6. UNDE ELASTICE ÎN PĂMÎNT

„În ultimii cincizeci de ani s-a ajuns treptat la aprecierea că seismologia este fecundă nu numai prin aplicarea metodelor fizice pentru a arunca lumină asupra naturii și caracteristicilor cutremurelor de pămînt ci și prin utilizarea datelor seismice ca sursă de cunoaștere a structurii interne a Pămîntului. Cînd se produce un cutremur, în interiorul Pămîntului se transmit unde, care sînt înregistrate în observatoare pe seismograme; prin descifrarea înregistrărilor, seismologul face radiografia Pămîntului.”

K.E. BULLEN

„Ce te scuturi tu, Pămîntule, fără pricină știută?”

TUDOR ARGHEZI

Aspectul sub care cutremurele de pămînt s-au impus, mai întîi, atenției omului a fost, desigur, acela de calamitate naturală. Fenomene impresionante prin capacitatea lor de distrugere, adăugată imprevizibilității și implacabilității lor, cutremurele au devenit, relativ tîrziu, obiect de cercetare științifică. Ele s-au dovedit, totuși, în scurt timp, a fi foarte importante mesaje fizice ale Pămîntului.

Suportul lor fenomenologic este reprezentat de undele elastice care sînt generate în focarele seismice și care se propagă, în interiorul Globului, în toate direcțiile, aducînd cu ele informații atît despre fenomenele din focar cît și despre drumul parcurs de acolo pînă la locul de înregistrare. Din păcate, aceste „semnale utile”, complexe prin ele însele, apar pe un fond de „zgomot perturbant”, datorit condițiilor locale ale amplasamentului și particularităților echipamentului stațiunii de înregistrare, ceea ce complică foarte mult detectarea, identificarea și descifrarea lor.

În acest capitol, de dimensiuni extrem de reduse în raport cu vastitatea, complexitatea și importanța domeniului seismologiei, expunerea se va limita doar la aspectul de mesaj fizic al undelor elastice provocate de cutremurele de pămînt în interiorul Globului și la descifrarea lor, în dublul scop al cunoașterii mecanismului de producere a fenomenelor seismice și al obținerii unei imagini cît mai fidele a structurii interne a planetei noastre. Nu vor putea fi amintite decît în treacăt — întrucît sînt mai puțin semnificative ca mesaje, în sensul adoptat de noi — importante date seismologice legate de unele probleme de ordin practic, cu prelungiri pe plan economic și chiar... diplomatic, cum sînt zonările seismice în vederea realizării, cu cheltuieli minime și cu eficiență maximă, a construcțiilor antiseismice, respectiv discriminarea între undele elastice provocate de cutremurele naturale și cele generate de exploziile subterane artificiale.

Subliniind, de la început, că descifrarea mesajelor terestre pe care le constituie undele seismice este — ca și operațiile corespunzătoare celorlalte mesaje fizice ale Pămîntului — tot o problemă inversă, adică o caracterizare de cauză plecînd de la cunoașterea efectelor, vom prezenta, mai întîi, cadrul general în care se efectuează această descifrare așa cum rezultă el, schematic, din termenii problemei directe corespunzătoare: prevederea efectelor plecînd de la fenomenele considerate a fi cauza lor. În acest cadru vom situa, apoi, mesajele seismice ale Pămîntului și vom trece în revistă descifrările lor actuale cele mai importante.

Formulată de Tudor Arghezi în context literar, întrebarea care stă ca al doilea citat în fruntea acestui capitol s-a pus pentru om din cele mai vechi timpuri și se menține și azi, doar ușor atenuată, chiar în domeniul cercetărilor științifice. Date fiind proporțiile pe care le pot lua cutremurele de pămînt, caracterul lor de inevitabilitate și impresia puternică exercitată de manifestările lor asupra omului — aproape cu totul neputincios în a-și apăra viața și bunurile de efectele distrugătoare ale unor fenomene încă imprevizibile —, nu este de mirare că această întrebare se pune mereu, cu insistență. Mai mult, ținînd seama de complexitatea fenomenelor seismice, de multitudinea și varietatea factorilor ce intervin în înlănțuirea lor, de vastitatea cadrului în care ele se desfășoară ca și de relativa modicitate a mijloacelor de investigație, apare justificată, pînă la un punct, și pe plan științific, sugestia privitoare la ignorarea cauzei cutremurelor, cu care se termină întrebarea poetului.

Justificarea este numai parțială, în prezent, căci o parte din înlănțuirea de fenomene care constituie mecanismul de producere a cutremurelor de pămînt se cunoaște relativ bine. Tocmai de această parte cunoscută ne vom servi pentru a schița, în termeni calitativi de problemă directă, cadrul de interpretare a datelor de observație ale seismologiei, în vederea abordării descifrării de mesaje care ne interesează.

Complexul fenomenelor seismice poate fi reprezentat, la nivelul cunoștințelor actuale, de următoarea imagine schematică, chiar suprasimplificată. Sub influența tensiunilor care se nasc în interiorul lui, Pămîntul este supus unor continue deformări. Dintre modificările de formă care au loc: deformări elastice, deformări plastice și fracturi, primele două nu provoacă schimbări cu caracter brusc, pe cînd cele din ultima categorie implică o variație bruscă de tensiune în locul unde se produce fractura, adică în porțiunea din interiorul Pămîntului, situată mai mult sau mai puțin adînc (dar nu mai adînc de 720 de kilometri), numită focar; de dimensiuni relativ reduse, focarul este asimilat, de regulă, cu un punct iar proiecția lui pe suprafața Pămîntului reprezintă ceea ce se desemnează obișnuit ca epicentrul cutremurului.

O asemenea variație bruscă a stării de tensiune din interiorul maselor terestre generează unde elastice ce se propagă în mediul complex care constituie interiorul planetei noastre. Mișcarea care rezultă poate avea manifestări distrugătoare la distanțe nu prea mari de sursa ei și, deși puternic atenuată, mai poate avea intensități care să permită înregistrarea ei — ca deplasare, viteză sau accelerație a solului — chiar la distanțe foarte mari de epicentru, dacă se dispune de instrumente adecvate și suficient de sensibile, amplasate în condiții corespunzătoare. Ansamblul acestor fenomene, constituind o perturbație elastică complexă, reprezintă un cutremur de pămînt.

Nu este greu să se remarce care sînt părțile mai puțin clare ale acestei imagini schematice. Ele corespund mai mult mecanismului de generare a tensiunilor cărora li se atribuie deformările decît eliberării acestor tensiuni în cadrul procesului de „faliere”, care conduce la apariția fracturilor. Situația se prezintă sensibil mai bine în privința producerii undelor seismice, a propagării și atenuării lor.

Lăsînd la o parte procesele încă insuficient cunoscute ale apariției și acumulării tensiunilor în porțiunea din interiorul Globului care, prin eliberarea bruscă a lor, devine focarul (sau hipocentrul) unui cutremur de pămînt, vom examina acum — pe scurt dar nu fără o încercare de încadrare istorico-literară — caracterul ondulatoriu al substratului mecanic al fenomenelor seismice, tipurile de unde produse, propagarea lor în interiorul Pămîntului și forma sub care ele apar înregistrate. Rostul acestei examinări este acela de a se fixa cîteva repere, destinate a servi ca elemente aperceptive pentru discutarea procesului de descifrare a mesajelor seismice ale Pămîntului, reprezentate de diverse manifestări ale cutremurelor.

Caracterul de unde al perturbațiilor seismice a fost recunoscut de multă vreme. Se pare că ideea unui substrat ondulatoriu al cutremurelor de pămînt ar fi apărut în urma observațiilor făcute cu ocazia cutremurului care a distrus Lisabona în 1755. (Este vorba de cutremurul menționat de Voltaire în „Candide”, cutremur căruia doctorul Pangloss îi atribuie o origine fantezistă: „Acest cutremur nu este ceva nou; orașul Lima a suferit scuturături asemănătoare anul trecut; aceleași cauze — aceleași efecte: există desigur o dîră de pucioasă pe sub pămînt de la Lima la Lisabona.”) Cum acest cutremur s-a produs în timpul serviciilor religioase de „ziua tuturor sfinților”, foarte numeroase persoane din diverse regiuni ale Europei au văzut candelabrele oscilînd. Nu este, astfel, surprinzătoare emiterea, în 1760, a ipotezei undelor elastice din interiorul Pămîntului ca echivalent fenomenologic al cutremurelor.

Este interesant să semnalăm că, vorbind în „Frații Jderi” despre „cutremurul cel mare” din 1471, Mihail Sadoveanu scoate și el în relief caracterul ondulatoriu al fenomenului: „... cutremurul se desluși deplin ca o unduire de val...”. Și mai interesant este faptul că, în concordanță deplină cu observațiile științifice, se menționează o a doua etapă în desfășurarea fenomenului: „Al doilea val al cutremurului scutură pămîntul cu mai multă putere și mai îndelung decît întîia oară, cu aceleași detunete subpămîntene”. Într-adevăr, deși apar simultan în focar, diversele tipuri de unde elastice produse de cutremure se propagă în interiorul Pămîntului cu viteze diferite și ajung, deci, succesiv într-un loc situat la oarecare depărtare, în ordinea vitezelor lor descrescătoare.

O primă categorie de unde seismice este formată de undele longitudinale, unde de comprimare și dilatare, care provoacă în mediul de propagare o deplasare a particulelor acestuia după însăși direcția lor de înaintare. Dintre toate undele seismice, ele au cea mai mare viteză de propagare, ceea ce face ca ele să sosească mai întîi în locul în care se observă manifestarea efectelor cutremurului. Înscriindu-se ca prime impulsuri pe seismogramă, undele longitudinale au și fost numite în latinește „primae” și sînt desemnate, de regulă, prin litera P, inițiala acestui cuvînt.

Cu o viteză mai mică se propagă undele elastice transversale, pentru care deplasarea particulelor mediului se face după direcția perpendiculară pe aceea de propagare, ele avînd, astfel, caracterul de „unde de forfecare”. Aceste unde ajung în rîndul al doilea la locul de înregistrare, cu o întîrziere cu atît mai mare, față de momentul sosirii undelor P, cu cît înregistrarea se face la o distanță epicentrală mai mare. Numite unde „secundae”, undele transversale sînt indicate, în mod obișnuit, prin litera S, cu care începe acest cuvînt.

Din focar, undele P și S se propagă prin „volumul” Pămîntului în toate direcțiile, în particular și spre locul de observație. (De fapt, propagarea nu se face în linie dreaptă. Cum vitezele cresc, în general, cu adîncimea, atît pentru undele P cît și pentru undele S, traiectoriile urmate de ele sînt, în conformitate cu legile refracției, curbe cu concavitatea spre suprafața terestră.) Ambele categorii de unde de volum au caracterul de unde precursoare ale cutremurului propriu-zis distructiv, ele avînd efecte relativ reduse în această privință. Prima „unduire de val” pe care o reprezintă ele constituie, însă, un important mesaj al Pămîntului. Cu un secol și jumătate înainte ca Bullen să fi subliniat, prin cuvintele citate în fruntea acestui capitol, conținutul informațional — cu privire la interiorul Pămîntului — al undelor seismice, Shelley a arătat, în „Prometeu eliberat”, în termeni aproape științifici, că ele

„Cînd longitudinale și cînd transversale
Străbat întunecata crustă terestră și, sosind la suprafață,
Dezvăluie secretele din adîncul inimii Pămîntului”.

(Traducerea a renunțat la libertatea pe care și-a luat-o poetul de a folosi cuvîntul „perpendicular” în loc de „longitudinal” — undele longitudinale produc, de altfel, deplasări perpendiculare dar nu pe direcția de propagare ci pe frontul de undă —, menținînd, însă, imaginea sugerată cu privire la alternanța naturii undelor, și ea o evidentă licență poetică.)

Cutremurele de pămînt se manifestă distructiv în special prin undele de suprafață. Spre deosebire de undele de volum, acestea se propagă prin porțiunile foarte superficiale ale crustei terestre, ca și cînd ar proveni din epicentru și nu din hipocentru, cu viteze și mai mici decît ale undelor S, așa încît la distanță ajung după ele. Undele de suprafață sînt de două categorii. Unele, numite unde Rayleigh, provoacă o deplasare complicată a particulelor mediului de propagare, anume o mișcare retrogradă după o traiectorie eliptică, în planul determinat de direcția de propagare și de verticală. Altele, undele Love, sînt caracterizate prin deplasări mai simple, transversale în planul orizontal.

Ambele categorii de unde de suprafață, avînd viteze de valori apropiate, au perioade mai lungi decît undele de volum, ceea ce a făcut să fie numite unde „longae”, de unde și desemnarea lor prin litera L. Producînd deplasări de amplitudini mari și durînd un interval de timp mai lung, ele constituie, macroscopic, faza a doua — cea distructivă — a cutremurului, atît de bine descrisă de Sadoveanu.

Figura 5

5. Mesaje seismice naturale și descifrarea lor.

Cîteva imagini, cu caracter de sinteză a trecerii în revistă care precedă, sînt prezentate în figura 5, destinată să încheie această discuție în termeni de problemă directă. Punînd în evidență formele sub care se prezintă principalele mesaje seismice ale Pămîntului, ca înregistrări de unde produse de cutremure, această figură indică și traiectoriile după care se pot propaga undele de volum P și S de la hipocentrul cutremurului (practic coincident cu epicentrul) pînă la locul de înregistrare, considerat la cinci distanțe diferite de focar.

Dacă înregistrarea se face într-un loc situat în zona epicentrală, pentru care perturbația seismică reprezintă un „cutremur local”, diversele unde seismice se înregistrează practic suprapuse, la un interval de timp foarte scurt după momentul producerii lor în focar (cazul 1). Pînă la distanța de circa 1000 de kilometri se vorbește de un „cutremur foarte apropiat”, pe a cărui seismogramă undele de volum și de suprafață încep să se separe unele de altele, fiind înregistrate cu decalaje de pînă la 2 minute, fără, însă, ca undele S, care apar în trena undelor P, să poată fi ușor identificate (cazul 2). Se consideră, apoi, că avem de-a face cu un „cutremur apropiat” (evident, la scară planetară) pînă la distanțe epicentrale de ordinul a 3000 de kilometri, înregistrările punînd clar în evidență undele P, S și L (cazul 3). La distanțe și mai mari, de circa 5000 de kilometri, perturbația seismică reprezintă ceea ce se poate numi fără ezitare un „cutremur depărtat”, pe a cărui seismogramă apar diverse „faze” ale undelor seismice, de exemplu, pe lîngă cele simple P, S și L, și unde longitudinale care s-au reflectat odată pe fața interioară a suprafeței Pămîntului și ajung să se înregistreze, după undele P, ca unde PP; la fel, există unde SS (cazul 4). Pot apărea și faze, care nu sînt marcate pe figură, ca PS sau SP, dacă reflexia undelor se face cu schimbarea caracterului lor (longitudinal sau transversal). În fine, la distanțe și mai mari, de ordinul de mărime al sfertului de meridian și mai mari, nu mai este o figură de stil să se vorbească despre un „cutremur foarte depărtat” (sau teleseism), pentru care „al doilea val” al cutremurului, reprezentat de undele L, se înregistrează la peste 20 de minute după sosirea undelor P; între aceste extreme, se înregistrează, evident, undele S și diversele faze PP, PPP, SS, SSS (cazul 5). Se înțelege că pot apărea și faze complexe de tipul PS, SP, PPS, PSS etc.

Trebuie să adăugăm că schema pe care am prezentat-o este foarte mult simplificată. Fazele undelor seismice înregistrate sînt mult mai numeroase și mai variate decît ar sugera această schemă, în care s-au luat în considerare numai reflexii ale undelor P și S pe fața interioară a suprafeței terestre, cu sau fără menținerea caracterului lor. Undele de volum se mai pot reflecta pe suprafața de separație dintre manta și nucleu sau pot pătrunde în nucleu prin refracție. Reflexia pe suprafața nucleului exterior, indicată prin litera c în simbolul de reperare al fazei respective, poate schimba sau nu natura undei incidente, așa încît la suprafața Pămîntului se pot înregistra faze ca, de exemplu, PcP, PcS, ScS sau ScP. Refracția urmată de propagarea în nucleul exterior se indică prin litera K și poate duce, pe înregistrări, la faze PKP, PKS etc; în nucleul exterior undele seismice nu se pot propaga decît ca unde longitudinale, mediul respectiv comportîndu-se ca un fluid, deci simbolul K nu comportă nici o ambiguitate în privința naturii undelor la care se referă.

În schimb, în nucleul interior, cu proprietăți de corp solid, în particular cu rezistență la forfecare, pe lîngă undele longitudinale care pătrund din nucleul exterior, refractîndu-se și păstrîndu-și natura (fenomenul este indicat în simbolul fazei respective prin I), pot apărea și unde transversale, rezultate din refracția undelor longitudinale din nucleul exterior, însoțită de schimbarea caracterului lor (fenomenul este desemnat prin litera J). În consecință, pot exista, de exemplu, faze ca PKIKS, SKJKP, PKJKS etc.

Să mai amintim că, în cazul undelor generate de cutremure cu focar adînc, poate avea loc o primă reflexie pe fața interioară a suprafeței Pămîntului, într-un punct relativ apropiat de epicentru, unda care se propagă între focar și acest punct fiind desemnată prin litera minusculă corespunzătoare naturii ei: p (longitudinală) sau s (transversală). Se înțelege ușor ce reprezintă, atunci, de exemplu, simbolurile pScP sau sSKJKS. În primul caz este vorba de o undă care pleacă dintr-un focar adînc spre suprafața Pămîntului ca undă longitudinală, se reflectă pe suprafața terestră ca undă transversală, se propagă ca atare în manta, pînă la suprafața nucleului, unde se reflectă schimbîndu-se în undă longitudinală, cum va ajunge la locul de înregistrare. Faza indicată de al doilea simbol corespunde următoarelor evenimente: plecarea, de la focar adînc, a unei unde transversale, reflectarea ei pe fața interioară a suprafeței terestre, fără schimbarea naturii, refracția ei la suprafața nucleului exterior și pătrunderea în el, obligatoriu ca undă longitudinală, pătrunderea în nucleul interior, prin refracție cu schimbarea în undă transversală, ieșirea în nucleul exterior (evident, ca undă longitudinală) și, apoi, pătrunderea prin refracție în manta, cu schimbarea naturii, deci sosirea la locul de înregistrare ca undă transversală.

Se conturează acum aspectele mai importante ale descifrării mesajelor seismice ale planetei noastre, reprezentate chiar de undele produse de cutremure, detectate și identificate, prin intermediul înregistrării pe seismograme, după propagarea lor, pe diverse trasee prin interiorul Globului, cu schimbări de direcție și, eventual, de natură, în urma reflexiilor și refracțiilor suferite la suprafețele de discontinuitate care separă diferitele diviziuni ale interiorului Pămîntului. Deși se prezintă sub aspecte variate, problemele ridicate de descifrarea acestor mesaje se reduc, în esență, la una singură: problema inversă a seismologiei, care constă în caracterizarea sursei, pe de o parte, și a parcursului undelor înregistrate, pe de alta, prin reconstituirea fenomenelor care au avut loc în focar și a celor de pe traseul complicat urmat de ele.

Se înțelege că rezolvarea unei asemenea probleme se face cu mari dificultăți, legate atît de ambiguitatea intrinsecă a caracterului ei invers cît și de ignorarea unor parametri importanți, în particular a parametrilor elastici, respectiv a vitezelor de propagare a undelor de volum în diversele zone din interiorul Globului. În măsura în care aceste dificultăți pot fi învinse sau cel puțin ocolite, este posibil să se obțină informații asupra naturii proceselor din focarele cutremurelor, respectiv asupra structurii interne a Pămîntului. Sînt cele două categorii de descifrări de mesaje seismice terestre pe care urmează să le trecem în revistă.

În dezacord flagrant cu titlul adoptat pentru scrierea de față, care subliniază caracterul actual al descifrărilor de mesaje terestre luate în considerare, vom părăsi pentru moment actualitatea, pentru a trece sumar în revistă cîteva aspecte din trecutul informațiilor privitoare la cutremurele de pămînt, atît ca simple menționări cît și ca încercări de descifrare a acestor mesaje ale Pămîntului. Operația prezintă interes prin ocazia pe care o oferă de a se semnala justețea unor observații făcute direct, fără ajutor instrumental, și de a se constata evoluția de la „explicații” cu totul naive și fanteziste spre interpretări mai realiste, prin invocarea unor fenomene naturale în tentativele de descifrare, chiar dacă nu este vorba de procese care intervin efectiv în cazul cutremurelor.

Din foarte numeroasele imagini conținute în ceea ce constituie o adevărată mitologie a seismologiei, vom evoca — pentru meritul ei de a ține seama de cele două „valuri” din manifestările macroseismice — numai pe aceea a peștelui uriaș care ar susține Pămîntul și ale cărui mișcări bruște ar fi la originea cutremurelor de pămînt. Iat-o în prezentarea lui Sadoveanu: „N-a dat din coadă prea tare peștele cel mare pe care stă așezat Pămîntul. Precît spun oamenii cei vechi, este apă fără sfîrșit care se chiamă Marea. Și la fața apei stă peștele cel mare, cu poruncă de la începutul zidirii să ție sub Soare Pămîntul. Din vreme în vreme acel pește are și el nevoie de somn, adoarme, îi intră apă în nări și strănută; ș-atunci se deșteaptă și bate o dată din coadă; pe urmă bate ș-a doua oară. Așa s-a cutremurat zidirea lumii de două ori și azi”. Cum am remarcat deja, interesantă este menționarea celor două bătăi din coadă, corespunzînd, evident, efectelor macroscopice ale undelor de volum, precursoare, respectiv ale undelor de suprafață, de paroxism al cutremurului.

Ecouri ale preocupărilor legate de cutremurele de pămînt apar în numeroase și variate documente ce ne-au parvenit din trecutul îndepărtat al omenirii, precum și în opere literare și filozofice din antichitate. Mențiuni despre cutremure se găsesc — uneori cu detalii descriptive semnificative —, de exemplu, în Biblie iar descrieri ale lor au fost date de Homer în „Odiseea”, de Virgil în „Eneida” și în „Georgice”, de Eschil în „Prometeu înlănțuit”, de Euripide în „Ifigenia în Taurida”. Încercări de clasificare și chiar ipoteze cu pretenții de explicare a producerii cutremurelor, deci adevărate tentative de descifrare a mesajelor seismice — arît de imperfect recepționate, lăsînd la o parte efectele distrugătoare —, au fost făcute de gînditori ca Aristotel, Seneca, Lucrețiu și Pliniu.

Nu este lipsit de interes să menționăm, în această ordine de idei, că ipoteza lui Aristotel cu privire la mecanismul de producere a cutremurelor de pămînt, anume că ele ar fi provocate de degajarea cu putere a aerului închis în cavități subterane — concepție desigur neconformă cu realitatea dar avînd meritul incontestabil de a face apel la fenomene naturale, într-un domeniu în care, pînă atunci, nu se manifestase decît imaginația necontrolată —, s-a transmis de-a lungul evului mediu pînă în epoca lui Shakespeare, în a cărui piesă „Henric al IV-lea” găsim următoarea prezentare a ei (pe care o redăm în traducerea lui Dan Duțescu):

„... Pămîntul
E canonit c-un soi de junghi în pîntec,
De vîntul pe nedrept întemnițat
În burta lui; cercînd să iasă-afară
El zgîlțîie Pămîntul și dărîmă
Clopotnițe și foișoare vechi”.

Am anticipat că, la ora actuală, cutremurele sînt considerate ca reprezentînd manifestări, la suprafața Pămîntului, prin intermediul undelor elastice, ale unor modificări cu caracter brusc, ce au loc în sînul maselor terestre. Această concepție, ale cărei principale elemente vor fi prezentate, în linii de schiță, mai jos, a rezultat din descifrarea mesajelor Pămîntului reprezentate de undele seismice.

Forma sub care mesajele seismice sînt utilizate în descifrările avînd ca obiect reconstituirea proceselor din focarele cutremurelor de pămînt este aceea a înregistrărilor obținute în cît mai multe puncte, distribuite cît mai uniform și pînă la distanțe suficient de mari de la focarul cutremurului considerat. Principalul element pe care trebuie să-l furnizeze seismograma în fiecare din punctele de înregistrare este semnul primei sosiri în undele P, adică precizarea dacă aceste unde sosesc la stațiunea de înregistrare ca unde de dilatare sau ca unde de comprimare; informații suplimentare privind amplitudinea acestor unde, precum și semnul și amplitudinea undelor S ca și date asupra undelor de suprafață sînt bineînțeles binevenite și pot duce la detalieri interesante ale imaginii proceselor focale.

Pentru înțelegerea modului în care se efectuează operația de descifrare, pe această bază, este bine să precizăm că marea majoritate a cutremurelor de pămînt sînt cutremure tectonice. În asemenea cazuri, energia potențială este înmagazinată progresiv sub formă de tensiuni elastice în rocile care constituie crusta terestă și chiar în sînul maselor subcrustale, pînă la adîncimi trecînd cu ceva peste o zecime din valoarea razei terestre — nu s-au identificat, însă, focare de cutremure la adîncimi mai mari de 720 de kilometri.

Figura 6

6. Mecanismul de producere și înregistrarea undelor seismice provocate de un cutremur de pămînt.

Energia astfel acumulată este eliberată brusc, sub formă de unde seismice, în momentul în care aceste tensiuni depășesc rezistența materialelor respective. În acest moment se produce o ruptură, o falie, și cele două blocuri rezultate se deplasează, în același mod brusc, unul în raport cu celălalt, rezolvînd tensiunile acumulate anterior și transformînd în energie seismică — energie mecanică transportată de undele seismice — energia potențială corespunzătoare. Deplasarea relativă a celor două blocuri, rezultate în urma apariției fracturii și participante la dinamica procesului de faliere, provoacă atît unde P, cît și unde S. În figura 6 este reprezentată schematic distribuția în direcție a amplitudinilor primelor sosiri, în cazul unui cutremur cu un astfel de mecanism focal, pentru ambele categorii de unde. În cerculețe este dată imaginea corespunzătoare a începutului înregistrării pentru undele P, în stațiuni seismologice situate la oarecare distanță de focarul cutremurului, considerat — pentru motive de simplitate — a fi sediul unui proces de faliere după direcția orizontală (falie transcurentă sau de decroșare), produs chiar la suprafață. În cazul unei stațiuni situate în fața blocului în deplasare, prima sosire în unda P va fi, evident, o comprimare și se va înregistra pe seismogramă ca o deplasare convențional pozitivă (cerculețul din dreapta figurii), pe cînd într-o stațiune față de care blocul faliei se depărtează prima sosire în unda P va fi o dilatare, înregistrată ca o deplasare negativă (cerculețul de sus).

Se înțelege că deplasările corespunzătoare undelor P vor fi nule în planul însuși al faliei (planul 1), mișcările în sensuri opuse ale celor două blocuri anulîndu-și reciproc efectul, ca și în planul normal pe acesta și trecînd prin focar (planul 2) și vor atinge valori maxime în planele bisectoare ale diedrelor rectangulare determinate de aceste două plane „nodale”; amplitudinile deplasărilor vor avea valori corespunzătoare mersului curbei pline din figura 6.

Este, de asemenea, evident, dacă se ține seama de natura transversală a undelor S, că amplitudinea acestora va fi nulă în planul de falie (1) și maximă în celălalt plan nodal (2), cu o distribuție a valorilor de felul celei indicate în figura 6 de curba întreruptă.

Această imagine a distribuției semnelor și valorilor deplasărilor corespunzătoare primelor sosiri în undele P — rămîne să discutăm mai încolo cazul undelor S — este în perfectă concordanță cu observațiile făcute în zonele unde procesul de faliere, reprezentînd cauza unui cutremur, este de tipul modelat de figura 6 și accesibil observației directe. În asemenea situații simple — cazul a numeroase cutremure generate de celebra falie San Andreas din California sau al unor cutremure prealpine, de exemplu al unui cutremur din 1935 avînd focarul în sud-vestul Germaniei (Suabia superioară), pentru care există date de observație de foarte bună calitate, provenind din stațiuni bine repartizate geografic —, s-a stabilit cu certitudine distribuția semnelor și amplitudinilor primelor sosiri ca fiind conformă imaginii descrise mai sus, doar cu ușoare modificări în amplitudini, datorite condițiilor locale de propagare și de înregistrare a undelor.

În cazul general, problema descifrării mesajelor seismice ale Pămîntului, în vederea determinării mecanismului de producere a cutremurelor — pusă, evident, ca problemă inversă — este complicată, chiar principial și cu atît mai mult în condițiile complexe ale realității. În primul rînd, dacă se ține seama numai de semnul primelor sosiri în undele P, problema rămîne nedeterminată, căci ceea ce se poate stabili, pe baza unor foarte bune date de observație, este doar orientarea celor două plane nodale, în care deplasările sînt nule, rămînînd deschisă problema de a se preciza care din acestea este planul de falie. În al doilea rînd, descifrarea este mult îngreuiată de complexitatea imaginii distribuției geografice a semnelor (și amplitudinilor) primelor sosiri, pentru o orientare oarecare în spațiu a planului de falie. În fine, dificultățile intrinsece ale problemei sînt mult accentuate de eventualele eterogenități și anizotropii ale mediilor de propagare a undelor, ca și de deosebiri de ordin instrumental și de condiții geologice de amplasare între stațiunile care furnizează datele de observație.

Înlăturarea ambiguității legate de identificarea planului de falie dintre cele două plane nodale stabilite cu ajutorul undelor P este posibilă, în principiu, prin luarea în considerare a undelor S — lucrul este clar indicat de imaginea distribuției deplasărilor dată de figura 6. Rezultatele obținute în numeroase cercetări din acest domeniu au arătat, însă, că în unele cazuri utilizarea undelor S a produs mai curînd o agravare a confuziei decît o lămurire a situației. Pe lîngă faptul că identificarea primelor sosiri în undele S este adeseori nesigură — ele apar în timp ce se înregistrează sosiri ulterioare de unde P —, utilizarea convenabilă a undelor transversale în studii de mecanisme este limitată la anumite distanțe epicentrale.

Este, totuși, posibil să se reducă sensibil și chiar să se înlăture complet ambiguitatea în obținerea soluțiilor de plan de falie, folosindu-se, de la caz la caz, diverse date suplimentare. S-au dovedit utile, în particular, informații geologice-tectonice pentru cutremurele crustale (superficiale sau normale) și cele de tectonică globală sau geotectonice pentru cutremurele subcrustale (intermediare și adînci). Și într-un caz și în celălalt, considerații de ordin fizic, privind legătura dintre mecanismul unui cutremur și proprietățile mediului din focar și din jurul lui, pot contribui cu elemente importante la restrîngerea, eventual chiar la eliminarea, ambiguității în determinarea planului de falie. Limitînd această descifrare de mesaj al Pămîntului la cadrul strict seismologic, am putea menționa și posibilitatea luării în considerare a unor informații conținute în anumite particularități ale undelor de suprafață, înregistrate în diversele stațiuni, în special ale undelor Love, comparabile, în acest rol, prin transversalitatea lor, cu undele S.

Posibilitatea determinării planelor nodale, în cazul unei orientări oarecare a lor, (ele trebuind să rămînă, în orice caz, reciproc ortogonale) este asigurată de reprezentarea într-o proiecție stereografică adecvată a amplasamentelor stațiunilor de la care provin datele de observație. Trasarea, într-o asemenea proiecție, a urmelor planelor care separă zonele cu semne pozitive și negative, deci comprimări și dilatări, în undele P, cu respectarea condiției de perpendicularitate mutuală, rezolvă relativ comod această etapă a problemei mecanismului focal.

Dacă în marea lor majoritate (circa 95%) cutremurele de pămînt sînt cutremure tectonice, pentru care descifrările de mesaj privind procesele din focar se efectuează în cadrul schițat în cele ce preced, rămîne, totuși, încă o minoritate care nu trebuie ignorată. Deși cu totul rare, există încă două tipuri de cutremure: cutremure de prăbușire și cutrmure de explozie, ambele generînd, în principiu, numai unde longitudinale. Cutremurele de prăbușire se produc în regiunile carstice, unde există frecvente goluri subterane iar cele de explozie apar în legătură cu unele manifestări vulcanice.

Figura 7

7. Mecanismul de producere și înregistrarea undelor seismice provocate de o explozie subterană.

Raritatea acestor două categorii de cutremure nu le-ar justifica menționarea, în acest context, dacă mecanismul lor de producere n-ar fi interesant pentru analogia pe care o prezintă cu acela al cutremurelor artificiale, provocate prin explozii subterane, analogie mergînd pînă la identitate principială în cazul cutremurelor de tip exploziv, naturale și artificiale. Pentru acest motiv, se dă, în figura 7, imaginea mecanismului de producere a undelor seismice (principial exclusiv unde P), în cazul unei explozii, precum și forma pe care o are începutul înregistrării unui asemenea eveniment seismic, independent de caracterul natural sau artificial al lui. Se înțelege că, așa cum indică forma curbelor din cerculețe, oriunde s-ar face înregistrarea, în orice direcție s-ar găsi locul de înregistrare față de sursa undelor, prima sosire în P este totdeauna pozitivă, adică o comprimare. Evident, situația este inversă pentru un cutremur de prăbușire, de la care primele sosiri ale undelor P sînt totdeauna dilatări.

Figura 8

8. Cazuri reale de înregistrare a unui cutremur de pămînt (sus) și a unei explozii nucleare (jos).

Pentru că nu vom putea intra aici în detalii privind un domeniu al seismologiei care s-a dezvoltat foarte mult în ultimul timp — el s-ar putea numi, pentru motive ce vor deveni evidente numaidecît, seismologie diplomatică —, vom semnala că această deosebire dintre cutremurele tectonice și cele de explozie, pusă în evidență în cercetările de mecanism — a se compara imaginile din cerculețele din figurile 6 și 7 — sugerează o posibilitate de discriminare între undele seismice provenite din focarele cutremurelor naturale (aproape exclusiv de faliere) și cele datorite evenimentelor seismice artificiale (exclusiv procese explozive). Să mai adăugăm că există și alte criterii de discriminare, printre altele distribuția energiei seismice între undele de volum și cele de suprafață sau distribuția spectrală a energiei, în funcție de frecvența undelor, ambele diferite în cazul exploziilor și în acela al cutremurelor naturale. Fără a insista asupra acestei probleme, dăm pentru ilustrare, în figura 8, înregistrările obținute la stațiunea Uppsala din Suedia pentru cutremurul natural care a distrus în iulie 1963 orașul Skopje din Iugoslavia (curba superioară) și pentru o explozie nucleară, din seria încercărilor din Novaia Zemlia (curba inferioară), evenimente produse la distanțe comparabile de locul de înregistrare, cum arată intervalul de timp dintre sosirea undelor P și S, aproape același în cele două cazuri. De remarcat și deplasările relative diferite ale solului, înregistrate pe seismogramele celor două evenimente, pentru diversele unde, punînd în evidență distribuția diferită a energiei în spectrul de frecvență al acestora.

Desigur, studiul undelor seismice provocate de explozii subterane artificiale — în cazul unor explozii puternice nu este exagerat să se vorbească de adevărate cutremure antropogene — poate duce și la informații asupra structurii interne a Pămîntului. Adeseori descifrarea unor asemenea „mesaje provocate” ale Pămîntului se face mai ușor, numărul parametrilor necunoscuți dintre cei care determină evenimentul final fiind mai redus decît în cazul unui seism natural, lucru care se va discuta mai încolo.

Aici s-a urmărit numai o comparație a cutremurelor și exploziilor subterane (nucleare sau chimice) din punctul de vedere al mecanismului de producere a undelor seismice și semnalarea posibilității de discriminare între cele două cazuri, pe baza studiului acestor unde. Problema unei asemenea discriminări are importante implicații pentru politica internațională, în legătură cu termenii unui tratat de renunțare la încercările de explozii nucleare subterane, tratat din care nu pot lipsi prevederile referitoare la controlul respectării lui. Și problema mare, asupra căreia încă nu s-a căzut de acord, este dacă acest control se poate face pe baza unei simple înregistrări de la distanță a undelor seismice provocate — a căror interpretare să nu lase nici un dubiu asupra caracterului sursei de la care provin — sau dacă este necesar un control la fața locului. Este aspectul modern al dificultății de discriminare între semnale suprapuse, care este relatată în termeni diferiți, dar tot în legătură cu războiul și cutremurele de pămînt, de Tit Liviu în „Ab urbe condita”: pentru a sublinia cît de crîncenă a fost lupta dintre cartaginezi și romani de la Trasimene (încheiată cu victoria lui Hanibal), el spune că zgomotul luptei a făcut să nu se simtă cutremurul de pămînt care a avut loc: „Tantus fuit tumultus proelli ut nemo senserit motum Terrae”.

În celebrele sale „Lecții de seismometrie”, seismologul rus Golițîn folosește o comparație deosebit de sugestivă pentru a sublinia rolul mesajelor seismice ca mijloc de cunoaștere a fenomenelor din interiorul Pămîntului. Îi cităm aici cuvintele pentru că, nefăcînd o separație între ceea ce se referă la focar și ceea ce privește propagarea undelor, în consecință și alcătuirea internă a Globului, ele pregătesc o trecere netedă de la prima descifrare importantă de mesaj seismic (privind mecanismul focal), discutată pînă aici, la următoarea (referitoare la structura interiorului planetei noastre), de care ne vom ocupa de acum înainte. „Fiecare cutremur de pămînt — spune Golițîn — poate fi comparat cu un felinar care se aprinde pentru puțin timp, luminează interiorul Pămîntului și prin aceasta ne permite să cercetăm ce se petrece acolo. Lumina acestui felinar este deocamdată foarte slabă; nu încape, însă, nici o îndoială că ea va deveni cu timpul mai puternică și ne va ajuta să obținem idei clare despre aceste fenomene complicate ale naturii”.

Așa cum a prevăzut Golițîn, „lumina” proiectată intermitent de cutremure asupra fenomenelor din interiorul Pămîntului s-a intensificat mereu și, grație ei, s-a ajuns astăzi la o imagine destul de clară atît a proceselor ce se desfășoară în focarul unui cutremur de pămînt cît și, prin intermediul celor din mediul prin care se propagă undele generate acolo, a structurii interne a Pămîntului. Situația era confirmată ca atare, la o jumătate de secol după ce Golițîn a scris cuvintele de mai sus, de către Bullen, în citatul pus în fruntea acestui capitol. Separînd cele două funcțiuni ale studiului cutremurelor: pe de-o parte, furnizarea de informații asupra fenomenelor seismice înseși și, pe de alta, conturarea unei imagini cît mai fidele a interiorului Globului, Bullen subliniază, în particular, pe aceasta de pe urmă.

După ce am examinat modalitatea de a descifra mesajele seismice ale Pămîntului în prima direcție, cu rezultatul punerii în evidență a mecanismului focal, prin determinarea planului de falie, vom aborda acum a doua categorie importantă de descifrări de mesaje ale Pămîntului, purtate de undele elastice generate de cutremure, cele destinate să conducă la lămurirea structurii interiorului Globului. O vom face tot în linii generale, fără a neglija, însă, ceea ce este esențial în asemenea descifrări.

Mesajul seismic propriu-zis, care servește în scopul menționat, fiind reprezentat tot de înregistrările stațiunilor seismologice, accentul cade, de astă dată, nu pe primele sosiri și pe semnul lor ci pe succesiunea în timp a sosirilor diferitelor faze ale undelor seismice, pe identificarea sigură și pe reperarea foarte precisă a momentelor de apariție a lor. O altă deosebire pe care o prezintă această categorie de descifrări de mesaje, față de cea precedentă, constă în faptul că, deși utile — în particular cu titlul de confirmări suplimentare —, observațiile din mai multe stațiuni nu mai sînt strict necesare pentru descifrările de mesaj în vederea determinării structurii interne a Globului.

Dacă acest lucru este adevărat pentru operația propriu-zisă de descifrare de mesaj, el nu este, totuși, valabil pentru cea care conduce la realizarea principalului instrument necesar pentru operație. Într-adevăr, mijlocul indispensabil în cercetarea interiorului Pămîntului, pentru determinarea discontinuităților majore care îi definesc structura, mijloc reprezentat de ansamblul așa-numitelor hodocrone ale undelor seismice, se obține pe baza studiului a numeroase înregistrări ale diverselor faze de unde seismice generate de un același cutremur de pămînt, înregistrări efectuate în diverse stațiuni seismologice, la diferite distanțe epicentrale. Odată ce se dispune, însă, de acest instrument al hodocronelor, descifrarea mesajului reprezentat de seismogramă — pe care trebuie detectate, identificate și reperate ca distribuție în timp diferitele faze ale undelor seismice — se poate face separat pentru fiecare stațiune de înregistrare.

Hodocronele, numite și curbe drum-timp, sînt grafice în care este vizualizată legătura dintre timpii de sosire ai diferitelor faze ale undelor seismice, în diferite puncte de pe suprafața Pămîntului, și distanțele epicentrale ale acestora. Ele se obțin trasînd curbele continue care unesc punctele reprezentative ale datelor de observație: distanțele epicentrale în abscisă și timpii de sosire în ordonată, pentru diversele faze, bine identificate.

Realizate în cadrul unor ipoteze simplificatoare privind structura interiorului Pămîntului — în particular se postulează existența unor sfere concentrice ca suprafețe de discontinuitate și absența oricăror eterogenități „laterale” în mediile cu proprietăți elastice diferite situate între acestea — dar pe baza unui material de observație real și foarte bogat, privind numeroase cutremure, înregistrate în multe stațiuni, aceste grafice (cărora le corespund și tabele numerice drum-timp, de asemenea utilizate în descifrările de mesaje avute în vedere) reprezintă rezultate cu semnificație de valori medii, valabile la scară planetară. Față de ele, determinările izolate, pentru cazuri particulare, pot să prezinte variații mai mult sau mai puțin importante, indicînd abateri cu caracter regional sau local de la imaginea simplificată admisă la deducerea lor.

Construcția curbelor, respectiv întocmirea tabelelor drum-timp, nu reprezintă o operație ușoară. Ea este condiționată, printre altele, de determinarea prealabilă a timpului la origine și a coordonatelor focarului cutremurului studiat, ele însele probleme inverse cu caracter de descifrare de mesaj. Determinarea timpului la origine, adică a momentului producerii undelor seismice în focar, ca și determinarea coordonatelor acestuia (longitudinea și latitudinea epicentrului, adîncimea hipocentrului) implică și ele observații numeroase, față de a căror precizie exigențele sînt mari.

În legătură cu precizia cunoașterii acestor parametri ai cutremurelor, se ridică și chestiunea de principiu a plauzibilității concepției simplificatoare, privind fenomenele din focar, după care mecanismul de eliberare a energiei ar putea fi modelat printr-o sursă momentană și punctiformă, permițînd să se vorbească despre timpul la origine și despre focar ca despre un moment determinat, respectiv ca despre un punct geometric. În esență, problema hodocronelor este o problemă de pătrate minime, aplicată datelor de observație, în cadrul conceptual al teoriei elasticității și al teoriei propagării undelor. Problema este sensibil complicată de abaterile realității de la imaginile schematice din acest cadru, care cer să se facă apel la un tratament statistic îngrijit al datelor și la lungi serii de aproximații succesive.

Progrese remarcabile au fost realizate în ultimii ani prin utilizarea datelor de observație privind undele seismice generate de explozii. Reducerea, amintită mai înainte, a numărului de parametri necunoscuți se referă, în acest caz, tocmai la timpul la origine și la coordonatele focarelor, ale căror valori sînt cunoscute pentru o explozie. Alături de „seismologia cutremurelor” a apărut și s-a dezvoltat, în ultimii ani, o „seismologie a exploziilor” (avînd elemente comune cu seismologia clasică prin scara de cercetare și cu prospecțiunile seismice prin caracterul artificial al sursei undelor elastice), care a adus contribuții de prim ordin la îmbunătățirea și aplicarea instrumentului de cercetare a structurii interiorului Globului, reprezentat de curbele și tabelele drum-timp.

Este interesant de semnalat că, pentru a se sublinia caracterul cel mai important al acestui mod de a studia structura Pămîntului, la ultimul congres internațional de seismologie (Lima, august 1973), numele seismologiei exploziilor a fost schimbat în acela de „seismologie cu sursă controlată”. Posibilitățile de investigație ale ei sînt, evident, altele decît ale seismologiei cutremurelor, lipsită de controlul sursei undelor în ceea ce privește amplasarea, momentul producerii undelor, energia eliberată și chiar mecanismul focal. În cazul cutremurelor naturale, toate aceste elemente trebuie să fie determinate în prealabil, prin rezolvarea a tot atîtea probleme inverse, dificile descifrări de mesaje seismice.

Avînd la dispoziție, pe de-o parte, datele de observație sub forma de seismograme, pe care diversele faze ale undelor seismice au fost detectate și identificate, și, pe de alta, instrumentul de investigație, reprezentat de curbele sau tabelele drum-timp, descifrarea de mesaj seismic care ne interesează este posibilă, deși nu tocmai ușoară. Ea se face în cadrul unei „geooptici” care permite urmărirea traseului unei raze seismice (normale pe unda seismică) în interiorul Globului, pe baza cunoașterii momentului înregistrării fazei respective, în raport cu timpul la origine, și a adoptării unei legi de variație cu adîncimea a vitezelor de propagare ale diverselor unde seismice.

Din compararea valorilor obținute prin calcul pentru timpii de propagare, în cadrul ipotezelor adoptate, cu momentele efectiv reperate pe seismograme, rezultă — într-o primă etapă — indicații privitoare la modificările necesare pentru ameliorarea acestor ipoteze și, după realizarea acordului cu valorile observate al valorilor recalculate în urma ameliorării, chiar elemente ale imaginii structurii interiorului Globului. Cele mai importante dintre aceste elemente privesc geometria principalelor suprafețe de discontinuitate care trebuie admise și variațiile proprietăților elastice și ale densității în mediile pe care ele le separă.

În modul acesta s-a ajuns la stabilirea existenței, sugerată și de alte informații geofizice — de exemplu de variații ale cîmpului gravific și ale cîmpului geomagnetic —, a celor trei diviziuni majore ale interiorului Globului: nucleul (subdivizat în nucleu interior și nucleu exterior), mantaua și crusta. Contribuția remarcabilă a seismologiei, rezultată din aceste descifrări de mesaje, este nu numai la justificarea existenței diviziunilor majore (ca și a unor subdiviziuni ale lor), cu proprietăți fizice compatibile cu cele postulate de gravimetrie (densitatea) și de geomagnetism (conductibilitatea electrică) ci mai ales în determinarea dimensiunilor lor, prin reperarea adîncimilor la care se găsesc suprafețele de discontinuitate care le separă: discontinuitatea Mohorovičić dintre crustă și manta, la circa 35 de kilometri, în medie, sub continente, și la 5-6 kilometri, în medie, sub oceane — indicînd variații de grosime ale crustei terestre în acord cu datele gravimetrice și cu concepțiile izostatice — și discontinuitatea Gutenberg dintre manta și nucleu, la aproximativ 2900 de kilometri (discontinuitatea Lehmann dintre nucleul exterior și cel interior fiind la o adîncime de ordinul a 5000 de kilometri).

Pe lîngă cele două categorii de descifrări de mesaje seismice de primă importanță, discutate pînă acum — prin care s-a ajuns la principalele performanțe ale seismologiei, legate de cunoașterea mecanismului focal și, mai ales, de stabilirea structurii interne a Pămîntului —, mai există o serie întreagă de descifrări de mesaje seismice cu caracter oarecum diferit. Privind tot manifestări ale undelor elastice, generate într-un mod sau altul în interiorul planetei noastre, ele sînt efectuate în scopuri de interes mai deosebit ca, de exemplu, evaluarea energiei eliberate la producerea unui cutremur de pămînt, zonarea seismică a suprafeței terestre în anumite regiuni, obținerea de informații asupra legăturii dintre cutremurele de pămînt și formarea munților, lămurirea raporturilor dintre seismicitate și vulcanism etc. De asemenea, există descifrări de mesaje speciale, recent detectate, cum sînt oscilațiile libere ale Pămîntului. Nu le vom putea discuta pe toate, nici măcar în ceea ce au ele esențial, dar vom trece rapid în revistă cîteva aspecte ale problemelor legate de unele dintre ele.

Chiar după datele macroseismice, reprezentate de informații directe, obținute fără instrumente, asupra efectelor cutremurelor de pămînt, se poate ajunge la o evaluare cu aspect de caracterizare cantitativă (de fapt numai numerică) a manifestărilor lor. Adoptîndu-se, convențional, o scară de „intensități” macroseismice (scara internațională în vigoare, în prezent, are 12 grade), se poate atribui, pe baza efectelor locale ale cutremurului, în particular asupra construcțiilor dar și asupra unor elemente naturale, un anumit grad de intensitate fiecărei localități. Reprezentarea cartografică a acestor date macroseismice duce la obținerea unei hărți cu izoseiste (linii care unesc punctele cu aceeași intensitate convențională), care poate servi ca atare în scopul proiectării adecvate, fără supradimensionări inutile și costisitoare, ținîndu-se seama de seismicitatea locală, a construcțiilor antiseismice sau care poate fi folosită drept cadru pentru detalieri prin determinări instrumentale (microzonare seismică). Trebuie precizat că intensitatea macroseismică nu caracterizează un cutremur ci manifestările lui într-un anumit loc. Independent de asemenea manifestări, cutremurul poate fi apreciat, din punctul de vedere al „tăriei” lui — dar numai într-o oarecare măsură —, prin intensitatea maximă pe care o are în zona epicentrală, în aria pleistoseistă, delimitată de izoseista cu valoarea cea mai mare. Nu se poate, deci, vorbi, în mod absolut, despre intensitatea unui cutremur ci numai despre intensitatea lui într-un loc dat.

Este, de altfel, clar că un cutremur care se manifestă cu o anumită intensitate în interiorul ariei pleistoseiste va avea, în general, intensități tot mai mici la distanțe epicentrale din ce în ce mai mari. Uneori se poate întîmpla ca la distanțe intermediare intensitatea de manifestare să fie local mai ridicată datorită unor condiții geologice particulare, care determină o mobilitate mai mare a solului, cum a fost cazul zonei Bucureștilor în manifestările cutremurului din noiembrie 1940 (o insulă de intensitate macroseismică 9, înconjurată de o mare zonă de gradul 8).

O mărime care caracterizează un cutremur, independent de manifestările lui într-un loc sau altul, este magnitudinea, definită cu ajutorul amplitudinii deplasării solului și legată, în mod univoc, de energia degajată de cutremur. Stabilită de Richter, printr-o definiție care conține, totuși, o parte de convențional, în legătură cu determinarea instrumentală a amplitudinii, scara magnitudinilor are un caracter absolut, un cutremur fiind caracterizat, fără ambiguitate, dacă i se indică magnitudinea. (Este incorect să se vorbească de „intensitatea unui cutremur în scara Richter” cum se face în unele relatări din presă; în realitate mărimea indicată este magnitudinea.)

Există relații care leagă magnitudinea cu energia eliberată de cutremur și cu intensitatea maximă a manifestării lui în zona epicentrală, așa încît este posibil să se evalueze oricare din aceste mărimi dacă se cunoaște magnitudinea (și invers). Nu este lipsit de interes să menționăm, în această ordine de idei, că o mărime definită în termeni obiectivi și pe baze în parte instrumentale, cum este magnitudinea, poate fi estimată, cu o aproximație destul de bună, și pentru unele cutremure din trecut, dacă există informații macroseismice potrivite. Pentru „cutremurul cel mare” din timpul lui Ștefan cel Mare, menționat cu destule detalii în cronici și descris, pe baza acestora, de Sadoveanu în „Izvorul Alb”, s-a evaluat intensitatea, după indicațiile de ordin macroseismic, relatate de scriitor în următorii termeni: „În cornul dinspre răsărit al Cetății, turnul numit al Nebuisăi își lepădă în rîpă o aripă, cu mare sunet, și clopotul lui dădu zvon prelung, atins ca de zimții unei aripi a Demonului”. Prin intermediul valorii astfel estimate pentru intensitate, s-a putut aprecia magnitudinea și valoarea energiei pentru un cutremur de acum o jumătate de mileniu.

În afara rolului ei de element al documentației necesare inginerului constructor, harta de zonare seismică are, desigur, și caracterul unui mesaj seismic. Din descifrarea acestui mesaj pot rezulta informații privind amplasarea focarului (deci nu numai locul epicentrului ci și adîncimea hipocentrului), precum și energia degajată, elemente utile pentru completarea caracterizării fenomenelor seismice. Descifrarea aceluiași mesaj poate conduce și la informații de ordin geologic și tectonic.

Noțiunea de magnitudine s-a dovedit folositoare și în legătură cu punerea în evidență a unor neregularități privind frecvența de apariție a cutremurelor. Constatarea făcută de multă vreme că marile cutremure sînt rare, pe cînd seismele slabe sînt foarte numeroase (față de un cutremur catastrofal de magnitudine 8 sau mai mare, pe an, numărul anual al cutremurelor de magnitudini între 3 și 4 este de ordinul de mărime al sutelor de mii, pentru întreg Pămîntul) a fost formulată matematic într-o relație care exprimă cantitativ această dependență. Relația conține constante care se determină pe baza observațiilor, prin tratamente statistice adecvate, și care au, chiar ele, semnificația unor mesaje particulare, cum are, de altfel, și relația însăși.

Să mai amintim un interesant mesaj seismic terestru, detectat în ultimul timp și abia în curs de descifrare: oscilațiile libere ale Pămîntului. Bănuit de multă vreme că ar putea fi provocat de cutremure puternice, fenomenul n-a putut fi pus în evidență, în mod sigur, decît cu ocazia marelui cutremur din 22 mai 1960 din Chile și a fost recunoscut ca atare (am putea spune „omologat”) la reuniunea Asociației Internaționale de Seismologie și Fizica Interiorului Globului din cadrul adunării generale a Uniunii Internaționale de Geodezie și Geofizică, ținută în august 1960 la Helsinki, într-o ședință considerată ca „dramatică” de către unul din marii seismologi participanți. Fenomenul constă în transpunerea în oscilație a Pămîntului ca întreg, în modul în care vibrează un clopot. Producerea oscilațiilor libere, în urma loviturii limbii clopotului, în cazul termenului de comparație folosit, este asigurată pentru cazul Pămîntului de un cutremur puternic, cum a fost și este cazul.

Aceste oscilații libere sînt de două tipuri: torsionale, pentru care deplasările sînt perpendiculare pe rază, și sferoidale, care implică deplasări radiale și tangențiale. Primele sînt echivalente unor trenuri de unde Love care interferă iar cele din a doua categorie pot fi privite ca unde staționare, rezultate din trenuri de unde Rayleigh care se propagă în sensuri inverse în jurul Globului.

Detectarea atît de tardivă a acestui mesaj seismic al Pămîntului se datorește desigur și rarității fenomenului, produs numai de cutremure foarte puternice, dar, în particular, faptului că pînă nu de mult nu au existat instrumente potrivite scestui scop. Înregistrarea oscilațiilor libere ale Pămîntului este posibilă numai cu aparate care reacționează la oscilații cu perioade ultralungi: față de perioadele de ordinul de mărime al secundelor — cum sînt cele ale undelor P, S și chiar L —, oscilațiile libere ale Pămîntului au perioade de ordinul zecilor de minute, aproape o oră pentru cele sferoidale. Ele completează spectrul de frecvență al undelor seismice, extinzîndu-l pînă în domeniul care interesează înregistrările de maree terestre.

Mesajul Pămîntului reprezentat de oscilațiile libere ale lui, acum bine detectat și identificat, a fost descifrat numai în parte. Operația trebuie efectuată admițîndu-se un anumit model al Pămîntului, caracterizat printr-o anumită distribuție a proprietăților fizice în interiorul lui. Ea fost deja realizată pentru mai multe asemenea modele, pe baza înregistrărilor oscilațiilor libere produse în special de două cutremure foarte puternice: cel amintit din Chile și cel din Alaska, din 28 martie 1964. Principalele rezultate obținute, pînă acum, din aceste descifrări reprezintă informații suplimentare privind distribuția densității și a vitezelor undelor P și S (deci și distribuția parametrilor elastici) în interiorul Globului. Cadrul teoretic elaborat pentru cercetările din acest domeniu ca și datele de observație și prelucrările lor au adus elemente noi și în legătură cu undele de suprafață, contribuind la o mai bună cunoaștere și la o înțelegere mai profundă a lor.

Capitolul de față se poate încheia cu constatarea că descifrările mesajelor seismice ale Pămîntului, desigur încă imperfecte și incomplete — și prezentate, de altfel, într-o expunere foarte sumară și lacunară —, au condus deja la informații dintre cele mai importante, în particular în cele două direcții asupra cărora s-a insistat: cunoașterea fenomenelor seismice ca natură intrinsecă și cunoașterea structurii interiorului planetei noastre. Completate cu diverse informații suplimentare, seismologice ca și extraseismologice, datele astfel obținute au contribuit, în mod esențial, la elaborarea imaginii dinamice a structurii Pămîntului, ale cărei trăsături principale, abia schițate, în mod izolat, pînă acum, constituie obiectul prezentării din capitolul următor.