Geologia e Litologia 13 Terremoti - Interno Terra

I TERREMOTI
DOVE AVVENGONO I TERREMOTI
A SCALA GLOBALE?
I terremoti avvengono quasi sempre al limite fra le
placche litosferiche
QUAL E’ LA CAUSA DEI
TERREMOTI?
I terremoti sono causati dal movimento
improvviso lungo faglie
La rottura sulla faglia che
causa i terremoti può essere
dell’ordine dei cm o dei
metri
FAGLIE E TERREMOTI
TERMINOLOGIA DI BASE
MECCANISMO DI GENERAZIONE DEI
TERREMOTI
•
•
•
•
•
La teoria dello stick-slip e del rimbalzo elastico
Stick: lo stress si accumula su una superficie di faglia per attrito,
e i due blocchi si deformano
Slip: improvviso scorrimento dei due blocchi lungo la superficie
di faglia dove lo stress diventa troppo alto
La vibrazione avviene quando le rocce, dopo il movimento,
rimbalzano riprendendo la loro forma originaria
I terremoti quasi sempre avvengono lungo faglie preesistenti,
piuttosto che su blocchi intatti
LE ONDE SISMICHE
9Il movimento lungo la faglia rilascia energia, che viaggia
attraverso le rocce in modo identico a quanto avviene per le onde
sonore.
9Si formano le onde sismiche. Immediatamente si dividono in
componenti che viaggiano con meccanismi differenti e hanno
differenti velocità.
9Le onde P si muovono per compressione, e le onde S si muovono
con meccanismo di taglio.
9Le onde di superficie si manifestano quando le onde P e S
colpiscono la superficie topografica, e si muovono con movimento
siile a quello delle onde marine.
ONDE P (LONGITUDINALI)
ONDE S (TRASVERSALI)
IL FUNZIONAMENTO
DEL
SISMOGRAFO
• Il sismografo, o sismometro, è
uno strumento usato per
rilevare e misurare i terremoti
• E’ composto da una massa
attaccata a una base fissa.
• Durante un terremoto, la base
si muove, ma la massa rimane
ferma. Il movimento della
base rispetto alla massa è
registrato da una penna su un
nastro magnetico o cartaceo
LA LETTURA DI UN SISMOGRAMMA
Le onde P viaggiano più velocemente, e dunque arrivano prima
La differenza fra i tempi di arrivo delle onde Pe S è proporzionale
alla distanza dall’ipocentro (e dall’epicentro).
IL CALCOLO DELLA DISTANZA DALL’EPICENTRO
LOCALIZZARE L’EPICENTRO DI UN TERREMOTO
¾Utilizzando la precedente tabella,
l’intervallo P-S fornisce la distanza
dell’epicentro da una stazione sismica. Usando
questa distanza come raggio, sappiamo che
l’epicentro deve trovarsi sulla circonferenza,
ma non sappiamo dove.
¾Sulla base di due stazioni sismiche,
possiamo ridurre l’incertezza a due punti.
¾ Con 3 stazioni sismiche otteniamo la
localizzazione dell’epicentro
LOCALIZZARE L’EPICENTRO DI UN
TERREMOTO
Questo esempio è
relativo al grande
terremoto di Kobe,
Giappone, avvenuto
nel 1995
MISURARE LA GRANDEZZA DI
UN TERREMOTO
• I due fattori che descrivono la grandezza di un terremoto sono:
• Intensità – una classificazione degli effetti del terremoto in
una data località, sulla base della percezione da parte della
popolazione, dei danni provocati sul patrimonio edilizio, e
delle conseguenze sull’ambiente naturale
• Magnitudo – stima della quantità di energia rilasciata lungo
la faglia
LA SCALA
MERCALLI
Basic structure of
12 degrees scales
MCS Scale
Mercalli – Cancani – Sieberg
(1930)
Mostly used in S Europe
A. Empirical scale, rating of
earthquake effects are
based on a rather
subjective assessment,
or expert judgement
B. Damage saturates at
intensity X in most cases
C.
Invaluable information,
cannot be replaced by
instrumental records
ESI2007 SCALE
(Environmental Seismic Intensity Scale)
The ESI scale is based on
environmental effects only
LA STIMA DELL’ENERGIA DI UN TERREMOTO
¾ Magnitudo - Concetto introdotto da Richter nel 1935
¾ Scala Richter - Basata sull’ampiezza della massima onda sismica registrata.
¾ Tiene conto anche dell’attenuazione dell’ampiezza dell’onda con il crescere della
distanza
Il calcolo della magnitudo si effettua misurando l’ampiezza massima sul
sismogramma e unendo l’ampiezza con il tempo P-S in secondi
INFLUENZA DELLA STRUTTURA TERMICA DELLA
CROSTA
EFFETTI AMBIENTALI: LIQUEFAZIONE
¾In aree dove i suoli sono saturi d’acqua, le onde sismiche hanno
l’effetto di aumentare la pressione dell’acqua interstiziale. Il
risultato è la liquefazione, data dalla riduzione della resistenza e
coesione del terreno, che si comporta come un liquido.
¾La liquefazione ha due conseguenze:
¾Gli edifici costruiti su sedimenti non consolidati possono essere
danneggiati a causa dell’affondamento delle fondazioni
¾L’acqua sotterranea può risalire velocemente in superficie,
trascinando sabbia
LIQUEFAZIONE
Loma Prieta,
CA,1989
El Centro,
CA,1979
EDILIZIA E TERREMOTI
¾Le vittime e i danni provocati da un
terremoto potrebbero essere drasticamente
ridotti, e si potrebbe restare nelle proprie case
durante il passaggio anche di un violento
terremoto, se si applicassero sui nuovi e sui
vecchi edifici le regole dell'ingegneria
antisismica che dispone di una tecnologia
ormai estremamente collaudata, perfezionata
e affidabile.
¾E’ ovvio che questa affermazione vale per i
Paesi economicamente sviluppati e cioè per
quei Paesi che si possono permettere
l'aumento dei costi, d'altra parte non
eccezionale se paragonato ai vantaggi, che
l'applicazione di questa tecnologia comporta.
Infatti più il Paese è povero, e quindi meno
regole antisismiche ha potuto imporre, più
elevato è numero delle vittime. Si può dire,
alla luce del confronto fra terremoti avvenuti
in diverse parti del mondo, che in presenza di
sismi di pari energia la quantità di vittime e di
danni dipende dalle condizioni economiche
dei vari Paesi colpiti.
EDILIZIA E TERREMOTI
¾3 terremoti, tutti di magnitudo 6,8,
confermano l’importanza
dell’edilizia antisismica; quello del
1994 che colpì Los Angeles e
provocò pochissime vittime, quello
dell'Irpinia che, nel 1980 causò 2630
morti e quello del 1998 in India che
provocò 30.000 vittime.
¾A Los Angeles gli edifici, anche
altissimi, ma costruiti secondo le
norme antisismiche imposte dalle
autorità, resistettero quasi tutti. In
India le case, costruite con mattoni o
con ciottoli di fiume tenuti insieme
da malte e da fango secco,
crollarono quasi tutte.
LA MAPPA DELLE ZONE SISMICHE
¾Nella nuova mappa (INGV-Protezione Civile) di pericolosità
sismica è scomparsa la nozione di “non classificato” riferita a
comuni che, secondo la vecchia classificazione, non erano
ritenuti a rischio sismico. Nella nuova mappa, tutto il Paese è
considerato soggetto a pericolo di terremoti, sia pure con
sensibili variazioni tra le differenti zone della penisola.
¾In particolare, i comuni classificati di prima categoria sono
distribuiti su tutto l’arco appenninico centrale e meridionale,
in Sicilia orientale ed in alcune aree delle Alpi Orientali. Sono,
queste, zone potenzialmente soggette a terremoti di Magnitudo
compresa fra 6 e 7, oppure a terremoti meno violenti ma più
frequenti. Esempi possibili sono i comuni dell’Irpinia colpiti
dalla grave scossa del 1980 ed i comuni dell’Umbria e delle
Marche colpiti dalla lunga sequenza di scosse nel 1997-98.
¾La seconda e la terza categoria interessano la maggior parte
del territorio nazionale, indicando le località esposte al
pericolo di terremoti di magnitudo inferiore a 5. Infine, la
quarta categoria indica zone che mostrano una sismicità
estremamente bassa, quali la Sardegna, il Salento, alcune aree
delle Alpi Centrali e la Pianura Padana centro-occidentale.
LA STRUTTURA INTERNA DELLA
TERRA
¾Lo studio dell'interno del globo svolto in modo diretto si è
dimostrato inefficace: la massima profondità raggiunta dalle
perforazioni è di una decina di km (al massimo 14 km nella penisola
di Kola in Russia); nulla rispetto all'entità del raggio terrestre (6350
km). Anche lo studio dei magmi emessi dalle eruzioni vulcaniche e
di porzioni di rocce risalite con i magmi stessi, non è in grado, a
parte qualche eccezione, di dare risultati apprezzabili.
METEORITI: INDIZI PER INVESTIGARE LA
COMPOSIZIONE DI NUCLEO E MANTELLO
¾ Meteoriti rocciose: di composizione silicatica, con piccole
inclusioni metalliche
¾ Hanno composizione simile a quella del mantello terrestre
METEORITI FERROSE (SIDERITI)
Le meteoriti ferrose hanno composizione
simile a quella del nucleo terrestre
XENOLITI: INDIZI PER INVESTIGARE LA
COMPOSIZIONE DEL MANTELLO
Gli xenoliti sono frammenti di rocce del mantello terrestre trascinate
verso l’alto da magmi basaltici che risalgono in superficie dalle
profondità del mantello, come i basalti dei punti caldi.
LA STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA
¾Lo studio dell’interno del globo si effettua tramite le onde sismiche, generate dai terremoti o
da esplosioni artificialmente, che si propagano all’interno del globo non in modo omogeneo
ma subiscono delle variazioni di velocità in base alle caratteristiche dei materiali rocciosi che
incontrano.
¾Le onde percepiscono le differenti caratteristiche dei materiali e modificano di conseguenza
la loro velocità.
¾Lo studio delle caratteristiche e del conseguente comportamento delle onde sismiche è stato
fondamentale per individuare la struttura della Terra. Infatti il nostro Pianeta è suddiviso in
vari strati concentrici identificati in base alle diverse caratteristiche chimiche, fisiche,
mineralogiche e reologiche delle rocce che lo compongono.
LA SISMOLOGIA
La sismologia è lo studio della propagazione delle onde
sismiche
Tre regole fondamentali:
1- Le onde S non si propagano nei liquidi,
mentre le onde P si propagano, benchè a
velocità minore che nei solidi
2- L’energia sismica viaggia più lentamente
attraverso rocce calde e più velocemente in
materiali freddi
3- La velocità sismica è proporzionale alla
densità delle rocce
GLI INVOLUCRI CHE COMPONGONO
LA TERRA
Density (g/cm3)
2.7
3.3
3.6
4.3
5.7
9.7
16
GLI STRATI CHE COMPONGONO IL
PIANETA
LA STRUTTURA DELLA TERRA:
CROSTA OCEANICA
Crosta oceanica
Spessore: 7-10 km
Composizione: basaltica
Ofioliti:
•Sedimenti
•Basalti a pillow
•Dicchi basaltici
•Gabbro
•Rocce ultramafiche
(mantello)
LA STRUTTURA DELLA TERRA:
CROSTA CONTINENTALE
Crosta continentale
Spessore medio:
~35 km
Composizione:
molto variabile
– Media: andesite
(58 % SiO2)
Discontinuità di Mohorovicic (Moho)
¾confine fra crosta e mantello
¾identificata nel 1909
¾incremento nella velocità delle onde
LA STRUTTURA DELLA
TERRA: IL MANTELLO
Composizione
Peridotite (ultramafica)
60% olivina (Mg, Fe)2SiO4
40% pirosseni
(Fe, Mg, Na, Al, Ca)
Transizioni di fase o discontinuità
Cambiamenti nella struttura cristallografica a causa
dell’aumento di pressione
410 km (olivina
660 km (spinello
spinello)
perovskite)
Qui si hanno aumenti n della velocitettià delle onde
sismiche
LA STRUTTURA DELLA
TERRA: IL NUCLEO
Nucleo
Lega di ferro e nichel (~90%) con
minori S, O, H, C, and Si
•Densità >10 g/cm3
•Campo magnetico – Prodotto da currenti
elettriche nel nucleo esterno
GLI TSUNAMI
GLI TSUNAMI
¾“Tsunami” e’ una parola giapponese che significa “onda nel porto”. Nel passato gli
tsunami venivano anche chiamati “onde di marea” e “onde di mare sismiche”. Entrambe le
terminologie non sono corrette.
¾Gli tsunami non sono infatti connessi alle maree (che sono il risultato dell’influenza
gravitazionale di corpi extraterrestri).
¾Anche il termine onde di mare sismiche non è corretto dato che implica un meccanismo di
formazione degli tsunami legato ai terremoti, e questo non è sempre vero: gli tsunami
possono essere generati anche da frane, eruzioni vulcaniche, caduta di meteoriti.
GLI TSUNAMI
¾La lunghezza d’onda e’ la distanza tra due punti posti in uguale posizione sull’onda (per
esempio le creste o le fosse). La lunghezza d’onda delle onde oceaniche “normali” e’
dell’ordine dei 100 metri, quella degli tsunami arriva a 200 km.
¾L’altezza d’onda è la distanza tra il punto più alto e il punto più basso dell’onda.
¾L’ampiezza d’onda si riferisce all’altezza dell’onda sulla linea di mare calmo (in genere =
1/2 della lunghezza d’onda).
¾Frequenza (o periodo) è il tempo necessario al passaggio di una intera lunghezza d’onda
da un punto stazionario.
¾La velocità delle normali onde oceaniche ha valori di 90 km/ora, mentre gli tsunami
possono raggiungere velocita’ 10 volte maggiori. Ovviamente, la velocita’ di un’onda e’
uguale alla lunghezza d’onda divisa per il periodo: V= L/P.
GLI TSUNAMI
¾Tra tsunami e le normali onde che siamo abituati a vedere sulle spiagge vi sono differenze sostanziali.
Queste ultime sono generate dal vento che soffia sulla superficie del mare ed hanno periodi di 5-20
secondi e lunghezze d’onda di 100-200 metri. Uno tsunami può avere periodi variabili tra 10 minuti e
due ore e lunghezze d’onda superiori ai 500 km. Diversamente dalle onde normali, che interessano
spessori modesti di acqua, gli tsunami sono caratterizzati dal fatto che la forma d’onda si estende
all’intera colonna d’acqua compresa tra la superficie e il fondo del mare. E’ questa la caratteristica che
da’ conto della grande quantità di energia trasmessa da uno tsunami.
¾La velocità con la quale un’onda dissipa la propria energia è inversamente proporzionale alla
lunghezza d’onda e di conseguenza gli tsunami perdono pochissima energia nel corso della loro
rapidissima propagazione. Quando uno tsunami lascia le acque profonde del mare aperto e si avvicina
alle acque basse vicino alla costa, esso subisce una trasformazione: dal momento che e’ legata alla
profondità, la velocità diminuisce, ma l’energia totale dell’onda non cambia così come non cambia il
periodo. Uguale periodo e minore velocità significano una lunghezza d’onda più corta. Ma una
lunghezza più corta e uguale energia significano una maggiore altezza dell’onda.
GLI TSUNAMI
¾Se il ventre dell’onda di tsunami raggiunge prima la costa, questo provoca un fenomeno di abbassamento
del livello del mare (“drawdown”), cha appare ritirarsi verso il largo.
¾Il drawdown è velocemente seguito dall’arrivo della cresta dell’onda che induce l’innalzamento del livello
del mare (“run-up”). Il run-up e’ in genere espresso in metri al di sopra del livello normale di alta marea e,
per una stessa onda di tsunami, può variare da un punto ad un altro della costa investita in funzione delle sue
morfologia e batimetria.
¾L’area inondata da uno tsunami può estendersi nell’entroterra per centinaia di metri, devastando vastissime
superfici. Nel ritirarsi verso il mare, l’onda di ritorno porta verso il largo gran parte del materiale investito
sulla costa.
¾Le massime altezze dell’onda di tsunami osservate immediatamente prima di infrangersi sulla costa sono
dell’ordine dei 30-40 metri.
¾Nonostante la sua velocità, la grande lunghezza d’onda degli tsunami rende molto lungo il periodo di
queste onde. Può succedere che tra l’arrivo di un’onda e la successiva passino molti minuti e che l’intero
tsunami duri alcune ore. Non c’è alcuna regola sulla dimensione delle onde che si susseguono: non sempre la
prima è la più grande.
MECCANISMI DI FORMAZIONE DEGLI TSUNAMI
¾Terremoti - I terremoti con epicentro in mare o in aree costiere possono causare la
formazione di tsunami inducendo spostamenti significativi del fondo marino. La dimensione
del terremoto è in genere legata alla magnitudo del terremoto, ma è molto importante il senso
del movimento, in quanto gli tsunami sono di solito generati da spostamenti verticali
(sollevamento o sprofondamento). Movimenti di tipo trascorrente (con piano di faglia
verticale) hanno minore capacità di generare maremoti e, in linea di principio, questi sono
associati solo ai terremoti con meccanismo focale di faglia normale o inversa.
¾Eruzioni vulcaniche - I vulcani che si trovano lungo le zone costiere e i vulcani sottomarini
possono indurre la formazione di tsunami soprattutto attraverso il collasso strutturale dovuto a
una eruzione o al cedimento di un fianco.
¾Frane - Movimenti franosi di grandi massa e velocità, soprattutto quando interessano
specchi d’acqua chiusi (baie, laghi) sono capaci di generare tsunami
¾Esplosioni sottomarine - Gli esperimenti nucleari effettuati dagli USA nelle isole Marshall
negli anni 40 e 50 generarono modesti tsunami.
¾Impatto di meteoriti - Non sono conosciuti esempi osservati o storicamente riportati di
tsunami generati dall’impatto di meteoriti, ma gli studi geologici hanno dimostrato che
l’impatto dell’asteroide di 65 Ma fa. sulla punta della penisola dello Yucatan, abbia prodotto
gigantesche onde di tsunami i cui depositi sono stati ritrovati ben all’interno del continente
lungo tutto il golfo del Messico.
IL TERREMOTO E LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBRE 2004
Un terremoto di magnitudo 9.3 si è verificato il 26 dicembre 2004,
alle ore 7,58 ora locale, con epicentro al largo dell’Isola di
Sumatra, Indonesia.
COME SI È PROPAGATO LO TSUNAMI
DEL 26 DICEMBRE
COME SI È PROPAGATO LO TSUNAMI DEL
26 DICEMBRE
Dopo pochi minuti dall’inizio del sisma, lo tsunami ha colpito la
provincia di Aceh, Sumatra, distruggendola, e propagandosi subito
dopo alle Isole Andamane e Nicobare
COME SI È PROPAGATO LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBRE
Dopo 1.5 h, alle ore 9,30 locali, lo tsunami ha
colpito la Thailandia
COME SI È PROPAGATO LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBRE
2.5 h dopo il sisma, l’onda ha raggiunto
Sri Lanka e India
COME SI È PROPAGATO LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBRE
In seguito l’onda ha colpito le Maldive, e infine
l’Africa Orientale (Kenya, Tanzania, Somalia)
SCHEMA
GEODINAMICO
DELL’AREA DEL
SISMA
IL PROCESSO DI SUBDUZIONE CHE HA DATO
ORIGINE AL SISMA
¾ Lo Tsunami del 26 dicembre del 2004 è avvenuto in un’area (fossa oceanica) in
cui la placca indo-australiana entra in subduzione sotto quella Asatica.
¾ Il dislocamento del fondo marino conseguente al movimento tra le due placche ha
determinato lo tsunami
COME SI E’ ORIGINATO LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBRE
1) La subduzione
crea attrito lungo
il limite fra le
placche
2) La placca
sovrastante si
deforma
COME SI E’ ORIGINATO LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBRE
3) Il rilascio di stress
lungo la faglia e il
conseguente rimbalzo
elastico innalzano il
fondo marino
4) Si propagano 2
onde: una verso il
mare aperto e una
verso il continente
IL POSTER PRESENTATO ALLE
AUTORITA’ INDONESANE PER
AVVERTIRE DELL’IMMINENZA DEL
TERREMOTO E DELLO TSUNAMI
We
We open
open with
with the
the first
first
questions,
“What
questions, “What is
is an
an
earthquake?”
earthquake?” And,
And, “why
“why
do
do earthquakes
earthquakes occur
occur
in
Sumatra?”
in Sumatra?”
We
We continue
continue with
with the
the question,
question, “How
“How do
do we
we know
know our
our islands
islands are
are
sinking?”
sinking?” –– which
which gives
gives us
us an
an opportunity
opportunity to
to begin
begin explaining
explaining how
how
research
research plays
plays aa role
role in
in answering
answering these
these questions.
questions.
And
And the
the final
final question
question 6,
6, “How
“How can
can we
we prepare
prepare for
for
earthquakes
and
tsunamis,”
leads
people
to
embrace
earthquakes and tsunamis,” leads people to embrace
the
the idea
idea of
of safer
safer building
building practices,
practices, knowing
knowing what
what to
to
do
do in
in the
the event
event of
of an
an earthquake
earthquake and
and tsunami,
tsunami, and
and
getting
more
information
from
local
researchers.
getting more information from local researchers.