ELEMENTE DE SEISMOLOGIE APLICAŢII ALE UNDELOR MECANICE Prof. Fabiola şi Bogdan CHIRIACESCU GRUP ŞCOLAR TEHNIC , str. Şcolii, nr.1, 125100 Nehoiu, jud. Buzău

1. Definţia şi clasificarea cutremurelor seismologie =seismos (cutremur) + logos (ştiinţă) seismologia este ştiinţa care studiază cutremurele seismologia se ocupă cu: Studierea undelor seismice provenite de la cutremure sau explozii; Propagarea undelor seismice prin interiorul Pământului; Înregistrarea undelor seismice şi interpretarea înregistrărilor realizate S-a dezvoltat şi o seismologie aplicată care vizează localizarea unor zăcăminte minerale importante din punct de vedere economic prin tehnici de prospectare seismică.

Cutremurul de pământ sau seismul este fenomenul geologic cu caracter violent de natură şi origini foarte variate. Acest termen este folosit pentru a descrie mişcarea bruscă a litosferei, mişcare produsă la o anumită adâncime datorită alunecărilor de-a lungul unei discontinuităţi, sau datorită activităţii vulcanice sau magmatice. Mici seisme pot fi provocate şi de activitatea umană, de pildă de explozii. În general, seismele corespund unor eliberări de energie care provoacă efecte catastrofale.

Fenomenul care stă la baza producerii unui cutremur se numeşte sursa seismului. Locul din interiorul pământului în care ia naştere seismul se numeşte focar sau hipocentru. Punctul de la suprafaţa pământului situat vertical faţă de focar se numeşte epicentru. Zona focarului este zona învecinată acestuia, iar zona epicentrală este zona din imediata vecinătate a acestuia. Punctul situat diametral opus pe suprafaţa Pământului faţă de epicentru se numeşte anticentru. Energia eliberată în focarul unui cutremur este ceva mai mică decât energia bombei nucleare amplificată de un milion de ori.

unde seismice: Undele provocate de un seism se numesc Unde interne, care se propagă prin interiorul Pământului; Unde longitudinale numite şi unde primare (unde P), care se propagă prin toate tipurile de medii; Unde transversale numite şi unde secundare (unde S) care se propagă numai în solide. Unde de suprafaţă, care se propagă de-a lungul unor anumite suprafeţe. Unde de tip Love (L) care se propagă la suprafaţa Pământului; Unde de tip Rayleigh (R) care se propagă la suprafaţa Pământului; Unde Stoneley (legate de undele R) care se propagă la o suprafaţă de discontinuitate din interiorul Pământului; Unde canal, care se propagă de-a lungul unui strat din interiorul Pământului. V(P) > V(S) > V(L) >V(R) A(L) > A(S) > A(P)

Magnitudinea unui cutremur este mărimea care măsoară energia eliberată în focarul seismului. Ea se măsoară pe scala Richter (1935), care ia în considerare măsurători de amplitudine şi perioadă. Un „grad” pe scala Richter corespunde măririi energiei de aproximativ 30 de ori (cutremurul cu magnitudinea 8 are energia de 30 de ori mai mare decât cel cu magnitudinea 7). Cutremurul cu cea mai mare magnitudine cunoscută a avut loc la Saaxi, China în 1920 şi a avut magnitudinea 8,6 pe scala Richter. 70% din cutremurele de pe glob au magnitudinea cuprinsă între 6 ÷ 6,4. O altă caracteristică a unui cutremur este şi intensitatea macroseismică, notată I, care descrie energia ajunsă în punctul de observaţie. Ea este maximă în epicentru. Intensitatea este estimată pe baza unei scale stabilite în mod convenţional, în funcţie de efectele pe care le are seismul. În mod uzual se foloseşte o scală cu 12 grade (notate cu cifre romane) numită scala Mercalli.

Clasificarea cutremurelor se face după mai mulţi factori: În funcţie de distanţa epicentrală (Δ) Locale (Δ‹ 1o) Apropiate (1o‹Δ‹ 10o) Depărtate (10o‹Δ‹ 30o) Foarte îndepărtate sau teleseismele (30o‹Δ‹ 180o) În funcţie de poziţionarea geografică a epicentrului (Continentale sau marine) După adâncimea (h) la care se produc Cutremure cu adâncime normală (0‹h‹ 70 km); Cutremure cu adâncime intermediară (0‹ h‹ 300 km); Cutremure adânci (300 km‹ h‹ 700 km). După energia degajată în Focar (cutremure mijlocii; cutremure mari (puternice); cutremure foarte puternice) După falie După cauzele producerii cutremurelor Naturale sau artificiale

Consecinţele seismelor Efectele seismelor depind foarte mult de intensitatea macroseismică, măsurată pe scala Mercalli. Cu cât punctul de observaţie este mai aproape de epicentru, cu atât efectele sunt mai puternice. Efectele cutremurelor depind de mai mulţi factori. Unul dintre cei mai importanţi este educaţia populaţiei. În timpul unui seism (care durează câteva secunde, până la un minut) foarte multe accidente şi victime sunt cauzate de panică. O bună educaţie asupra comportamentului în astfel de situaţii ar duce la evitarea multor accidente. De asemenea, siguranţa clădirilor este un lucru important. Clădirile cu un risc seismic crescut pot suferi pagube majore şi pot provoca accidente chiar şi la seisme cu intensitate relativ mică.

În cazul seismelor submarine, a erupţiilor vulcanice sau alunecărilor de teren care au loc pe fundul oceanelor, apar valuri uriaşe numite tsunami . În larg, această undă poate trece neobservată, deoarece valurile nu ating mai mult de 1 m. Când unda ajunge în apropierea ţărmurilor, datorită adâncimii reduse, valurile sunt din ce în ce mai înalte, atingând 30 m. Ele mătură totul în cale. Uneori, marea se retrage şi revine apoi în forţă. Valurile succesive împing şi strivesc totul spre interiorul uscatului, iar apoi, când se retrag, aspiră totul în larg.

2. Metode de studiu Seismograful este, în mare, un pendul cu masă mare, suspendat de un punct fix de pe Pământ. Pendulul se mişcă într-un singur plan, pe o singură direcţie. Pendulul este prevăzut cu o peniţă, încărcată cu o cerneală specială, foarte fluidă, pentru a micşora frecările. Peniţa înregistrează mişcarea Pământului pe hârtia unui tambur. Tamburul are o mişcare de rototranslaţie.

În urma unui cutremur se obţine o înregistrare numită seismogramă În urma unui cutremur se obţine o înregistrare numită seismogramă. Seismograma este o curbă pe care se pot identifica tipurile de unde seismice şi timpii lor de sosire. Timpii de sosire ai undelor P şi S ajută la determinarea coordonatelor epicentrului, iar amplitudinile undelor ajută la determinarea magnitudinii seismului. Analiza unei seismograme constă în recunoaşterea şi citirea pe înregistrări a momentului exact al sosirii începutului diferitelor pachete de unde caracteristice, care se numesc fazele cutremurului.

Determinarea magnitudinii pe scala Richter este bazată pe măsurătorile făcute pe seismogramă. Este nevoie de intervalul de timp dintre sosirile undelor P şi S şi de amplitudinea maximă a undelor preliminare. Chiar dacă relaţiile dintre magnitudine şi amplitudinea undelor S sunt complicate, se poate folosi un instrument grafic pentru a simplifica procesul şi pentru a estima magnitudinea cunoscând distanţa epicentrală şi amplitudinea. În diagrama de mai jos (dreapta) linia marcată reprezintă cutremurul „standard” pe scala Richter. Acest cutremur standard s-a produs la o distanţă de 100 km şi a determinat o amplitudine de 1 mm pe seismogramă. Acestuia i se atribuie magnitudinea 3. Celelalte cutremure pot fi raportate la acest standard. De remarcat că un seism produs la o distanţă de 100 km cu magnitudinea 4 va produce o amplitudine de 10 mm, iar unul cu magnitudinea 5 o amplitudine de 100 mm. 1, 10, 100 sunt puteri ale lui 10, motiv pentru care scala Richter se numeşte exponenţială. O modificare de o unitate a magnitudinii creşte amplitudinea de 10 ori.

Paşii determinării magnitudinii folosind diagramele reprezentate sunt: se determină distanţele epicentrale; pe seismogramă se măsoară amplitudinea maximă a undei S; în schema magnitudinii se trasează dreptele care unesc distanţa epicentrală cu amplitudinea pentru mai multe înregistrări (minim două). Dacă determinările sunt corecte, toate dreptele se vor intersecta într-un punct care desemnează magnitudinea cutremurului.

BIBLIOGRAFIE: C. Ciucu, Dobrescu – Elemente de seismologie, ed. Univers,2001 G. Demetrescu - « Curs de seismologie » Ştefan Lascu - « Seismologie şi tectonică » Ştefan Lascu - « Principiile observaţiilor seismice » G. Petrescu - « Cutremure de pământ », Bucureşti, 1959 *** - « Cercetări seismologice asupra cutremurului din 4 martie 1977 - Institutul Central de Fizică, Centrul de Fizica Pământului şi Seismologie.