7.2. Originea tectonică a cutremurelor

Intuiție

Pune un punct pe hartă pentru fiecare cutremur din ultimul secol: punctele nu se împrăștie, desenează linii subțiri. Liniile sunt marginile plăcilor. România stă departe de ele, cu o singură excepție, mică în plan și adâncă: Vrancea.

7.2.1. Structura Pământului și sursa de energie

Structura internă a Pământului (scoarță, manta, nucleu) a fost prezentată în Capitolul 2; aici reamintim doar elementele necesare înțelegerii seismicității. Învelișul rigid exterior, litosfera, cuprinde scoarța și partea superioară a mantalei și are grosimi de 100–250 km sub continente. Ea se sprijină pe astenosferă, un strat cu comportare ductilă, care permite deplasarea plăcilor litosferice (Figura 7.1). Energia care întreține mișcarea plăcilor provine din căldura reziduală a formării planetei și din dezintegrarea izotopilor radioactivi de uraniu, toriu și potasiu; ea este transportată spre suprafață prin convecție în manta (Turcotte și Schubert, 2014). Plăcile, antrenate în principal de greutatea porțiunilor aflate în subducție (Secțiunea 2.3.3), se deplasează cu viteze de ordinul centimetrilor pe an, iar la marginile lor tensiunile se acumulează până la ruperea rocilor.

Figura 7.1 Secțiune schematică prin Pământ: 1 – scoarța; 2 – mantaua; 3 – nucleul (3a – nucleul extern lichid, 3b – nucleul intern solid); 4 – litosfera; 5 – astenosfera (sursa: USGS/Gov, 2016).

7.2.2. Limitele plăcilor și tipurile de falii

Teoria tectonicii plăcilor, formulată în anii 1960 prin unificarea ipotezelor derivei continentelor (Wegener) și expansiunii fundurilor oceanice (Hess, Vine și Matthews), explică de ce marea majoritate a cutremurelor se concentrează în benzi înguste care coincid cu marginile plăcilor (Figura 7.2 și Figura 7.3). Se disting trei tipuri de limite:

1. limite convergente, unde plăcile se apropie; prin subducție sau coliziune continentală apar falii inverse și de încălecare, care generează cele mai mari cutremure (Anzi, Himalaya, arcul Pacificului);

2. limite divergente, unde plăcile se depărtează (dorsala medio-atlantică); extensia scoarței produce falii normale și cutremure de magnitudine moderată;

3. limite transformante, unde plăcile alunecă lateral una față de cealaltă, de-a lungul unor falii de decroșare (falia San Andreas).

Centura circum-pacifică („Cercul de Foc”, Figura 7.4) eliberează cea mai mare parte a energiei seismice globale, urmată de centura alpino-himalaiană, din care face parte și lanțul carpatic. Există și cutremure intraplacă, produse prin reactivarea unor falii vechi în interiorul plăcilor, sub acțiunea tensiunilor transmise de la margini; acestea sunt mai rare, dar pot fi puternice (Shearer, 2009).

Figura 7.2 Distribuția globală a epicentrelor cutremurelor instrumentale; aliniamentele de epicentre conturează limitele plăcilor tectonice (sursa: (ISC), 2025).

Figura 7.3 Principalele plăci tectonice și tipurile de limite dintre ele (sursa: Fathimahazara, 2020).

Figura 7.4 Centura seismică circum-pacifică („Cercul de Foc”) (sursa: Gringer, 2009).

7.2.3. Cadrul tectonic al României

Teritoriul României se află la contactul mai multor unități tectonice majore (Figura 7.5): Platforma Est-Europeană (Moldovenească) la nord-est, Platforma Scitică la est, Platforma Moesică la sud și orogenul carpatic, format prin închiderea unor bazine oceanice și coliziunea unor microplăci în Mezozoic și Cenozoic (Săndulescu, 1984). În interiorul arcului carpatic se găsește Bazinul Transilvaniei, iar la exteriorul lui avanfosa carpatică, umplută cu depozite molasice neogene groase.

Din punct de vedere seismic, se disting două regimuri diferite (Radulian et al., 2000):

• seismicitatea de adâncime intermediară din zona Vrancea, concentrată într-un volum litosferic aproape vertical, cu dimensiuni în plan de circa 30 \(\times\) 70 km, între aproximativ 60 și 200 km adâncime (Bokelmann și Rodler, 2014);

• seismicitatea crustală (sub 40–50 km), de magnitudine moderată (în general M\(_w \le\) 5,5–6,0), în zonele Făgăraș–Câmpulung, Banat, Crișana–Maramureș, Dobrogea (inclusiv sursa Shabla din nord-estul Bulgariei), Depresiunea Bârladului și Depresiunea Predobrogeană, precum și în avanfosa Vrancea.

Figura 7.5 Schiță tectonică foarte simplificată a României: orogenul carpatic (Carpații Orientali, Meridionali, Apuseni), avanfosa carpatică, bazinele neogene intracarpatice (Transilvaniei, Panonic), platformele de vorland (Moldovenească, Moesică, Dobrogea), zona seismogenă Vrancea și principalele falii (Intramoesică, Peceneaga–Camena, Trotuș); se remarcă curbura accentuată a arcului carpatic în dreptul zonei Vrancea (schiță simplificată după Săndulescu, 1984; conturul țării și limitele unităților sunt aproximative). [DE VERIFICAT: pozițiile unităților]

7.2.4. Zona seismogenă Vrancea

Zona Vrancea este situată la curbura Carpaților Orientali, acolo unde orogenul își schimbă brusc direcția (Figura 7.5). Tomografia seismică evidențiază sub această regiune un corp cu viteze seismice ridicate, aproape vertical, interpretat ca un fragment de litosferă oceanică sau continentală rece și densă care se scufundă în manta (Ismail-Zadeh et al., 2012, Koulakov et al., 2010) (Figura 7.6). Cutremurele sunt generate în interiorul acestui corp, sub efectul forțelor gravitaționale („tragerea” fragmentului în jos) și al reacțiilor de deshidratare a mineralelor la adâncime. Originea exactă a corpului rămâne dezbătută: subducție oceanică relictă, delaminare a litosferei continentale (Knapp et al., 2005) sau modele care implică decroșări regionale și vulcanismul neogen din Harghita (Stanciu, 2021).

Pentru inginerie contează consecințele practice ale acestei surse: (i) hipocentrele adânci fac ca aria afectată să fie foarte întinsă, iar atenuarea cu distanța să fie mai lentă decât la cutremurele crustale; (ii) aria afectată este alungită pe direcția NE–SV, deoarece undele se atenuează puțin spre platformele din fața Carpaților și puternic spre interiorul arcului (Secțiunea 7.3.3), ceea ce explică efectele puternice din Moldova și din Câmpia Română, inclusiv București; (iii) recurența cutremurelor cu M\(_w \ge\) 7 este de câteva decenii, astfel încât o construcție cu durata de viață de 50–100 de ani va suporta aproape sigur cel puțin un cutremur major.

Figura 7.6 Secțiune geodinamică schematică NV–SE prin zona Vrancea: Bazinul Transilvaniei, Carpații Orientali (zona de curbură), avanfosa și Platforma Moesică, cu Moho, limita litosferă–astenosferă și corpul litosferic rece, subvertical, în care se concentrează hipocentrele de la 60 la 200 km adâncime (puncte); sunt marcate schematic pozițiile cutremurelor din 1940 și 1977. Schemă simplificată după modelele publicate (Ismail-Zadeh et al., 2012, Knapp et al., 2005); relieful este puternic exagerat.