Faglie e terremoti – SCHEDA INSEGNANTE 1. DESCRIZIONE Si tratta di costruire un modello di faglia per condurre una riflessione sulla teoria elastica dei terremoti connessa alla tettonica delle placche. 2. INFORMAZIONI GENERALI I terremoti si verificano in genere lungo i margini che separano le placche litosferiche o crostali. La crosta terrestre (che è il guscio più esterno della Terra e costituisce la superficie del pianeta) è infatti composta da diverse grandi placche che sono in lento ma costante movimento reciproco. Questo movimento sottopone le rocce delle placche principalmente lungo i loro margini a degli sforzi, che cumulandosi portano alla rottura delle rocce e alla generazione dei terremoti. Il confine tra due placche è costituito da un margine lungo il quale le due parti si muovono in modo diverso: allontanandosi una dall’altra (margine distensivo costruttivo); avvicinandosi l’una all’altra (margine compressivo - distruttivo); scorrendo l’una di fianco all’altra (margine trasforme). Il movimento tra le placche genera numerose fratture della roccia chiamate faglie, che si formano per il comportamento fragile delle rocce sottoposte ad uno sforzo, che le deforma oltre il limite di rottura: quando il limite di resistenza delle rocce agli sforzi viene superato, esse si rompono liberando l’energia che avevano accumulato (terremoto), i due blocchi di roccia che vengono così a separarsi vengono dislocati reciprocamente durante il terremoto e tale movimento genera una serie di onde sismiche che si propagano all’interno della roccia (onde di volume, P e S) e sulla superficie terrestre (onde di superficie, Rayleigh e Love). A seconda del movimento relativo tra i due blocchi di faglia, e similmente ai margini di placca, si distinguono: a) faglie normali o dirette, sono faglie distensive che allontanano due punti della superficie terrestre posti sui due blocchi; b) faglie inverse, sono faglie compressive che avvicinano due punti della superficie terrestre posti sui due blocchi; c) faglie trascorrenti (destre o sinistre), i due punti si muovono relativamente verso destra o sinistra. In natura le faglie possono avere anche movimenti intermedi tra queste tre classi di faglie.. Nella presente scheda si vuol riflettere su tali concetti costruendo dei semplici modelli di faglia: i blocchi di polistirolo rappresentano la roccia fratturata; le superfici di contatto tra i blocchi rappresentano i piani di faglia. Il velcro applicato lungo le superfici di - 1/2 contatto tra i blocchi rappresenta l’attrito che impedisce alle porzioni di roccia di scorrere facilmente le une rispetto alle altre. Non sarà necessario parlare di “placche tettoniche” se non al termine dell’esperienza: questo laboratorio risulta particolarmente utile proprio come introduzione alla tettonica delle placche. 3. TEMPI 2 x 50’ 4. MATERIALI alcuni blocchi di polistirolo (dimensioni indicative 7 x 7 x 20 cm), colori acrilici, velcro e spilli, adesivo 5. PROCEDURA 1. si preparano dei blocchi di polistirolo identici e si dipingono con i colori acrilici a strati, come nelle fotografie allegate; una prima coppia di blocchi verrà utilizzata per simulare una faglia trascorrente; due altri blocchi vengono tagliati trasversalmente in modo da simulare faglie dirette e faglie inverse; si completa con il colore anche lungo le superfici di taglio; 2. si applica il velcro adesivo lungo le superfici di taglio dei blocchi di polistirolo e lo si fissa con lunghi spilli. 6. IMPLEMENTAZIONI Dopo aver predisposto le tre situazioni di faglia diretta, corrispondente ad un contesto di margine distensivo/costruttivo, faglia inversa per il margine distruttivo/compressivo, faglia trascorrente per il margine trascorrente, si chiede ai ragazzi di cercare di muovere le coppie di blocchi reciprocamente, molto dolcemente; durante questa fase viene immagazzinata una piccola quantità di energia, finché improvvisamente il velcro cede permettendo un veloce rilascio di energia. Nelle foto seguenti vengono indicati le tre situazioni 1.faglia trascorrente - transforme (le frecce indicano direzione e verso del movimento reciproco dei due blocchi) Questa attività è stata realizzata da Cristiana Bianchi per ICLEEN. Eccetto dove diversamente specificato, i contenuti di questa scheda sono rilasciati sotto Licenza Creative Commons Attribuzione 3.0 Italia. document8517198778165214144.odt Faglie e terremoti – SCHEDA INSEGNANTE 2. faglia diretta - situazione distensiva margine costruttivo 3. faglia inversa - situazione convergente - margine distruttivo La riflessione viene introdotta chiedendo agli studenti che cosa si è voluto simulare con questo laboratorio: i blocchi di polistirolo rappresentano porzioni della crosta terrestre, mentre le superfici di contatto rappresentano delle fratture; non è necessario parlare già di placche tettoniche se tale argomento non è stato ancora affrontato; a questo punto gli studenti sicuramente hanno compreso che il movimento improvviso tra i blocchi simula il terremoto; la discussione prosegue su quanto osservato, con particolare attenzione per l'energia elastica, che viene dapprima immagazzinata e quindi improvvisamente liberata lungo le superfici di contatto tra i blocchi. Le conclusioni a cui pervenire nella discussione sono le seguenti: un terremoto o sisma è un movimento improvviso del terreno: esso si verifica grazie all'elasticità delle rocce che si caricano come molle e ad un certo punto si rompono lungo delle superfici chiamate faglie, con una brusca liberazione di energia. In alcuni casi, il movimento è talmente debole che solo gli strumenti riescono a rilevarlo; in altri casi, la violenza di questo movimento è fortemente distruttiva. Una porzione di roccia inizia a deformarsi accumulando grandi quantità di energia elastica, e offrendo una certa resistenza, che cambia a seconda del tipo di roccia. Ma quando le forze di resistenza della roccia - 2/2 vengono superate da quelle che le deformano, allora la roccia si rompe in modo imprevedibile e si ha un brusco spostamento delle due parti che rilasciano l'energia che avevano accumulato durante la deformazione e ritornano in uno stato di nuovo equilibrio. La rottura ed i conseguenti spostamenti, si ha lungo delle superfici chiamate faglie, e il punto preciso da cui si propaga il terremoto è detto ipocentro, mentre lo stesso punto, portato in verticale sulla superficie terrestre, si chiama epicentro. Una faglia è sostanzialmente una frattura nel terreno, profonda anche vari chilometri, lungo la quale avvengono i movimenti del terreno perché si tratta di una superficie di minore resistenza della roccia sottoposta a pressioni e quindi la rottura avviene sempre lungo questa superficie. La magnitudo dei terremoti, cioè l’energia che viene rilasciata e che viene misurata strumentalmente con i sismometri, è proporzionale alla dimensione delle faglie e all’entità del movimento sul piano di faglia stesso. Ad esempio il recente terremoto che il 6 Aprile 2009 ha colpito L’Aquila ha avuto una magnitudo pari a 6,3 e la faglia era una frattura lunga circa 18 km e larga circa 12 km (immaginiamo la faglia come un rettangolo), mentre il movimento in profondità è stato di poco inferiore ad un metro. 9. BIBLIOGRAFIA - pagina con animazioni di geologia strutturale (in lingua italiana) http://geologia.com/simulatio/strutturale.html - pagina con chiara spiegazione sui terremoti (in lingua italiana) http://geologia.com/area_raga/terremoti/terremoti.h tml - animazione di faglie transformi (in lingua inglese) http://www.wwnorton.com/college/geo/egeo2/conte nt/animations/2_4.htm - animazione di margine convergente (in lingua inglese) http://www.wwnorton.com/college/geo/egeo2/conte nt/animations/2_5.htm - animazioni di rifting (in lingua inglese) http://www.wwnorton.com/college/geo/egeo2/conte nt/animations/2_7.htm Questa attività è stata realizzata da Cristiana Bianchi per ICLEEN. Eccetto dove diversamente specificato, i contenuti di questa scheda sono rilasciati sotto Licenza Creative Commons Attribuzione 3.0 Italia. document8517198778165214144.odt