proiectul "Microzonarea seismică a unor zone dens populate" a fost premiat cu Premiul "Programului MENER" de către Ministerul Educaţiei şi Cercetării-Autoritatea Naţională pentru Cercetare ştiinţifică, 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 hărţii de hazard seismic al Romaniei. Orice analiză de risc seismic pleacă de la analizarea componentelor sale: hazardul, vulnerabilitatea; expunerea şi localizarea sunt secundare. Evaluarea hazardului seismic, construirea hărţii de hazard seismic al Romaniei , ţinand seama de inregistrările care s-au făcut in ultimii ani, va permite o proiectare realistă şi o predicţie pe termen lung, in sens probabilistic sau determinist, la viitoarele mişcări 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 şi 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 intensităţile seismice sunt subevaluate(de exemplu, Dobrogea, Banatul etc.), iar in alte zone, supraevaluate. Intensităţi 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 situaţie aparte este in zona Banat, unde ultimele cutremure crustale din zonele Banloc, Voitec cer o modificare a intensităţilor seismice a acestor zone. Pe de altă parte, capitolul privind "Acţiunea seismică" din "Normativul de proiectare al construcţiilor", in fază experimentală, in anul 2004 , propus de MTCT şi neacceptat de INCD pentru Fizica Pămantului, propune valori ale acceleraţiilor de proiectare care sunt departe de a fi credibile. Acceleraţia maximă de proiectare, in acest normativ, pentru Focşani este 0,34 g. La cutremurul din 30.08.1986, care a avut o magnitudine MGR =7,0 (de fapt a fost 6,95), acceleraţia maximă inregistrată la Focşani a fost de 0,314g. Magnitudinea maximă pentru cutremurele vrancene este 7,5 pe scara Richter.Acceleraţia maxima in Focşani, 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 obligaţia INCDFP (HG 1313/26 nov.1996), dar se va face in colaborare şi cu alţi specialişti. Avand in vedere că următorul mare cutremur, cutremur de dimensiunea celui din 1940, va fi ceva mai tarziu , credem că avem timp la dispoziţie să construim şi să reparăm ce s-a greşit in Normativul P13/1963. Există in Bucureşti cartiere şi clădiri proiectate intre anul 1970 şi 1977 la o intensitate seismică I=VII (la care corespunde o acceleratie a=0,1g) faţă 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 şi de aici rezultă responsabilitatea acestor cercetări.

In ultimul timp , Institutul de Geofizică al Univ.Karlsruhe şi Inst. de Geoştiinţe şi 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 şi 10.000 ani, folosind analiza probabilistă. Pe aceasta hartă există diferenţe majore intre ceea ce se cunoaşte, atat din cataloagele de cutremure istorice, cat şi 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 oraşul Braşov are aceeaşi intensitate seismică cu Focşani, ceea ce nu este adevărat. Mai mult, oraşul Focşani este scos din zona de intensitate maximă, ori cercetările făcute de INCDFP arată că zona de platou este cu cel puţin un grad de intensitate mai mică, nu mai mare, decat oraşul Focşani. Cutremurele din Banat şi, in special cele din aria seismogenă Moldova Nouă dau intensităţi in jurul valorii I=VIII, dar in toate aceste hărţi, pentru aceasta ultima zonă, intensitatea este mult mai mică.

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

Metoda deterministă furnizează o estimare a hazardului seismic pe baza unui complex de informaţii 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 analiştilor (seismologi), cat si utilizatorilor (ingineri constructori) sau publicului larg. In analiza deterministă, calculul seismogramelor generate va fi de maximă importanţă pentru studierea cazului celui mai rău posibil (worst case earthquake scenario) şi a cazului cutremurului de control sau de referinţă. Dezvoltarea de către INCDFP, impreună cu specialiştii 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 localităţilor dens populate din zona extracarpatică.

Un proiect intitulat "Cercetări complexe de fizica Pămantului pentru realizarea finală a hărţii 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.Bucureşti-Fac.Geologie şi Geofizică, NCERC Bucureşti, Institutul de Mecanica Solidelor al Academiei Romane şi Facultatea de Matematică a Universitătii "A.I.Cuza" din Iaşi. Aici, locul principal il va juca evaluarea hazardului seismic, folosind o abordare deterministă. Analizele deterministe, liniare sau neliniare, cer o cunoastere şi o metodologie diferite de ceea ce se face acum in Romania, chiar dacă numai INCDFP foloseşte, in colaborarile sale internaţionale cu Universitatea Trieste şi Universitatea Karlsruhe, aceste tehnici noi de analiză şi software. Metodele şi 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-suprafaţa liberă a terenului, chiar daca efectele neliniare pentru magnitudini mari, corespunzătoare cutremurului maxim posibil vor fi reevaluate ţinand seama de relaţiile neliniare dintre factorii de amplificare spectrală şi magnitudinea cutremurului, determinate de noi şi 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 , Mişicu Mircea, Cioflan Carmen Ortanza şi Bălan Florin Stefan au publicat articolul: Nonlinear Seismology-The Seismology of the XXI Century, p.49-70, 2005. Utilizăm metode numerice şi analitice , dar pentru structuri geologice situate la mare distanţă de focar se foloseşte de către noi metoda hibridă(metoda dezvoltată de grupul de cercetători de la INCDFP), care este o combinaţie dintre sumarea modală(pe traseul focar-fundament) şi diferenţe finite. In loc de diferenţe finite, de pe ultima parte a traseului undelor seismice, cuprins intre fundament şi suprafaţa liberă a terenului (free field), vom folosi modele de propagări prin medii vascoelastic , liniare sau neliniare. Aceasta metodologie am folosit-o şi la realizarea primei hărţi de hazard seismic local(microzonare) pentru Bucureşti. Oricum, va fi una din cele mai complexe cercetări fundamentale, de propagări de unde seismice in medii vascoelastice liniare şi neliare, folosindu-se pentru calcule "work stations" aflate in dotarea INCDFP şi a Univ.Trieste-Italia, pentru frevenţe de pană la 6-10Hz. Ea va fi gata in luna septembrie 2008, va fi inaintată la MTCT pentru a fi supusă aprobarilor specialiştilor din ţară , din proiectare şi invătămant, ca să devină normativ(cod), după care se vor proiecta toate obiectivele social- economice, militare etc.din Romania, pentru a rezista la acţiunea 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 rezistenţei 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 aplicaţii ale tomografiei seismice şi, in general, ale imageriei seismice ca metodă de investigare, promovată pentru salvarea de vieţi şi bunuri materiale.Tomografia seismică este una din tehnicile geofizice speciale, obiectivul aplicaţiilor sale constituindu-l reconstituirea distribuţiilor 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 şi geofoni, cat mai detaliate. Dezideratul este constituit de baleierea omogenă cu raze seismice a formaţiunii geologice, in planul "deschis" prin lucrări miniere şi de foraj.

In funcţie de dimensiunea neomogenităţilor sau a anomaliilor din structura barajelor sau a versanţilor de susţinere, care se vor detecta prin tomografie, se pot folosi două categorii de surse pentru producerea undelor seismice: surse de joasă frecvenţă şi surse de inaltă frecvenţă. INCDFP şi alte grupuri, cu care lucrează, de la Institutul Geologic Roman, folosesc sursele de joasă frecvenţă, ce sunt surse mecanice, şi care generează şocuri perfect repetabile permiţand astfel insumarea electronică a semnalelor recepţionate şi, implicit, obţinerea unui raport semnal/zgomot foarte bun. Frecvenţa maximă generată este de 3000 Hz. Există variante de suprafaţă şi variante pentru foraje, acestea din urmă pot lucra sub apă pană la adancimea de 2000 m, iar ca receptori se pot utiliza lanţuri de geofoni sau hidrofoni, in funcţie de aplicaţie.

Utilizand acest gen de echipamente pot fi detectate infiltraţiile şi 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 versanţilor 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 seismicităţii din zonă şi a datelor seismice de proiectare de către INCDFP şi GEOTEC S.A. Bucureşti. Noile date seismice de proiectare au fost apoi inaintate proiectantului şi s-a constatat că barajul ca structură rezistă, dar versantul stang al barajului are infiltraţii puternice , ceea ce a condus la micşorarea rezistenţelor mecanice ale rocilor din structura barajului. In lacul din spatele barajului sunt circa 500 milioane m3 de apă constituind, un adevărat risc pentru localităţile din aval de acest baraj, in cazul unui cutremur local, ca cel din anul 1916. Trebuie menţionat că la construirea barajului nu s-a luat in calcul cutremurul puternic, de suprafaţă (la circa 10 km ) din 26 ianuarie 1916(magnitudinea MGR =6.4 pe scara Richter), cand in localitatea Cumpăna,Făgăraş, s-au produs modificări morfologice ale terenului, la caţiva km de coada lacului de acumulare. Cercetările s-au facut pentru barajul Vidraru, in vederea inlăturării unor ipoteze privind rezistenţă scăzută a versantului stang datorită infiltraţiilor puternice ale apelor. Datele obtinute zilele acestea arata cǎ nu sunt probleme, cel puţin din concluziile obţinute pană la această dată. Analizele vor fi continuate pentru barajul Bicaz.

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

In momentul terminării unui cutremur catastrofal, autorităţile doresc să cunoscă imediat zonele afectate puternic. Este vorba de realizarea hărţii seismice a desfaşurării 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 desfăşurării şi 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 Iaşi pană la Craiova, pe această hartă vor apare, in timp real, zonele cele mai calamitate şi atunci factorii de decizie vor trimite forţele de intervenţie pentru a salva, la timp, vieţile oamenilor sau bunurile materiale . O asemenea hartă se va realiza şi la nivel de judeţ. In acest caz se va crea un sistem integrat, la nivel naţional şi 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 harţi in managementul situaţiilor de risc, la cutremure puternice,de la timpul t=0,00 secunde pana la "Disater Map", informaţie extrem de importantǎ pentru autoritǎţile guvernamentale.

Noua clădire a INCDFP a fost construită in aşa fel, incat , in sala Comandamentului seismic, pe un perete de 10m , inălţime şi 16,18 m lăţime(numărul de aur al lui Fidias) să fie proiectată , in timp real,desfăşurarea 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 şi 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 desfaşoară, la această dată, un proiect, intitulat URS pentru realizarea unei asemenea hărţi, doar pentru Bucureşti. In Proiectul prioritar nr.510/2004-2006/Programul MENER, intitulat "Shake Map: Generarea rapidǎ a mişcǎrii instrumentale a terenului si a hărţilor de intensitate seismică pentru cutremurele puternice vrancene. Metodologie, software si studiul pilot pentru municipiul Bucureşti ", obiectivul specific este realizarea unei metodologii şi a unui software de generare doar pentru municipiul Bucureşti, in timp real, a unei hărţi de mişcare a terenului la un cutremur puternic, de micşorare a timpului de intervenţie a instituţiilor romaneşti abilitate să intervină in caz de calamitate naturală datorită cutremurelor. Pentru municipiul Bucureşti, impreună cu Univ.Karlsruhe, in cadrul Proiectului URS , pe parcursul unui an de zile(2003-2004) au fost instalate şi 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 oraşe, de la Iaşi la Craiova) de instalat in oraşele din zona extracarpatică, face ca acest proiect să aibă o durată mai mare in timp . In Programul European FP6, fac parte din Comitetul Executiv şi 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 hărţii Shake Map pentru Bucureşti, 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 şi dezvoltarea cercetarilor, incă din anul 2004, pentru realizarea hărţii desfăşurării in timp real a cutremurului.

Harta desfaşurării in timp real a cutremurului (Shake Map) va avea un impact important asupra autoritatilor locale, al structurilor care se ocupa cu situaţiile de urgenţa, al mass-mediei, al mediului de afaceri, al publicului in general. Autoritatile implicate vor fi capabile sa reacţioneze imediat, chiar in timpul cutremurului sau in cateva secunde dupa terminarea lui, in luarea unor hotărari pentru a salva vieţile oamenilor, să stingă incendiile, să protejeze alimentele şi 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 aşa fel incăt permite realizarea hărţii desfăşurării, in timp real, pe un ecran imens(10m x16,18m) şi 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 ţării. Intregul comanadament, interiorul său, este ca un "Star Treck" din filmele cunoscute.

Cercetări privind predicţia cutremurelor din Vrancea

Problema cea mai importantă in acest domeniu este cea despre predicţia cutremurelor de pămant. Chiar dacă institutul, oarecum, nu spune cǎ aceasta-i problema nr.1, totuşi fiecare seismolog incearcă să dea un răspuns, predicţia fiind un fel de chintesenţă a tuturor cunoştintelor. In ultimii ani am participat impreună cu ceilalţi cercetători din INCDFP la mai multe programe de predicţie a cutremurelor puternice de pămant de termen scurt şi mediu. Aceste cercetări fundamentale au avut şi au ca autor principal pe dl.dr.docent Dumitru Enescu, dar la care au aderat sau au participat şi alţi 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 naşterea ştiinţei moderne a cutremurelor; pentru prima data s-a inţeles modul de deformare a structurilor clădirilor in timpul ,cum tavanul se deplasează in sens opus cu duşumeaua. 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 puţin din punct de vedere al planetei (National Geografic,Romania,aprilie 2006,p.36).

Cel mai important beneficiu social, din cercetarea cutremurelor de pămant, este folosirea cunoştinţelor pentru reducerea riscului seismic in folosul omenirii. Această activitate de cercetare poate lua diferite forme variind de la construirea hărţilor de hazard seismic, ce permit o predicţie in sens probabilistic a expunerii la viitoarele mişcări ale terenului, la predicţia actuală a unor cutremure specifice. Incă mai mor uimitor de mulţi oameni cand pămantul de sub ei incepe să se cutremure. Aproape intotdeuna, cauza morţii lor nu este cutremurul in sine, ci casele, birourile, magazinele sau şcolile care se prăbuşesc peste ei.

Dezbaterea "ordonat" versus "haotic" nu este o simplă ciondăneală ezoterică intre cercetătorii din acest domeniu al fizicii Pămantului.Cutremurele omoară oameni. Spulberă oraşe. Tsunamiul din 26 decembrie 2004, declanşat de un uriaş cutremur cu magnitudinea pe scara moment seismic , MW =9,40,a secerat peste 380.000 de vieţi.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 puţin 73.000 persoane. Probabil un milion de oameni ar fi ucişi sau răniţi 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 nelinişte pe o intersecţie, violentă din punct de vedere seismic, intre cele patru plăci tectonice.

Predicţie seismică inseamnă prevederea cu acurateţe a locului(1), magnitudinii(2) şi a timpului (3) unui cutremur iminent. "Acurateţea" este cuvantul cheie in această definiţie, adică, predicţia să fie astfel, incat , dacă un cutremur apare, atunci el să fie cel specificat de predicţie.

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

Pe de altă parte,in Japonia,oamenii de ştiinţă ai guvernului spun că au lămurit această chestiune(!!!). Cutremurele nu se produc aleatoriu. Sunt precedate de anumite semne. Guvernul japonez ştie unde este cel mai probabil să se producă un cutremur mare in Japonia. Aceasta este ţara 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 ştiinţă de la Institutul de Cercetări Seismologice al Universităţii din Tokyo (National Geografic,Romania,aprilie 2006, p.44).

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

Dintre toate zonele epicentrale din ţara noastră, zona seismogenă Vrancea este de departe cea mai importantă prin energia cutremurelor, aria lor de macroseismicitate şi prin caracterul persistent al epicentrelor. Cercetările făcute de INCDFP, pe baza analizei soluţiilor 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 predicţie de termen lung sau intermediară şi 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 şi D. Enescu: Cutremurele din Vrancea in cadru ştiinţific şi tehnologic,Editura Academiei Romane,1985,p.55), teorie acceptată şi dezvoltată mai tarziu (I. Cornea,Gh.Mărmureanu,M.Oncescu şi Fl.Bălan:Introducere in mecanica fenomenelor seismice şi inginerie seismică,Editura Academiei Romane,1987,p.23). Acest mod de producere a cutremurelor (ca mecanism) este extrem de important in studiile de predicţie a lor. Natura variată in detalii a proceselor de rupere in focar şi influenţa 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 Braşov), dar unele cutremure să se resimtă mai puternic in Moldova sau in Muntenia, in funcţie de focalizarea energiei seismice, de adancimea lor (I.Cornea et al, 1987, idem). Stressul de compresiune orientat SE-NV ar fi indus de mişcarea microplăcii Anatoliei, iar cel orientat SV-NE de mişcarea 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 acţionat aproape orizontal, după direcţia NV-SE, iar stressul de tensiune(aproape vertical) şi cel intermediar (aproape orizontal) au acţionat intr-un plan aproape vertical şi orientat NE-SV(L.Constantinescu şi D.Enescu, 1985, idem, pg.56).

Campul de stress indus de mişcarea microplăcii Anatoliei (impinse la randule ei de placa arabică şi de blocul indo-australian) pare să fie responsabil (teorie din anul 1986...) de producerea cutremurelor puternice (M> 6,70) din Vrancea şi de producerea unora din cele mai slabe (M 6,70 şi perioade de minim cu M6,70 cu cele de Mmax ≤ 6,70 pentru toate cutremurele din ultimii 400 ani, adică, conform celor de mai sus, dacă acţionează 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 soluţii de mechanism pentru cutremurele mai vechi, singura cale fiind cea de a extrapola. Dar, noi credem in ea şi 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 , preşocuri, care apar de obicei in imediata vecinătate a focarului şocului 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 stiinţific din punct de vedere al fizicii Pamantului . Fenomenul de "nucleaţie"(de incepere a ruperii), ce are loc la primele ruperi şi care precede producerea cutremurului puternic, este studiat de noi prin folosirea de aparatură magnetotelurică. Această aparatură măsoară variaţiile campului electromagnetic, deoarece inainte de producerea unui cutremur are loc un asemenea fenomen, mult mai clar aici, in Vrancea. Dacă fenomenul de nucleaţie (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 posibilitţăi: fie aparatura de inregistrare nu este capabilă să pună in evidenţă aceste cutremure mai mici , fie procesul de deformare este blocat şi atunci, după un număr de zile, apare ruperea finală. In acest caz, cutremurul care a produs "nucleaţia" este un precursor. Cu cat mărimea (magnitudinea) nucleaţiei şi perioada de linişte sunt mai mari, cu atat cutremurul va fi mai puternic. Reţeaua 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 şi atunci putea să punem in evidenţă aceste ipoteze. Măsurătorile făcute pană acum la Observatorul Seismologic Cheia, cu aparatura magnetotelurică, intre anii 1999 şi 2005, au pus in evidenţă 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 direcţie, deoarece sunt benefice pentru populaţie; este o predicţie de termen scurt şi ea este făcută cu precizia cerută de utilitate.

Aceste cercetări au făcut obiectul unui proiect cu prioritate,incepand cu anul 2002, propus de Ministerul Educaţiei şi Cercetării, prin Planul Naţional de Cercetare Dezvoltare şi Inovare, in cadrul Programului CERES. De menţionat că in cadrul acestui proiect s-au abordat şi alte metode de predicţie a cutremurelor de pamănt, propuse şi susţinute de alte colective de cercetare din institut sau din ţară (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 predicţiei 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 (predicţie de termen scurt).

In loc de concluzii...

La inceptul lunii sept.2006 s-a dat in funcţiune noua clădire a Institutului Naţional de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Pămantului, la inaugurare căreia au participat dl Prim-Ministru Călin Popescu Tăriceanu şi dl Preşedinte Anton ANTON-Secretar de Stat, Autoritatea Natională pentru Cercetare Sţiinţifică, Ministerul Educaţiei şi 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 acţiunii organizate de Guvernul Romaniei prin Autoritatea Naţională pentru Cercetare ştiinţifică,condusă de dl.Preşedinte Anton ANTON, activitate menţionată de comisarul european in Raportul de ţară pentru EU.

Autoritatea Naţională pentru Cercetare ştiinţifică , MEdC, a finanţat şi a realizat noua clădire pentru Institutul Naţional de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Pămantului (INCDFP), institut care realizează cercetări fundamentale şi aplicative in domeniul ştiinţelor Pămantului, in general, şi al seismologiei, in principal, pe teritoriul Romaniei şi in regiunile seismice limitrofe, ce influenţează seismicitatea ţării. In timpul prezentărilor s-a aratat că: •

In cadrul colaborărilor noastre interne şi internaţionale 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 importanţă majoră in reducerea riscului seismic, in rezolvarea unor proiecte de responsabilitate ca : amplasamentul seismic pentru CNE Cernavodă (unităţile U1-U5 ), clădirea Parlamentului Romaniei, reevaluarea seismică a barajelor Vidraru şi 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. Bucureşti (aflată in faza trecerii ei in sistemul GIS şi apoi normativ); sunt acum in lucru , in cadrul Programului CEEX , hărţile de microzonare seismică (hazard seismic local) pentru Iaşi, Bacău, Buzău , Craiova şi harta de hazard seismic a Romaniei. •

Impreună cu AFTAC(Air Force Technical Application Center-Patrick Military Base), Florida, folosind reţeaua seismică tip ARRAY din Bucovina-Moldova Suliţa şi CTBT Viena(Comprehensive Nuclear Test Ban Treaty), prin Observatorul Seismologic Muntele Roşu, s-a realizat un sistem global de monitorizare a mişcărilor seismice din această parte a lumii. INCDFP, prin Centrul Naţional de Date, aflat in noua clădire, asigură monitorizarea seismicităţii exploziilor nucleare şi a altor surse seismice(HG 702/2001), asigurand participarea tehnică a Romaniei la activităţi in sprijinul aplicării prevederilor Tratatului de interzicere totală a exploziilor nucleare(CTBT), ratificat de Romania prin Legea nr.152/1999.

Rezultate ştiintifice de importantǎ majorǎ pe plan naţional si internaţional

1. Incepand cu 1978 s-a iniţiat şi dezvoltat in Romania studiul comportarii pămanturilor(rocilor degradate) la sarcini dinamic(seismice) cu metoda coloanelor rezonante Hardin şi Drnevich(patent SUA), noutate absolută pentru Romania. Rezultatele acestor cercetari au fost folosite ca bază de date in realizarea spectrului de răspuns şi de proiectare şi 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 localităţilor dens polpulate, in realizarea hărţii de hazard seismic a Romaniei.

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

3. S-au efectuat cercetǎri privind rǎspunsul seismic şi evaluarea factorilor de risc pentru Reactorul Nuclear IFA si Acceleratorul TANDEM- IFA, metodologia elaboratǎ in urma acestor studii fiind publicată in Nuclear Instruments Methods , A287,pp. 127-131 (1990).

4. Cercetǎtorii din INCDFP introdus si pus in evidenţă 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., Mişicu M., Cioflan C.O. şi 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 şi al fizicii Pǎmantului, in acest secol XXI.Acestea sunt priorităţi mondiale.

5. S-a realizat sistemul de avertizare seismicǎ in timp real pentru unitǎţi 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 populaţiei şi a autorităţilor la acţiunea cutremurelor puternice" şi 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 detecţie a sistemului de alarmare este instalatǎ in satul Ploştina, langǎ Observatorul Seismologic Vrancioaia, iar Centrul de decizie se aflǎ la Bucureşti-Măgurele, la sediul INCDFP.

6. S-a realizat prima tomografie seismica a unui mare baraj. Utilizand acest gen de cercetare ştiinţifica, pot fi detectate infiltraţiile şi 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 versanţilor barajului Vidraru, in vederea inlăturării unor ipoteze privind rezistenţă scăzută a versantului stang datorită infiltraţiilor puternice ale apelor. Datele obtinute arata cǎ că nu sunt probleme, cel puţin din concluziile obţinute 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 hǎrtii de hazard seismic a Romaniei(2008), hărţi de hazard seismic local (microzonare sismică) pentru municipiile Iaşi,Bacǎu,Buzǎu şi Craiova(2008), harta mişcǎrilor seismice in timp real-Shake Map(2008-2010). Harta desfăşurării 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, sǎ ia hotǎrarile cele mai potrivite in timpul desfǎşurǎrii cutremurului. Pe aceastǎ hartǎ apar , in diferite culori, zonele cele mai afectate iar factorii de decizie pot trimite forţele de intervenţie pentru a salva la timp vieţile oamenilor sau bunurile materiale.

15.02.2007

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