Capitolo 8B
I terremoti
Propagazione
delle onde sismiche
Lezione 20B
Alfonso Bosellini – Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti – © Italo Bovolenta editore 2014
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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