Revista >> Mai 2023 [Nr. 254] >> Cover Story

INCD pentru Fizica Pământului - Fundație solidă pentru cercetarea fundamentală și aplicativă în domeniul Seismologiei și Stiințelor Pământului

Daniel Butnariu

17 Mai 2023

Activitățile de monitorizare sistematică a cutremurelor din România au o istorie îndelungată, marcate de înființarea în urmă cu mai bine de un secol a primei stații seismice din țară, în cadrul Institutului Meteorologic din București. Continuator al tuturor entităților care s-au dedicat de-a lungul timpului cercetărilor din domeniu, Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Pământului (INCDFP) gestionează o gamă amplă de activități specifice atât în direcția cercetării științifice fundamentale, cât și în misiunea operațională de monitorizare a mișcărilor seismice de pe teritoriul României. După cum menționează dr. ing. Constantin Ionescu, director general al INCDFP, deși atenția publicului se concentrează în principal asupra zonei seismice Vrancea, una dintre cele mai active din Europa, potențialul seismic ridicat al României se raportează în egală măsură și la alte perimetre în care s-au înregistrat cutremure puternice în trecut, precum Făgăraș-Câmpulung, Banat, Crișana-Maramureș sau Șabla, în Marea Neagră. Complexitatea aspectelor abordate în cadrul INCDFP evidențiază o situație aparent paradoxală: în vreme ce populația percepe doarpotențialul distructiv al cutremurelor, cercetătorii adaugă cu fiecare mișcare seismică un nou nivel de înțelegere și o sursă suplimentară de date în analiza științifică a unor fenomene naturale cu impact semnificativ asupra vieții pe Pământ.
Astfel, echipa INCDFP mobilizează resurse umane semnificative șio infrastructură evoluată pentru a studia și interpreta activitățile seismice în contextul unor inițiative locale și internaționale careîntregesc capitalul românesc de expertiză în domeniul fizicii Pământului.

Care este contextul istoric și teritorial în care se desfășoară activitățile INCDFP?
Dr. ing. Constantin Ionescu: În primul rând, activitățile institutului reflectă pe deplin potențialul seismic ridicat al României, după cum este evidențiat de studiile privind hazardul seismic și de prevederile celui mai recent cod național de proiectare seismică P100-1/2013. Dincolo de atenția acordată în mod tradițional unor zone cu activitate seismică intensă, cum este Vrancea, unde se poate produce în orice moment un cutremur puternic la adâncimi cuprinse între 60 și 180 km, evenimentele seismice recente din Oltenia ne-au demonstrat că este esențial să fim pregătiți permanent pentru astfel de situații și că trebuie să luăm măsurile necesare pentru a minimiza impactul cutremurelor asupra societății.
Efortul românesc de cercetare în acest domeniu a fost energizat, bineînțeles, în urma cutremurului major din 4 martie 1977. Centrul pentru Fizica Pământului înființat în acel an prin comasarea Departamentului de Seismologie din cadrul Institutului de Geologie și Geofizică al României cu laboratorul de Geodinamică din cadrul Academiei Române se află la fundația INCDFP, entitate de cercetare-dezvoltare care activează sub această structură începând din 1996.
Activitatea științifică din cadrul INCDFP este axată pe aspectele experimentale și teoretice moderne ale fizicii Pământului cu accent pe domeniul seismologiei, precum: fizica sursei seismice, seismicitate și seismotectonică, structura și dinamica interiorului scoarței terestre, hazardul și riscul seismic, seismologia inginerească și predicția cutremurelor. Totodată, institutul are o sarcină operațională esențială, aceea de monitorizare permanentă a activității seismice pe teritoriul României, oferind informații despre locul și momentul producerii unui cutremur.

Cum este structurată activitateainstitutului?
INCDFP desfășoară activități de cercetare în domeniul fizicii Pământului și seismologiei prin intermediul a 5 laboratoare specializate și dispune de o infrastructură de cercetare modernă. Laboratorul Rețea Seismică Națională (RSN) are o poziție privilegiată atât prin încadrarea sa în categoria Instalațiilor și Obiectivelor Speciale de Interes Național (IOSIN), cât și datorită statutului său internațional, fiind una dintre cele mai mari rețele seismice în timp real din Europa, operând peste 170 de stații seismice. Laboratorul Centru Național de Date (CND) este, de asemenea, integrat în structura IOSIN, fiind responsabil, între altele, cu elaborarea buletinelor seismice revizuite și cu actualizarea permanentă a catalogului național al cutremurelor. De asemenea, IOSIN-CND asigură participarea tehnică a României la sistemul global de verificare a respectării Tratatului de Interzicere Totală a Experiențelor Nucleare prin intermediul stației seismice Cheia-Muntele Roșu, inclusă în rețeaua seismică auxiliară a Sistemului Internațional Monitorizare. Laboratorul de Seismologie Inginerească își asumă ca obiectiv principal realizarea de cercetări fundamentale și aplicative în domeniul seismologiei inginerești, care vizează studiul hazardului seismic la nivel regional și local, evaluarea efectelor seismelor, precum și realizarea de studii în domeniul mecanicii și dinamicii neliniare a rocilor. Datorită expertizei specializate, laboratorul efectuează studii de amplasament și de risc seismic pentru arii urbane, structuri industriale și rețele de transport. Apoi, activitățile Laboratorului de Seismologie și Structura Litosferei au drept misiune realizarea de studii avansate de seismologie, structura litosferei la scară regională şi locală, cu aplicații practice la evaluarea hazardului seismic și la tsunami și prognoza seismică. Laboratorul desfășoară cercetări fundamentale și aplicative în domeniul fizicii sursei seismice și a seismicității (inclusiv seismicitate istorică și macroseismicitate), folosind studiile avansate de propagare a undelor pentru estimarea structurii și dinamicii interiorului Pământului, pentru realizarea tomografiei seismice de înaltă rezoluție și distribuția efectelor cutremurelor la suprafață. Scopul final al acestor cercetări este de a crește reziliența prin cunoașterea aprofundată a hazardului seismic și la tsunami, înțelegerea factorilor declanșatori ai cutremurelor și prin monitorizarea unor câmpuri geofizice și geochimice cu caracter precursor pentru prognoza cutremurelor. Nu în ultimul rând, Laboratorul Geofizica Aplicată, Prevenire și Educare (GeoEdulab) marchează o schimbare de paradigmă în cercetarea Științelor Pământului din România: cu o abordare orientată către aspectele aplicative, laboratorul își propune să utilizeze cele mai noi tehnologii și metode din domeniul geoștiințelor pentru fundamentarea unor studii interdisciplinare, de la detectarea și monitorizarea hazardurilor geologice și de mediu până la evaluarea activă și protejarea elementelor de patrimoniu cultural. O componentă importantă a acestui laborator este dedicată informării și educării populației cu privire la cutremure, conștientizarea riscului seismic și a unor hazarduri naturale.

Ați menționat profilul internațional alactivităților INCDFP. Cât de integrateste institutul în inițiativele regionale șiglobale din domeniul seismologiei?
Legăturile internaționale ale institutului sunt relevante pentru fiecare dintre palierele noastre de activitate. De exemplu, pe lângă rețeaua celor nouă observatoare seismologice din țară (Vrâncioaia, Muntele Roșu, Ploștina, Timișoara, Eforie, Bucovina, Deva, Mediaș și Buziaș) care asigură monitorizarea, înregistrarea și analiza locală a datelor seismice, laboratorul RSN reprezintă unul din nodurile primare care arhivează, procesează și asigură schimbul de date geofizice la nivel european și global în cadrul EIDA - European Integrated Data Archive. Mai mult, în cadrul proiectului AdriaArray, care implică alte institute de cercetare din 27 de țări europene, au mai fost instalate, până în prezent pe teritoriul României, 32 de stații seismice dintr-un total de 41.
De altfel, RSN este deplin integrată în infrastructura europeană pentru achiziția și procesarea formelor de undă seismice și a metadatelor asociate. Grație acestui statut, INCDFP asigură schimbul de date și informații seismice cu organizații seismologice internaționale precum ORFEUS (Observatories & Research Facilities for European Seismology), IRIS (Incorporated Research Institutions for Seismology), NEIC (Centrul Național de Informații pentru Cutremure din Statele Unite ale Americii), EMSC (Centrul Seismologic Euro-Mediteraneean, Centrul Internațional Seismologic din Marea Britanie.

Cum se reflectă rezultatele obținute în activitatea INCDFP în eforturile internaționale din domeniul fizicii Pământului?
Câteva dintre cele mai relevante contribuții internaționale ale institutului sunt asigurate de Laboratorul de Seismologie Inginerească, impactul activității acestui departament fiind substanțial prin reprezentarea INCDFP-ului și României în consorțiul European Facilities for Earthquake Hazard and Risk – EFEHR, în cadrul căruia se fac evaluări ale hazardului și riscului seismic pentru dezvoltarea și diseminarea modelelor de hazard și risc seismic la nivel regional și european. De pildă, expertiza cercetătorilor a dobândit recunoaștere la nivel internațional în cadrul inițiativei de elaborare a primului Model European de RISC Seismic ESRM20 și al celui mai recent Model European de HAZARD Seismic ESHM20, rezultat prin intermediul unei abordări probabilistice comunitare, susținută de numeroase proiecte europene la care INCDFP a participat, precum SERA (Seismology and Earthquake Engineering Research Infrastructure Alliance for Europe) sau EPOS (European Plate Observing System). Lansate în luna mai 2022, aceste modele armonizate la nivelul UE au fost dezvoltate în colaborare cu Fundația Modelul de Cutremure Global (GEM) și Sistemul European de Observare a Plăcilor Tectonice (EPOS) și constituie o sursă importantă în definirea unor politici de asigurare a unor coduri de proiectare seismică actualizate la nivel european (Eurocodul 8 - Proiectarea structurilor pentru rezistența la cutremur) și la nivel național.
De altfel, cercetătorii Laboratorului de Seismologie Inginerească au contribuit prin proiectul BIGSEES (Armonizarea abordărilor din seismologie și ingineria seismică: considerarea seismicității României pentru o implementare adecvată a acțiunii seismice din Codul European EN1998-1 în proiectarea seismică a clădirilor) finanțat local de UEFISCDI, la îmbunătățirea metodelor de reducere a riscului și a capacității lor de a proteja structurile construite, infrastructura și populația.
Un alt proiect internațional de impact în care a fost implicat recent INCDFP este TURNkey (Towards more Earthquake-resilient Urban Societies through a Multi-sensor-based Information System enabling Earthquake Forecasting, Early Warning and Rapid Response actions), derulat în perioada 2019-2022 și finanțat de Uniunea Europeană, care a contribuit la reducerea riscului seismic, prin reducerea pierderilor economice și sociale viitoare din Europa și atenuarea consecințelor directe și indirecte ale cutremurelor.
După cum probabil că este deja evident din proiectele prezentate anterior, între proiectele naționale și cele internaționale implementate de INCDFP există un schimb dinamic de cunoștințe, fiecare inițiativă având relevanță deopotrivă la nivel local, regional și global.

În acest context, care sunt câteva dintre contribuțiile institutului la elaborarea strategiilor naționale legate de mișcările seismice?
Revenim la Laboratorul de Seismologie Inginerească, echipa sa reprezentând INCDFP la modificările secțiunii privitoare la riscul seismic din cadrul „Planului Național de Management al Riscurilor de Dezastre”, elaborat de Comitetul Național pentru Situații de Urgență. De asemenea, laboratorul a îndeplinit rolul de revizor din partea Consiliului Științific INCDFP pentru proiectul Strategiei Naționale de Reducere a Riscului de Dezastre (SNRRD), implementată de Inspectoratul General pentru Situații de Urgentă și pentru Strategia Naţională de Reducere a Riscului Seismic (SNRRS).
La nivel național, institutul a fost implicat într-o gamă amplă de proiecte, cu obiective complementare, de la evaluarea sistematică a riscurilor de dezastre și creșterea siguranței cetățeanului (proiectul RO-RISK, derulat pe o perioadă de 24 de luni în cadrul Programului Operațional Capacitate Administrativă), până la proiectul PRE-QUAKE („Următorul cutremur major: un potențial dezastru, dar și un generator de oportunități științifice de neratat), finanțat printr-un grant al Ministerului Cercetării, Inovării și Digitalizării, CNCS – UEFISCDI, în cadrul PNCDI III.

Cât de divers este de fapt portofoliul de instrumente utilizate în activitățile institutului?
INCDFP a depășit demult granițele senzorilor tradiționali folosiți în monitorizarea activităților seismice. În prezent, cercetătorii noștri operează o gamă amplă de instrumente pentru studiul și analiza fenomenelor seismice, cu aplicații diverse și complementare: investigăm, de pildă, relația dintre ionizarea aerului, emisiile de gaze (radon, dioxid de carbon, monoxid de carbon) și seismicitatea unei anumite zone în funcție de structura geologică locală și factorii de mediu, integrând date multidisciplinare, de la informațiile meteorologice până la câmpul electrostatic atmosferic și câmpul geomagnetic. În acest demers de analiză a sistemului cuplat Litosferă-Atmosferă-Ionosferă care monitorizează în practică parametri neseismici, luăm în calcul chiar și comportamentul și reacțiile sistemelor vii. Diversitatea acestei zone de acțiune este foarte bine reprezentată de activitatea Laboratorului de Seismologie și Structura Litosferei, care se concentrează, între altele, pe anumiți precursori ai cutremurelor: câmp magnetic, electric, radio, infrasonic, bioseismic, geochimic, evoluția parametrilor seismicității.
La extrema opusă prin dimensiunea amplă a analizei, institutul administrează prin laboratorul RSN o rețea de 30 stații GPS/GNSS, pentru monitorizarea deformărilor spațiului carpato-danubiano-pontic și a impactului cutremurelor locale, infrastructură gestionată prin implicarea în proiectul EPOS, menționat mai devreme, în cadrul căruia INCDFP coordonează centrul național GLASS (Geodetic Linkage Advanced Software System). Această rețea furnizează observații ale mișcărilor crustale pentru o analiză îmbunătățită a interconexiunilor suprafață – adâncime ale seismelor de adâncime medie, dar și măsurători avansate, de mare precizie ale condițiilor meteorologice pentru prognoze meteo, precursori seismici și alte tipuri de cercetare complementară. Scopul este de a colecta toate aceste date GPS pentru a le standardiza și omogeniza ca mai apoi să obținem metadate care pot fi utilizate în cercetare.
O contribuție importantă în integrarea noilor tehnologii în operațiunile de cercetare ale institutului este asigurată de cel mai „tânăr” dintre laboratoarele noastre, GeoEduLab. Ca rezultat al proiectului CRESCENTO, care urmărește creșterea capacității de cercetare din domeniul seismologiei, laboratorul a fost dotat cu aparatură geofizică modernă de ultimă generație, utilizată în studii interdisciplinare, pentru a detecta și monitoriza hazardurile geologice și de mediu, a investiga proprietățile fizice ale elementelor din subsol și a monitoriza și proteja elementele de patrimoniu cultural. Astfel, cercetătorii noștri dispun de stații seismice și GPS mobile, drone specializate (echipate cu camere pentru fotogrammetrie, cu senzor LIDAR, magnetometru), magnetometru la sol, radar interferometrie Hydra-G, Radar IBIS-FM EVO, GPR (Ground Penetrating Radar), Gravimetru A10 de câmp total, aparatură pentru măsurători electrice multielectrod, sistem pentru măsurători electrice FullWaver, seismograf pasiv.