Diapositiva 1

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PERUGIA
Facoltà di Scienze della Formazione
Corso di Laurea in Protezione Civile ed Aiuti Umanitari
TSUNAMI ED URAGANI
FENOMENOLOGIA FISICA
E CONSEGUENZE AMBIENTALI
Relatore: Prof.ssa Stefania Magliani
Laureando:
Ing. Antonino IARIA
Anno Accademico 2006-2007
Argomenti Trattati
 STRUTTURA DELLA TERRA
 MOTI DEL MARE
 MAREMOTI/TSUNAMI
 URAGANI
 CONCLUSIONI
Struttura base della Terra
La parte superiore della terra si considera suddivisa in due
strati con differenti proprietà deformative:
•Litosfera: strato superiore rigido spesso
circa 100km sotto i continenti e circa 50km
sotto gli oceani, costituito dalla crosta e
dalla parte sottostante rigida del mantello
Superiore;
Litosfera
•Astenosfera: si estende sino a 700 km di
profondità, caratterizzata da rocce meno
fragili, cioè deformabili può deformarsi in
modo plastico.
Astenosfera
La Litosfera, relativamente fredda, risulta fragile e può quindi
fratturarsi dando luogo ai terremoti.
ZONA GALLEGGIANTE
Temperatura = 1800 - 3000°C
Pressione = 250 - 1500 Kbars
Densità = 4000 - 6000 Kg/m3
RISCALDAMENTO
SUBDUZIONE
Temperatura = 3000 - 3600°C
Pressione = 1500- 3500 Kbars
Densità = 10000 - 12000 Kg/m3
Temperatura = fino a 4000°C
Pressione = fino a 4000 Kbars
Densità = 12500 Kg/m3
DORSALE
Terremoti - Origini
Sono vibrazioni naturali del suolo provocate
dalla del
improvvisa
•variazione
volume del
attraversato
rottura di un equilibrio energetico internomezzo
e possono
essere di
natura:
•oscillazione delle
Vulcanica
particelle in direzione
Da crollo
ortogonale a quella di
Da esplosione
propagazione dell’onda
sismica
producono
Tettonica (i più comuni e spesso i più violenti;
si producono
quando le
locali diaforma,
masse rocciose si fratturano improvvisamente invariazioni
zone sottoposte
forti
ma non
modificano
i
tensioni, dovute ad elevate forze geologiche interne;
spesso
si verificano
in
volumi
corrispondenza di faglie)
Il movimento DINAMICO, è rappresentato dalle onde irradiate
dal terremoto quando avviene la frattura, indice dell’energia
messa in gioco dal movimento delle placche tettoniche e
dissipata sotto forma di ONDE SISMICHE (di norma , fino al
10% del totale)
Moti del mare
I parametri significativi necessari per spiegare il comportamento
degli oceani sono di natura:
•CHIMICA
•TERMODINAMICA
•FISICA
Le leggi che regolano i loro rapporti, utili per costruire un
modello fisico-matematico di tale comportamento sono dunque:
•CHIMICA
•TERMODINAMICA
•IDRODINAMICA
NB. Una trattazione esauriente dal punto di vista analitico non è opportuna.
Si presentano soltanto gli strumenti analitico-matematici di base.
Equazioni dell’Idrodinamica
Equazione di Stato:
  0
nell’ ipotesi di densità costante (plausibile per lo stato liquido)
Equazione di Continuità:
v  0
esprime la conservazione della massa nel campo di moto
vettoriale
Equazioni dell’Idrodinamica
Equazione della Dinamica:
dv
1
1 A
   p  
 2  v  g  f m
dt

 z
4
5
1
2
3
esprime la conservazione della Quantità di Moto;
è qui resa in termini di forza per unità di massa, e si possono
notare i 5 contributi fondamentali alla variazione del moto:
1. Campo di pressione
2. Attrito (A è la componente del tensore degli sforzi lungo z)
3. L’accelerazione di Coriolis
4. Il campo di gravità terrestre
5. La forza astronomica di marea (forze di massa proprie)
Equazioni dell’Idrodinamica
Equazione dell’Energia:
esprime la conservazione dell’Energia e lega fra loro le
proprietà termodinamiche.
Dato che il moto è incomprimibile (densità costante), tale
equazione risulta nel sistema disaccoppiata alle altre, per cui
non è necessaria a descrivere il CAMPO DI MOTO
dell’Oceano, nelle ipotesi precedentemente indicate.
Classificazione delle Onde
•Onde gravitazionali: la gravità contrasta gli impulsi del vento
e della pressione atmosferica. Il moto ha periodi compresi fra
1 e 30 secondi
•Onde Infragravitazionali: con periodo fra 0,5 e 5 minuti,
generate dal vento o dalla pressione o da interazioni fra onde
gravitazionali di diverso periodo
•Onde a lungo periodo: rientrano in questa categoria le onde
generate dagli TSUNAMI
•Onde di marea: a periodo semidiurno e diurno
•Onde transmareali: comprendono le fluttuazioni del livello del
mare originate da fattori climatici ed ambientali
Tsunami (onda sulla costa)
Il fenomeno dello tsunami consiste in una serie di onde
anomale a lungo periodo che si propagano attraverso
l'oceano
CAUSE:
•Derivano da movimenti del fondo del mare, normalmente
provocati da forti terremoti sottomarini
•Possono anche essere generate da eruzioni vulcaniche e da
grosse frane sottomarine
CONSEGUENZE:
•abbattendosi sulla costa queste onde sono capaci di
distruggere gli edifici
•le correnti generate dall'acqua, dell'ordine di 10-20 m/s,
possono facilmente trasportare massi di parecchie tonnellate
•l'inondazione può interessare tratti di costa di migliaia di km
Caratteristiche Tsunami
•Capacità di propagarsi su distanze di migliaia di km senza
attenuarsi
•Velocità dei fronti d’onda (V): può arrivare a 500-700Km/h
•λ: compresa fra 10 e 100 Km
•Periodo di oscillazione (Τ): compreso fra 5 e 60 minuti
•Altezza (A): da qualche cm al metro in mare aperto
(per questo motivo le onde di tsunami che si propagano in mare aperto non
sono percepibili dai marinai a bordo delle navi)
Quando le onde di tsunami raggiungono le acque poco
profonde dei litorali, rallentano la loro velocità di propagazione
ma aumentano di altezza, superando anche i 20 metri
Il moto ondoso
Traiettorie circolari delle particelle d’acqua
Le onde generate dal vento vanno e vengono senza inondare zone a quote più alte
Traiettoria rettilinea delle particelle d’acqua
Le onde di Tsunami penetrano nella terraferma come un muro d’acqua
Tsunami Sri Lanka
Il terremoto del 26/12/2004 (stella gialla in figura) è un evento superficiale di tipo
compressivo, avvenuto al largo della costa nord-occidentale di Sumatra, all'interfaccia
tra la placca Indiana e quella di Burma.
Teoria
A partire dalla deformazione del
fondo del mare, indotta dal terremoto,
è stata calcolata la propagazione
delle onde di tsunami generate. La
figura mostra le massime altezze
raggiunte dall'onda. Risulta evidente
dalla simulazione che le coste dello
Sri Lanka e della Thailandia sono
quelle maggiormente colpite dallo
tsunami
Il video mostra la propagazione delle onde di tsunami generate dal
terremoto dell'Indonesia del 26 dicembre 2004. Il colore rosso
rappresenta la cresta delle onde (elevazioni positive), il colore verde il
ventre (elevazioni negative).
Uragani - Origini
Il nome Uragano sta quindi ad indicare i Cicloni Tropicali che
si formano nell'Oceano Atlantico, che colpiscono il NordCentro America, il Golfo del Messico ed i Caraibi.
Il nome Tifone è usato per denominare tutti i Cicloni Tropicali
che si formano nell'Oceano Pacifico, settore Nord-Ovest.
Infatti nel settore Nord-Est vengono ancora chiamati Uragani,
la linea di demarcazione corrisponde più o meno a quella di
cambio data.
Nell'Oceano Indiano vengono chiamati semplicemente
Cicloni, e sono tra quelli più pericolosi al mondo, in quanto
possono colpire le vulnerabili terre dell'India nella zona del
Bangladesh.
Descrizione
Un Ciclone Tropicale appare come fosse una densissima circolazione
depressionaria costituita da un anello compatto di nubi ben distinguibile, e
che circonda l’occhio (centro di rotazione del Ciclone molto ben definito e
sgombro da nubi) anche per centinaia di km di diametro.
Il Ciclone Tropicale “vive” esclusivamente sul mare tropicale (quindi a
superficie calda), mentre una volta che l’occhio raggiunge la costa, svanisce
rapidamente e il più delle volte diventa un sistema extra-tropicale nel giro di
24-36 ore, portando piogge abbondanti e vento a raffiche nelle zone interne
non costiere.
Nei Cicloni Tropicali (o TC), gli agenti responsabili primari sono:
il Cumulonembo, la nube a forte sviluppo verticale. Anche nel TC svolge
un ruolo fondamentale, caratterizzandone proprio il fatto che la tempesta sia
“Tropicale” o “Extratropicale”
La circolazione a livello del mare (detta al suolo) che prende il nome
tecnico di LLCC (Low Level Circulation Center)
Low Level Circulation Center
Si può parlare di LLCC soltanto sui mari tropicali, cioè le fasce
di mare comprese tra l’Equatore e i Tropici nei rispettivi
emisferi. In queste zone, infatti, domina il campo delle Alte
Pressioni Tropicali con correnti in quota e al suolo debolmente
orientali (fascia delle correnti orientali Tropicali).
L’energia sotto forma di calore, trattenuta al suolo dalle correnti
discendenti delle alte pressioni, raggiunge valori molto elevati
dato il forte riscaldamento delle acque superficiali degli oceani.
La soglia di temperatura a rischio (per le acque superficiali,
naturalmente) per la formazione di un Uragano è 26°C. Oltre
questa temperatura, i moti ascensionali possono creare delle
microfratture nelle alte pressioni Tropicali scatenando
fenomeni temporaleschi di calore.
Condizioni di sviluppo
La LLCC non è normalmente visibile dal satellite (se non in casi eccezionali, come
quello nella foto) nelle sue fasi iniziali, perché non produce alcun effetto; è solamente
una circolazione d’aria che si è venuta a creare al di sotto dell’alta pressione tropicale,
creando così una microcrisi lenta ma perdurante, perché alimentata dagli Alisei.
Caratteristiche
L’alta pressione in quota risucchia l’aria dall’alto verso il basso per cui, se si
sviluppando delle microcrisi, si possono creare delle zone di divergenza in
quota, che letteralmente sono dei punti da cui l’aria dilaga con estrema
facilità negli strati adiacenti provenendo dal basso: è questa creatura la
traccia inconfondibile della presenza di un TC.
A questo punto dello sviluppo, la convezione ha perdurato per più di 12 ore
di fila, ed è il segnale che fa scattare l’allarme nei centri preposti alla
gestione degli stati di emergenza per il possibile evolversi di un TC.
Il sistema acquista le caratteristiche di “autoalimentato”, cioè abbiamo:
LLCC: una circolazioni di venti al suolo (il sistema libera calore latente
dalla superficie del mare);
Convezione continua e, a tratti, molto intensa al di sopra della LLCC (il
sistema cede il calore nell’alta troposfera, il resto si trasforma in energia);
Caratteristiche
La circolazione al suolo inizia a potenziarsi richiamando aria molto calda e
umidissima dalla superficie del calmo mare tropicale ed il sistema cresce
rapidamente.
Quando la velocità del vento supera i 119 km/h siamo in presenza di un
“Uragano”, “Tifone” o “Ciclone”, a seconda del mare dove ci si trova. La
velocità del vento è causata dalla convezione, cioè dalla risalita di aria
calda all’interno dei cumulonembi permanenti attorno al centro del sistema.
Ad un certo punto della sua crescita, il TC inizia ad evidenziare nel suo
centro di rotazione (asse) un ben delineato “occhio”, cioè un’area circolare
(o quasi) completamente sgombra da nubi. Quando la forza di rotazione
del TC raggiunge il limite di aderenza delle nubi attorno all’asse di
rotazione, queste si separano per “forza centrifuga”. All’interno si viene a
creare una zona di pressione ancora più bassa.
Caratteristiche
Attorno all’occhio si forma un “anello” di cumulonembi (chiamato in gergo “eye-wall”)
densissimo. Nonostante la pressione sia molto bassa, c’è una tenue corrente
discendente (anticiclonica) che mantiene l’occhio sgombro da nubi. Notare anche che
una parte dell’aria calda risucchiata dall’eye-wall ricade nell’occhio mantenendolo
sgombro da nubi.
L’intera struttura è tanto potente quanto delicata: infatti, una volta raggiunta la costa, a
causa delle deviazioni delle correnti introdotte da una superficie non piatta, l’occhio
perde le sue caratteristiche e il TC inizia a degenerare, diventando il più delle volte un
sistema frontale Extratropicale.
Conclusioni
L’insieme di stazioni sismiche distribuite su di una determinata area, collegate in
tempo reale attraverso sistemi di teletrasmissione dei dati ad un unico centro di raccolta,
costituisce una RETE SISMICA dalla quale, una volta stabilita la posizione approssimata
dell’epicentro del sisma, partono le informative sull’accaduto, che devono essere il più
possibile tempestive;
Se il terremoto è sottomarino, e di una certa importanza, il warning riguarda il possibile
sviluppo, e quindi una utile previsione, di onde anomale (tsunami);
Il rilevamento satellitare può coadiuvare le attività di previsione ed è utile soprattutto
nella valutazione dei mutamenti dovuti ai fenomeni sia di origine marina, sia di origine
meteorologica;
Attualmente è possibile effettuare un costante e continuo monitoraggio dell’evoluzione
atmosferica, ma non se ne può controllare né prevedere, con sufficiente grado di
precisione nel medio e lungo periodo, l’evoluzione (effetto farfalla dovuto alla non
linearità dei modelli);
I mutamenti climatici che vengono monitorati negli ultimi anni, portando alla
progressiva tropicalizzazione (dal punto di vista climatico) di zone continentali,
determinano una possibile maggiore incidenza, soprattutto in prospettiva futura, di
fenomeni di natura tropicale in tali aree.
Grazie per l’attenzione