Înainte de toate - ce este un cutremur?

Un cutremur (sau seism) este un fenomen natural caracterizat prin eliberarea bruscă a energiei acumulate în roci; această energie se transmite sub formă de unde seismice care provoacă printre altele mișcarea solului.

Simplificând, putem compara un acțiunea unui cutremur cu efectul unei pietre aruncată într-un lac: 

Figura 1 - Asemănarea dintre efectul unei pietre aruncate într-un lac și efectul unui cutremur (figură modificată după iris.edu)
Figura 1 - Asemănarea dintre efectul unei pietre aruncate într-un lac și efectul unui cutremur (figură modificată după iris.edu)

În 1906, Henry Reid a reușit să explice mecanismul de producere a cutremurelor cu ajutorul teoriei revenirii elastice. Atunci când rocile încep să fie sub presiune, ele inițial se îndoaie ca un arc, împotrivindu-se forței din direcție opusă. Atunci când presiunea devine prea mare, rocile cedează și se rup în cel mai vulnerabil punct, iar restul rocilor îndoite revin la forma inițială. Zona de ruptură devine o falie, și energia eliberată brusc generează un cutremur.

Figura 2 - Ilustratie a teoriei revenirii elastice
Figura 2 - Ilustratie a teoriei revenirii elastice

Știința care se ocupă cu studiul cutremurelor și propagării undelor seismice se numește seismologie.

Cauze care duc la producerea cutremurelor

Acestea pot fi:

  • naturale:
    • tectonice: datorită tensiunilor din interiorul Pământului (90% din cutremurele de pe Glob)
    • activitate vulcanică (7% din cutremurele de pe Glob)
    • impactul meteoriților
    • prăbușirea cavernelor subterane
  • artificiale:
    • explozii
    • operațiuni miniere (precum surpări de mine, exploatare prin injecție cu fluide, excavări)
    • umplerea lacurilor de acumulare

Majoritatea cutremurelor se produc datorită fenomenelor naturale din interiorul Pământului. Oare de ce?

Figura 3 - Harta cutremurelor din lume cu magnitudine-moment mai mare de 5, în perioada 1900-2012. Ce observi? Cutremurele au loc oriunde sau respectă anumite tipare?
Figura 3 - Harta cutremurelor din lume cu magnitudine-moment mai mare de 5, în perioada 1900-2012. Ce observi? Cutremurele au loc oriunde sau respectă anumite tipare? (Sursa datelor: Catalogul ISC-GEM)

Din start trebuie să înţelegem că seismele sunt rezultatul unui mecanism planetar foarte complicat, pe care de abia în ultimele sute de ani am început să îl descifrăm folosind raţionamente ştiinţifice. 

Nimeni nu a fost în interiorul Pământului pentru a vedea ce se află acolo, însă datorită undelor seismice produse de cutremure și interpretării lor, precum și altor factori, am putut înțelege ce se întâmplă la adâncimi considerabile din interiorul Pământului. Astfel am ajuns la concluzia că povestea cauzelor tectonice ale cutremurelor este următoarea:

  • Cu circa 4,5 miliarde de ani în urmă, dintr-un nor de praf şi gaz care se învârtea în jurul Soarelui s-a format Planeta Pământ. Pământul s-a încălzit tot mai tare, până când s-a transformat într-o sferă de roci incandescente şi metal topit. Pe măsura trecerii timpului, de-a lungul a milioane de ani, Pământul a început să se răcească, fenomen ce continuă şi în zilele noastre. Ca efect al procesului de răcire, materialele mai dense (precum cele ce conţin fier şi sulf) s-au scufundat în interiorul Pământului, iar materialele mai uşoare (precum cele ce conţin silicaţi şi apă) au ajuns spre suprafaţă, unde s-au răcit, formând o scoarţă solidă.
    Figura 4 - Diferentierea invelisurilor Pamantului
    Figura 4 - Diferentierea invelisurilor Pamantului
  • În procesul de formare s-au delimitat mai multe învelişuri (strate) în interiorul Pământului. Datorită asemănărilor, structura internă a Pământului poate fi comparată cu cea a unui ou fiert.
    Figura 5 - Structura internă a Pământului
    Figura 5 - Structura internă a Pământului
  • Crusta şi mantaua superioară formează o sferă de roci denumită litosferă, caracterizată prin starea ei de agregare solidă și printr-o grosime de 100-150 km sub oceane și până la 250-300 km sub continente. Imediat sub aceasta se situează astenosfera, care este o regiune din manta cu o consistenţă plastică, semisolidă (asemenea asfaltului topit), care se întinde în continuarea litosferei până la maxim 700 km adâncime. Supus de-a lungul timpului geologic unor presiuni şi temperaturi foarte înalte, materialul din care este alcătuită astenosfera devine mai uşor şi „curge”. Din această cauză, se presupune că litosfera „pluteşte” sau se deplasează odată cu astenosfera.
    Figura 6 - Diferența dintre litosferă și astenosferă
    Figura 6 - Diferența dintre litosferă și astenosferă
  • Datorită numeroaselor deformări la care este supusă (atât datorită unor forțe din interiorul Planetei cât și din exteriorul ei), litosfera nu se constituie sub forma unui înveliș unitar de roci; ea prezintă numeroase fisuri, care o împart în mai multe fragmente. Acestea poartă denumirea de plăci litosferice (sau tectonice).
  • Plăcile Pământului se mișcă lent, dar continuu. Viteza lor de deplasare poate fi comparată cu viteza de creștere a unghiilor noastre. Forţe aparent invizibile, dar a căror existenţă a fost însă demonstrată şi justificată ştiinţic, dirijează această deplasare.
  • Pentru mult timp, ideea de mişcare a plăcilor tectonice a fost de neconceput, până în anul 1912 când Alfred Wegener a prezentat teoria derivei continentelor.
    Figura 7 - Plăcile litosferice (tectonice) majore și direcțiile actuale ale deplasărilor (reprezentate prin săgeți)
    Figura 7 - Plăcile litosferice (tectonice) majore și direcțiile actuale ale deplasărilor (reprezentate prin săgeți)
  • Mișcarea plăcilor tectonice este produsă de contrastul dintre temperaturile mari din nucleu si cele mici de la suprafata ce cauzează mișcarea materialului topit din manta. Această mișcare seamănă cu cea pe care o putem observa în interiorul unui vas cu apă adus la fierbere, iar denumirea ştiinţifică a acestei mişcării este convecţie.
    Figura 8 - Ilustrații ale procesului de convecție
    Figura 8 - Ilustrații ale procesului de convecție
  • Materialul topit din astenosferă, ce se ridică la suprafaţa Pământului prin fisuri şi fracturi, se numeşte magmă. Când aceasta iese la suprafaţă se formează vulcanii. Vulcanii au, de obicei, perioade scurte de activitate, urmate de perioade mult mai lungi de repaus. Vulcanii inactivi sunt cei care nu au mai avut activitate vulcanică o perioadă lungă de timp.
    Figura 9 - Vulcani cu cel puțin o erupție în perioada 1800-2016
    Figura 9 - Vulcani cu cel puțin o erupție în perioada 1800-2016
  • Acum ajungem în final și la cutremure. Majoritatea cutremurelor se datorează mişcărilor plăcilor tectonice şi se produc îndeosebi la limitele de separaţie dintre ele (margini de plăci). În funcţie de direcţia de deplasare şi densitatea plăcilor tectonice, marginile dintre ele pot avea caracteristici foarte diferite, putând fi:
    • margini divergente - întâlnite la interacţia dintre două plăci ce se depărtează una de cealaltă;
    • margini convergente - întâlnite acolo unde două plăci intră în coliziune;
    • margini transformate - întâlnite în zonele în care plăcile alunecă una pe lângă cealaltă (zone de subducţie);
    • zone de tranziţie - regiuni de interacţie între plăci, pentru care nu se poate defini clar tipul de mișcare a plăcilor ce le separă și nici nu se poate delimita clar suprafaţa pe care se întinde.
      Figura 10 - Tipuri de margini ale plăcilor tectonice: divergente (dreapta), convergente (centru) și de transformare (stânga)
      Figura 10 - Tipuri de margini ale plăcilor tectonice: divergente (dreapta), convergente (centru) și de transformare (stânga)
  • Cele trei tipuri principale de mișcări ale plăcilor ce caracterizează marginile de plăci sunt: de depărtare, de coliziune și de alunecare. Efectele mişcărilor plăcilor sunt impresionante atunci când au loc de-a lungul câtorva milioane de ani. Mișcările duc la formarea lanţurilor muntoase (precum Munţii Himalaya), a foselor oceanice (precum Groapa Marianelor), a rifturilor şi dorsalelor medii-oceanice și la deplasarea continentelor.
  • Faliile pot fi considerate subcomponente ale marginilor plăcilor tectonice, dar și rezultat al răspunsului rocilor din crustă la stresul din interiorul Pământului. Ele reprezintă fracturi pe un anumit plan, care separă două blocuri ce se pot deplasa unul față de celălalt. În momentul mișcării bruște a celor două blocuri se produc cutremure. Un cutremur produs pe o falie poate semnifica mișcarea sau extinderea acesteia.
  • Printre cele mai importante sisteme de falii active din Lume se numără:
    • Sunda din Asia de Sud-Est (cu o lungime de 5000 km)
    • Riftul Central-African (cu o lungime de 4000 km)
    • Alaska-Aleutine (cu o lungime de 3600 km)
    • Faliile Alpine din Noua Zeelandă (cu o lungime de 1400 km)
    • San Andreas din California, SUA (cu o lungime de 1300 km)
    • Faliile din zona Himalaya-Tibet, precum Megafalia Himalayană Frontală, Altyn Tagh, Haiyuan, Kunlun, Xianshuihe sau Longmenshan. 
    • Sistemul de falii Est și Nord Anatolian din Turcia

Cutremurele sunt un indicator al activităţii din interiorul Pământului, care trebuie privit ca un întreg organism viu, mereu în transformare. Ţinând cont de scara de timp geologică putem modifica celebrele vorbe ale lui Neil Armstrong (primul om pe Lună) cu următoarele:

Un cutremur mare pentru omenire, un pas mic în transformarea Planetei.

Mituri și povești legate de cutremure

În vechime, când oamenii nu puteau înțelege cauzele cutremurelor, le explicau prin intermediul miturilor şi poveştilor. Iată câteva exemple:

  • Japonia: Pământul plutește pe spatele unui pește uriaș, pe nume Namazu. De fiecare dată când Namazu dă din coadă, Pământul se cutremură.
  • Noua Zeelandă: Mama Pământ poartă în pântec un copil, pe micuţul zeu Ru. Când el se întinde şi loveşte, aşa cum fac bebeluşii, el provoacă cutremure.
  • India: Pământul este susţinut de patru elefanţi care stau pe spatele unei broaşte ţestoase. Broasca ţestoasă la rându-i stă în echilibru pe capul unei cobre. Atunci când unul dintre animale se mişcă, se cutremură şi Pământul.
  • Mexic: El Diablo, diavolul, începe să sfâşie Pământul pornind din interiorul său. El şi cohorta sa de draci, folosesc crăpăturile făcute atunci când vor s-o ia pe scurtătură ca să iasă la suprafaţă şi să stârnească din nou necazuri pe Pământ.
  • America Centrală: Pământul pătrat este ţinut la cele patru colţuri ale sale de către patru zei. Atunci când ei decid că Pământul a devenit suprapopulat, aceştia îl răstoarnă pentru a scăpa de surplusul de oameni.
  • Mozambic: Pământul este o fiinţă vie şi are aceleaşi probleme ca şi oamenii. Din când în când, el se îmbolnăveşte, face gripă cu febră şi noi îl putem simţi atunci când are frisoane.
  • Vestul Africii: Oamenii trăiesc pe capul unui uriaș. Pădurea este părul lui iar oamenii și animalele sunt ca niște purici pentru uriaș. Atunci când acesta strănută se produce un cutremur.
  • România: Lumea se sprijină pe stâlpii divini ai credinţei, speranţei şi carităţii. Atunci când faptele oamenilor slăbesc unul dintre stâlpi, Pământul se cutremură.