Capitolo 8B I terremoti Propagazione delle onde sismiche Lezione 20B 2
8.1 Il terremoto Il terremoto, detto anche scossa tellurica o sisma, consiste in rapidi movimenti del terreno prodotti, di solito, dall improvvisa rottura di grosse porzioni della crosta terrestre, in seguito all accumulo nel tempo di forti tensioni. L energia maggiore viene liberata durante la scossa principale. 3
8.1 Il terremoto La sismologia è la branca della geofisica che studia i terremoti e la struttura interna della Terra. Lo studio dei terremoti e dell interno della Terra si basa sulle onde sismiche. Le onde sismiche sono onde generate dai terremoti stessi, siano essi eventi naturali oppure artificiali provocati durante esplosioni. 4
8.1 Il terremoto A seconda della profondità a cui si verifica la rottura delle rocce, i terremoti si suddividono in: superficiali (fino a 70 km di profondità); intermedi (da 70 a 300 km); profondi (da 300 a 700 km). 5
8.2 Comportamento elastico delle rocce Il comportamento di un materiale è definito plastico se, all applicazione di una forza, subisce una deformazione permanente, che si mantiene anche quando la forza cessa di essere applicata. 6
8.2 Comportamento elastico delle rocce Il comportamento di un materiale è definito elastico se, all applicazione di una forza, subisce una deformazione proporzionale alla forza applicata e se, cessata l applicazione della forza, recupera la forma originaria. 7
8.2 Comportamento elastico delle rocce Un elastico però non può essere allungato indefinitamente, perché a un certo punto si rompe. Questo tipo di comportamento, definito fragile, è proprio dei materiali che arrivano a rottura dopo lo sforzo senza o con minime deformazioni plastiche. 8
8.2 Comportamento elastico delle rocce Secondo la teoria del rimbalzo elastico, blocchi di roccia, sottoposti a tensioni prolungate, si deformano lentamente, accumulando energia elastica, per poi fratturarsi all'improvviso quando viene superato il carico di rottura. Fu il sismologo Harry Fielding Reid a formulare la teoria del rimbalzo elastico. 9
8.2 Comportamento elastico delle rocce Quando le rocce si fratturano l energia elastica accumulatasi nel tempo si libera sotto forma di calore e di intense vibrazioni che si propagano in tutte le direzioni. Onde sonore Faglia Onde P Onde L Onde S 10
8.2 Comportamento elastico delle rocce Il luogo nel sottosuolo dove ha origine un terremoto è detto ipocentro o fuoco. La proiezione dell ipocentro sulla superficie terrestre è detta epicentro. Epicentro Ipocentro 11
8.3 Ciclicità statistica dei fenomeni sismici Una volta esaurito il sisma, nella zona che l ha originato inizia ad accumularsi nuova energia. I terremoti sono fenomeni ciclici, contraddistinti da un periodo che dipende dalle caratteristiche geologiche del sottosuolo e dalle forze che agiscono dall interno del pianeta. Più ravvicinati sono i terremoti, minore è l energia elastica accumulata e minore è l entità delle scosse. Più lungo è l intervallo di tempo tra due eventi sismici (50, 100, 200 anni), più violento e disastroso è il sisma che si produce, perché maggiore è l energia accumulata nel frattempo. 12
Onde sismiche L energia che si libera durante un terremoto è diffusa attraverso le rocce circostanti mediante onde sismiche. In ogni corpo solido possono propagarsi due tipi di onde indipendenti tra loro: onde longitudinali; onde trasversali. 13
8.4 Onde sismiche Le onde longitudinali si propagano per compressioni e dilatazioni successive, facendo vibrare le particelle nella stessa direzione della propagazione. Esse provocano variazioni di volume delle porzioni di roccia attraversate. 14
8.4 Onde sismiche Le onde trasversali si propagano facendo vibrare le particelle lungo piani perpendicolari alla direzione di propagazione. Esse provocano variazioni di forma delle singole porzioni di roccia attraversate. 15
8.4 Onde sismiche Le onde longitudinali sono le più veloci, sono dette anche onde prime o onde P e si propagano sia all interno dei solidi sia dei fluidi. Le onde trasversali sono più lente, sono dette anche onde seconde o onde S e si propagano solo all interno dei solidi. Le onde superficiali, che hanno la massima ampiezza, arrivano per ultime al sismografo. Onde superficiali 16
8.4 Onde sismiche Un terzo tipo di onde, le onde lunghe, o onde L, si propagano solo sulla superficie terrestre, partendo dall epicentro. Le onde L causano le maggiori oscillazioni del terreno. 17
8.4 Onde sismiche Quando l epicentro del terremoto si trova in mare si possono generare maremoti o tsunami. Faglia Ipocentro Un maremoto consiste nella formazione di onde marine molto alte, che possono inondare e devastare vaste regioni costiere. 18
8.5 Misura delle vibrazioni sismiche Le onde sismiche sono registrate mediante appositi strumenti, i sismografi. Il sismografo rileva il passaggio delle onde sismiche, le registra e produce un sismogramma. Il sismogramma è un grafico dei movimenti del terreno. Dalla sua lettura si ricavano le caratteristiche del terremoto: energia, distanza dell epicentro, profondità dell ipocentro. 19
8.5 Misura delle vibrazioni sismiche Il funzionamento del sismografo si basa sul principio d inerzia. Sismografo per la misura di oscillazioni verticali Supporto solidale con il suolo Sismografo per la misura di oscillazioni orizzontali Massa sospesa Tamburo rotante Supporto solidale con il suolo Pendolo vincolato Tamburo rotante Nel sismografo è presente un corpo di massa elevata, non vincolato al terreno che, per inerzia, tende a mantenere il proprio stato di quiete. Al corpo è collegato un pennino che scrive su un rullo di carta solidale al terreno, il quale scorre con velocità costante. Al passaggio delle onde sismiche la massa pesante tende a rimanere immobile e registra lo spostamento del terreno che vibra. 20
8.6 Determinazione dell epicentro di un terremoto Al passare del tempo e all aumentare della distanza dall epicentro, la maggiore velocità di propagazione delle onde P rispetto alle onde S determina un aumento del ritardo di queste ultime rispetto alle P. Ritardo, in minuti, tra tra i tempi di arrivo delle onde P e delle onde S Il tempo che intercorre tra l arrivo delle onde P e quello delle onde S ci fornisce la distanza dell epicentro. 21
8.6 Determinazione dell epicentro di un terremoto Il metodo si basa sull utilizzo di curve dette dromocrone. Le dromocrone sono curve tracciate su un piano spazio-tempo, utilizzando dati relativi alla velocità delle onde sismiche. Le dromocrone indicano i tempi di propagazione delle onde in funzione della distanza. 22
8.6 Determinazione dell epicentro di un terremoto Si riportano sul grafico delle dromocrone i sismogrammi, in modo da far coincidere i momenti di arrivo delle onde P e S con le rispettive dromocrone. In ascissa si legge la distanza dell epicentro del terremoto 23
8.6 Determinazione dell epicentro di un terremoto Con tre sismogrammi dello stesso evento, registrati da tre diverse stazioni è possibile, una volta calcolate le rispettive distanze epicentrali, determinare la posizione dell epicentro. 24
8.7 Dove avvengono i terremoti I terremoti si verificano solo in corrispondenza di determinate zone della superficie terrestre, mentre in altre aree sono praticamente assenti. Queste fasce sismiche coincidono con le dorsali oceaniche, le fosse oceaniche, le catene montuose recenti, le regioni a elevata attività vulcanica e le zone continentali soggette a incipiente separazione. 25
8.7 Dove avvengono i terremoti La maggioranza dei terremoti si verifica in corrispondenza dei margini di placca. Le zone attive delimitano delle ampie aree che sono sismicamente inattive, asismiche. 26
8.7 Dove avvengono i terremoti A causa della continua mobilità delle placche litosferiche, il massimo della pericolosità sismica è in corrispondenza dei margini di placca. 27