Cutremurele: marea problema a omenirii

Cutremurele: marea problema a omenirii

In medie, 10 000 de oameni mor in fiecare an din cauza cutremurelor. Un studiu al UNESCO estimeaza ca intre anii 1926-1950 s-au inregistrat pierderi materiale in valoare de 10 miliarde de dolari, in urma cutremurelor. In Asia Centrala, in acelasi interval, doua orase si doua sute de sate au fost distruse. De atunci, mai multe orase printre care Ashkhabad(1948), Agadir(1960), Scopje(1963), Managua(1972), Gemona(1976), Tangshan(1976), Mexico City(1985), Spitaka(1988), Mangil(1990) si sute de sate au fost practic rase de pe fata pamantului de cutremure

Scrieri istorice vorbesc despre preocuparea omului cu privire la cutremure.

Miscarea pamantului - seismologia

Primul stimul modern pentru seismologie a fost in urma unei extinse "munci de teren" a inginerului irlandez Robert Mallett, dupa marele cutremur din 1857 din sudul Italiei. El explica fenomenul "maselor de pietre si mortar dizlocate" in termenii principiilor mecanice stabilind un vocabular specific cum ar fi "seismologie", "hipocentru" si "izoseismic". Astfel de legaturi stranse intre inginerie si seismologie au continuat inca de atunci. Seismologia explica si prezice amplitudinea in urma observarii distrugatoarelor cutremure de lunga durata. Oricum, in primii 60 de ani ai secolului trecut, s-a obtinut un avantaj in studierea undelor de la distanta folosindu-se seismografe foarte fine. Pentru ca amplitudinea undei unui cutremur cu magnitudinea 5 depaseste raza dinamica a unui seismograf obisnuit, nu s-au intreprins lucrari importante.

Ce stim astazi despre cutremure

In zilele noastre situatia s-a schimbat. Dupa cutremurul din San Fernando, 1971, sute de preziceri ale miscarilor puternice(strong-motion) record au fost adevarate in ceea ce priveste magnitudinea de 6,5 a cutr 121c21b emurului. Acceleratia de 1 de la Pacoima Dam a condus la intrebari asupra amplificarii topografice si construirea modelelor reale ale rupturilor si cailor de acces care ar putea explica structura miscarilor puternice. Aparate de inregistrat digitale si calculatoare rapide arata ca atat seismologii cat si inginerii pot aborda probleme mai fundamentale si reale ale cutremurelor. Cunostintele in acest domeniu avanseaza rapid, in mare parte datorita cresterii....in locurile seismice de pe Glob. Spre exemplu.... din California, pana in 1986 erau 325 instrumente in "campuri libere", 85 de cladiri si alte 30 de structuri instrumentate. Regiunile cu inclinatie spre cutremure, implica o analiza dinamica cantitativa privind structurile zgarienorilor si a altor cladiri inalte, a digurilor si podurilor. Sunt necesare de asemenea precziceri in timp asupra design-ului structural si vulnerabilitatii..

Evaluarea riscului seismic

Este necesar pentru unele constructii din regiunile populate sa se

alcatuiasca de catre ingineri o serie de studii pentru fiecare zona in

parte, in scopul estimarii riscurilor seismice.

In zonele locuite este mult mai probabil sa apara

probleme la cutremure de genul distrugerea unui baraj sau stricarea unui reactor

nuclear, de exemplu, decat de la stricarea unei tevi de petrol.

Factorii necesari evaluarii riscului seismic

Factorii care trebuie luati in considerare pentru evaluarea unui

risc seismic au fost bine definiti.Acesti factori sunt:

Realizarea unei harti structurale geologice a regiunii si un studiu a

celor mai recente miscari tectonice;

Selectia faliilor active din regiune si tipul deplasarilor

(lateral-stanga etc.). In plus sunt necesare criterile geologice pentru

miscarile faliilor in holocen (acum 10 mii de ani);

Realizarea unei harti a structurii geologice a locului respectiv si a

imprejurimilor, cu o atentie marita asupra stratului superficial de roca.

Astfel de harti arata tipul de roca, structura suprafetei faliilor si incude evaluari ale

unor lungimi probabile, continuitatea si tipul miscarilor unor asfel de

falii.

In cazul unor falii care se misca de la sine, explorarile geofizice

sunt folosite pentru a defini si afla locatia celor mai recente rupturi de

falii. Probele geofizice se gasesc uneori incluse in masuratorile

rezistentei si a gravitatii in lungul profilului normal al faliei.

Verificarea nivelului de apa din pamant in vecinatate, pentru a

determina daca barierele de apa din pamant sunt prezente, ceea ce poate fi

asociat cu falia, si afecteaza solul in urma zguduirii.

O detaliata documentare istorica privind cutremurele din zona si din

jurul acesteia. Cataloagele seismice ale evenimentelor de-a lungul

timpului sunt necesare pentru prepararea listelor cu posibilele cutremure.

Lista trebuie sa prezinte locatia, magnitudinea si maximul de modificare a

intensitatii Mercalli pentru fiecare cutremur

Constructia, daca intregistrarile o permit a curbei de recurenta a

frecventei cutremurelor regionale, chiar si pana la cele mai mici

magnitudini.

O revedere a inregistrarilor disponibile, in legsatura cu zguduirile de

pamant, pagube si alte informatii legate de intensitatea din apropierea

acestei zone.

Estimarea maximului de intensitate Mercalli, in apropierea zonei prin

intermediul rapoartelor cu previziuni.

Dovezile geologice si seismologice reunite intr-o singura sectiune pot

fi folositen pentru a prezice un cutremur care va fi cea mai puternica

zguduire a pamantului in acea zona. Unde este posibil, sa se specifice

faliile unde ruptura se poate produce. De obicei adancimea focarului,

lungimea rupturii si estimarea deplasariilor faliilor poate fi determinata

dar cu unele incertitudini. Aceste evaluari sunt folositoare pentru a

exprima magnitudinea posibila a pagubelor cutremurelor in intermediul

curbei standard.

Cand exista o indicatie geologica a prezentei unui material ca

fundatie, un raport geologic, in stratul superficial din acea zona este

prevazator. Adaugand ariile de subzistenta, asezarea si stabilitatea

pantei trebuie studiata.

Studierea propietatilor fundamentului, pana la extinderea cautarii

tipului de cladire.

Masuratori(densitate, continut de apa, valorile atenuante) a

propietatilor fizice ale solului prin teste de laborator.

Determinarea valurilor P sau S, viteza lor si atenuarea valurilor Q, in

paturile joase prin metode geofizice.

Predictia cutremurelor

Predictia unui cutremur inseamna determinarea: locului unde se va produce, a intensitatii , si a momentului cand se va produce. Multe persoane considera ca predictia este legata numai de prezicerea timpului cand va avea loc cutremurul. Prin studii seismice realizate pe baza

observatiilor se poate prezice, de obicei, zona in care se petrec de

obicei cutremure. Pot fi stabilite limitele unui cutremur intr-o anumita

zona prin intermediul relatiei dintre magnitudine si lungimea faliei

observate.

Alta schema se bazeaza pe detectarea seismicitatii in regiunea

tectonica. In 1973, in urma predictiilor oferite de U. S. Geological

Survy, se spunea ca un cutremur cu o magnitudine de 4 se va produce in

lungul faliei San Andreas in urmatoarele 6 luni. Predictia se baza pe

principalele zguduiri care se petrecusera in ultimii 3 ani in regiunea San

Andreas. Presupunerile facute spuneau ca sectiunile din mijloc se afla

inca sub presiune si sunt gata sa elibereze aceasta energie printr-un

cutremur; insa nici un cutremur nu s-a produs in urmatoarele 6 luni.

Cel mai promitator experiment s-a petrecut in California unde

datele depind de detectarea periodicitatii de 22 de ani a magnitudinii

moderate(ML=5,5) a cutremurelor cu centrul in apropierea faliei San

Andreas.

Seismogramele disponibile au fost comparate cu mecanismul sursei

celor din 1922, 1934 si 1988, acestea includ schimbarile in masa de apa din

pamant si deplasarea faliilor.

A fost de multe ori semnalat, ca pe langa abilitatea de a prezice

timpul si marimea unui cutremur apar si unele probleme care nu pot fi

rezolvate.Sa prtesupunem ca s-a anuntat posibilitatea producerii unui

cutremur distrugator in cel putin o luna. Care va fi raspunsul populatiei?

Se vor petrece schimbari in domeniul comercial si industrial pentru un

timp, se vor disloca segmente importante ale economiei? Chiar si cu

predictii pe termen scurt, apar dificultati in amanarea activitatilor pana

trece perioada de atentionare. Sa spunem ca timpul prezis a luat sfarsit

si nici un cutremnur nu a avut loc, cine isi va asuma responsabilitatea

redeschiderii scolilor si reluarea celorlate activitati.

Mecanismul distrugator al cutremurelor

Sunt mai multe cauze distrugatoare:

a) fortele inertiale generate de miscarile serioase ale pamantului

b) earthquake induced fires

c) schimbari in proprietatile fizice ale solului

d) deplasari directe ale placilor tectonice

e) landslides??? Sau alte miscari superficiale

f) unde seismice cum ar fi tsunami sau miscari ale substantelor fluide "seiches"???

g) distrugeri cauzate de mari schimbari tectonice, de inaltarea pamantului.

Din aceste categorii, de departe cel mai periculos si mai raspandit cutremur, insotit de nenumarate pierderi de vieti, este cel cauzat de miscarile puternice ale pamantului.

Cutremur si foc

Amintrea marii conflagratii cea a urmat dupa cutremurul din 1906 in San Francisco si 1923 in Tokio este inca vie. In 1906, San Francisco, doar 20% din pierderi au fost cauzate de miscarea pamantului. Focul ce a urmat, in trei zile a distrus 12 km patrati si 521 de blocuri.

In 1972 pe 23 decembrie, in Managua, Nicaragua a avut loc un alt astfel de cutremur. Etajul doi al sediului pompierilor (construit in 1964, deci era relativ noua), s-a prabusit, omorand doi pompieri si ranind altii; focul izbucnit aici s-a intins imediat in intreg orasul si a fost stins abia dupa o saptamana.

Problemele solului

Dupa ultimele cutremure, problemele solului au cauzat mari pierderi economice. Un exemplu clasic este cutremurul din 1964 de la Niigata, Japonia(foto). Acceleratia maxima a fost de aproximativ 0 m/s si nu a fost considerata prea mare. Expansiunea orasului Niigata a cuprins si zona raului Shinano. Dar 3018 case au fost distruse si 9750 au fost avariate datorita craparii si asezarii inegale a pamantului. In jur de 15000 de case au fost inundate si au murit 26 de oameni in urma prabusirii barajului de pe raul Shinano.

Deplasari la suprafata

Poate ca deplasarile la suprafata sunt cel mai inspaimantator aspect al cutremurelor pentru oameni. Oricum, in comparatie cu miscarile puternice de pamant, deplasarile sunt rare. Chiar si intr-un cutremur foarte mare, zona expusa la deplasari de suprafata este mult mai mica decat cea afectata de miscarile putenice ale pamantului. Un exemplu foarte clar este cutremurul din 1972 din managua, Nicaragua, unde mai putin de 1% din distrugeri au fost cauzate de deplasarea la suprafata.

Avalansele si landslides

Un exemplu graitor este cutremurul din 31 mai 1970 din Peru, cu magnitudinea de 7,75, care a produs cel mai mare dezastru seismic de pana atunci din emisfera vestica. Urmarea a fost o avalansa, din nordul muntelui Huascaran, continand mai bine de 50 de milionae metri cubi de piatra, zapada si gheata, traversand 15 km pana in orasul Yungay, cu o viteza de aproximativ 320 km/h. Mai mult de 18 mii de oamnei au fost ingropati de vii de aceasta avalansa care a acoperit orasul Ranrahirca si o parte din orasul Yungay.

Inaltarea pamantului

O alta urmare a cutremurelor este inaltarea cutremurelor, dar acest lucru nu a cauzat pierderi de vieti omenesti sau raniri grave. Singura problema importanta sunt distrugerile in domeniul agriculturii, fiind afectate lucrarile de irigare.

Tsunami

Acestea sunt valuri uriase generate de deplasari bruste ale placilor tectonice sub apa, in asociatie cu cutremurele. Datorita marilor cutremure din pacific, acest ocean este predispu la producerea valurilor seismice. Pentru ca un cutremur sa produca un tsunami..

Unde seismice

Trei tipuri de baza ale undelor elastice produc cutremurele distrugatoare. Acestea sunt unde similare cu cele din apa sau din aer. Din cele trei, doar doua propaga odata cu ele si corpuri solide de roca.

Cea mai rapida dintre aceste unde este numita unda primara sau pur si simplu unda P. Miscarea ei este aceeasi cu unda suntetului; in timp ce se imprastie, dilata si comprima simultan roca. Aceste unde P, la fel ca undele sunetului sunt capabile sa treaca atat prin roci solide, cum ar fi muntii de granit, cat si prin material lichid, cum ar fi magma vulcanica sau apa oceanelor. Cea de-a doua unda este unda secundara sau unda S. Cand o unda S se propaga taie roca formand unghiuri de 90 de grade cu directia in care merge. Totusi, la suprafata pamantului, undele S pot produce miscari verticale cat si orizontale. Undele S nu se pot propaga in substante lichide, cum ar fi oceanele si amplitudinea este redusa considerabil cand strabate sol noroios.

Viteza actuala a undelor seismice P si S depinde de densitatea si de proprietatile elastice ale rocilor si solului prin care trec. In majoritatea cutremurelor, undele P sunt primele care se simt. Efectul este similar cu cel al unei explozii sonice(sonic boom) care zgaltaie si sparge geamurile. Cateva secunde mai tarziu soseste si unda S astfel incat miscarea pamantului este si verticala si orizontala. Aceasta unda S are cel mai distructiv efect asupra cladirilor.

Al treilea tip de unda este numita unda de suprafata pentru ca miscarea sa este limitata doar la suprafata pamantului. Asemenea unde seamana cu valurile produse de vant pe suprafata unui lac. Undele seismice de suprafata se impart in doua tipuri: unde-iubire si unde Rayleigh. Miscarea undelor-iubire seamana cu cele S, doar ca nu se deplaseaza si pe verticala, ci doar pe orizontala intr-un plan paralel cu suprafata pamantului, formand unghiuri de 90 de grade pe directia propagarii. Undele R au acelasi efect ca valurile oceanice, maturand din calea lor rocile, cu miscari verticale si orizontale, intr-un plan vertical cu directia deplasarii undelor. Fiecare bucatica de roca se misca sub forma unei elipse pe masura ce unda R trece.

Undele de suprafata se deplaseaza mai incet decat undele S si P, iar dintre cele doua unde de suprafata, unda-iubire se misca mai repede decat cele R.

Cand undele P si S trec din stratul de roci in crusta, sunt reflectate si refractate, cum se vede in fotografie. De asemenea, cand o unda este reflectata sau refractata, o parte din energia unui tip de roca trece odata cu unda in alt tip de roca. Cand undele S si P ajung la suprafata pamantului, majoritatea energiei ce o au sete reflectata inapoi in crusta, astfel incat suprafata este afectata aproape simultan de miscari de urcare si de coborare. Din acest motiv au loc la suprafata cutremure considerabile, uneori cu amplitudine dubla decat ar fi normal. Dupa mai multe cutremure, lucratorii din mine au raportat miscari mai mici, decat cei de la suprafata. Puterea undelor seismice de toate tipurile este diminuata datorita proprietatilor non-elastice ale rocilor si solului. Undele S sunt mai atenuate decat cele P, dar pentru amandoua atenuarea creste cu cat frecventa creste. Descrierea fizica este aproximatva si, desi s-au verificat indeaproape undele inregistrate de seismografe de la o distanta considerabila de sursa undelor ("terenul indepartat"), nu se pot explica detaliile importante ale miscarii grele din apropierea centrului unui cutremur mare ("terenul apropiat").

Un cutremur este format dintr-o varietate de unde seismice care nu se pot distinge si sursa energiei seismice este imprastiata pe o suprafata mare. Acest lucru face ca distingerea undelor P, S si a celor de suprafata sa nu fie usoara. Oricum, in ultimii ani, in urma unor studii interne si realizarea unor modele tectonice, s-a progresat in clarificarea acestor probleme. Undele seismice sunt afectate atat de conditia solului cat si de topografie.