I terremoti e i maremoti | Appunti di Scienze della Terra

I Terremoti

1. Introduzione

Etimologicamente la parola terremoto deriva dal latino e significa “scuotimento della terra” (terrae motus).

Infatti, i terremoti sono vibrazioni del terreno causate da fratture che si producono nelle rocce della crosta

terrestre a seguito di un accumulo di energia di deformazione causato da movimenti tettonici a grande

scala. La teoria della genesi dei terremoti è da attribuirsi al geologo statunitense Reid che studiò i

comportamenti del terreno a San Francisco in seguito ad un grave terremoto che distrusse in gran parte la

città. Secondo la sua teoria del rimbalzo elastico (1910) le masse rocciose presenti nella parte superficiale

della crosta terrestre (la litosfera) sono sottoposte a sforzi deformanti dovuti al movimento delle placche.

Queste rocce superficiali sono più o meno fragili e, raggiunto il loro limite di rottura, si rompono liberando

l’energia accumulata. Tale energia in parte viene liberata sotto forma di calore prodotto dall'attrito e in

parte convertita in energia cinetica e propagata a distanza sotto forma di onde sismiche.

(+ esempio tronco di legno)

2. Dove?

I terremoti sono concentrati in alcune zone particolari, soprattutto nel cosiddetto “anello di Fuoco” nel

Pacifico che si estende dalle coste asiatiche fino alla Cordigliera delle Ande. Un’altra zona estremamente

sismica è quella posizionata tra la catena montuosa delle Alpi e l’Himalaya. Tra gli stati con la più alta

percentuale di terremoti troviamo l’Italia; nel bacino del Mediterraneo troviamo, infatti, l’incontro tra la

placca Africana e Asiatica.

3. Quando?

I fenomeni sismici avvengono di continuo ma, per fortuna, la maggior parte non sono percepiti dalla

popolazione ma soltanto dal sismografo. Quelli che realmente provocano danni avvengono poche volte

all’anno.

4. Terminologia

-Ipocentro: punto all’interno della crosta terrestre dove si genera la rottura (avvolte può raggiungere i 700

km di profondità).

-Epicentro: verticale rispetto all’ipocentro (ipocentro corrispondente sulla crosta terrestre).

-Scarpata di faglia: dislivello, se presente, causato dal terremoto

-Faglia: rappresentano le superficie di discontinuità lungo le quali avviene uno scorrimento fra due

formazioni rocciose.

Esistono vari tipi di faglie:

-trascorrenti: (es. Faglia di Sant’Andrea, California, 300 km), in cui il movimento delle placche risulta essere

solamente orizzontale (e non verticale).

-normali: in cui il blocco roccioso definito “tetto” scivola in basso rispetto al “letto”, questo a causa di sforzi

distensivi.

-inverse: in cui il tetto scorre sopra il letto a causa di sforzi compressivi.

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I Terremoti

1. Introduzione Etimologicamente la parola terremoto deriva dal latino e significa “scuotimento della terra” (terrae motus). Infatti, i terremoti sono vibrazioni del terreno causate da fratture che si producono nelle rocce della crosta terrestre a seguito di un accumulo di energia di deformazione causato da movimenti tettonici a grande scala. La teoria della genesi dei terremoti è da attribuirsi al geologo statunitense Reid che studiò i comportamenti del terreno a San Francisco in seguito ad un grave terremoto che distrusse in gran parte la città. Secondo la sua teoria del rimbalzo elastico (1910) le masse rocciose presenti nella parte superficiale della crosta terrestre (la litosfera) sono sottoposte a sforzi deformanti dovuti al movimento delle placche. Queste rocce superficiali sono più o meno fragili e, raggiunto il loro limite di rottura, si rompono liberando l’energia accumulata. Tale energia in parte viene liberata sotto forma di calore prodotto dall'attrito e in parte convertita in energia cinetica e propagata a distanza sotto forma di onde sismiche. (+ esempio tronco di legno) 2. Dove? I terremoti sono concentrati in alcune zone particolari, soprattutto nel cosiddetto “anello di Fuoco” nel Pacifico che si estende dalle coste asiatiche fino alla Cordigliera delle Ande. Un’altra zona estremamente sismica è quella posizionata tra la catena montuosa delle Alpi e l’Himalaya. Tra gli stati con la più alta percentuale di terremoti troviamo l’Italia; nel bacino del Mediterraneo troviamo, infatti, l’incontro tra la placca Africana e Asiatica. 3. Quando? I fenomeni sismici avvengono di continuo ma, per fortuna, la maggior parte non sono percepiti dalla popolazione ma soltanto dal sismografo. Quelli che realmente provocano danni avvengono poche volte all’anno. 4. Terminologia

Ipocentro: punto all’interno della crosta terrestre dove si genera la rottura (avvolte può raggiungere i 700 km di profondità).
Epicentro: verticale rispetto all’ipocentro (ipocentro corrispondente sulla crosta terrestre).
Scarpata di faglia: dislivello, se presente, causato dal terremoto
Faglia: rappresentano le superficie di discontinuità lungo le quali avviene uno scorrimento fra due formazioni rocciose. Esistono vari tipi di faglie: -trascorrenti: (es. Faglia di Sant’Andrea, California, 300 km), in cui il movimento delle placche risulta essere solamente orizzontale (e non verticale). -normali: in cui il blocco roccioso definito “tetto” scivola in basso rispetto al “letto”, questo a causa di sforzi distensivi. -inverse: in cui il tetto scorre sopra il letto a causa di sforzi compressivi.

5. Tipi di onde -Dall’ipocentro partono le onde di volume , P e S, che si propagano con dei fronti d’onda sferici. Le onde di volume P sono più veloci e, quindi, le prime d’arrivare. Questo perché la propagazione avviene per successive compressioni e dilatazioni in direzione parallela. Si propagano in tutti i materiali, sia nei solidi che nei fluidi. Infatti, il boato che si percepisce prima dell’arrivo di un terremoto deriva proprio dalle onde P che si propagano nell’atmosfera (essendo trasmissibili anche in aria) Le onde di volume S , invece, sono più lente (circa la metà delle onde P) perché le loro oscillazione avvengono perpendicolarmente alla direzione dell’onda. Si propagano solo nei solidi. -Solamente sulla superficie, invece, si propagano le onde superficiali (o lunghe) che hanno una velocità minore sia delle onde P sia delle onde S. Provocano grandi spostamenti di terreno (e, quindi, gravi danni). Esistono due tipi di onde lunghe:

onde Rayleigh (R) , che interessano i primi 4/5 metri della superficie. Le particelle si muovono sia nella direzione di propagazione dell'onda sia in senso verticale, descrivendo un'ellisse.
onde di Love (L), in cui Le particelle si muovono perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda. La velocità è pressoché paragonabile a quelle delle onde R. Quindi, ricapitolando, le prime onde ad essere percepite sono quelle che, propagandosi, provocano un movimento sussultorio. Seguono le onde S con il loro movimento ondulatorio per finire con le onde superficiali (scuotimento totale). 6. Strumenti I primi strumenti per studiare i terremoti furono i sismografi cinesi che evidenziavano la direzione del terremoto. Successivamente vennero inventati altri strumenti come il sismografo, necessari per determinare le caratteristiche delle onde sismiche. Il sismografo è lo strumento che viene utilizzato per registrare i fenomeni sismici. Si distingue dal sismometro , strumento che effettua la sola misura e non la registrazione della stessa. Essi si basano sul principio di inerzia. Il basamento è fissato al suolo e al supporto è collegato una massa che tende a rimanere ferma. L’astina (pernino) posizionata sul supporto registra le ondulazioni. In ogni stazione sismografica sono necessari almeno 3 sismografi, uno verticale e altri due orizzontali, posizionati a Nord-Sud e Nord-Ovest. Ai giorni nostri i sismografi sono ricoperti di magneti che sfruttano le proprietà dell’ elettromagnetismo. Dall’analisi del sismogramma si può ricavare la distanza dall’ epicentro (grafico delle dromocrone). Per determinare la posizione dell’epicentro sfruttiamo le diverse velocità delle varie onde di volume e superficiali; essendo le onde P più veloci di quelle S, più distante mi trovo dall’epicentro più tempo intercorre tra l’arrivo delle onde P e quelle S. Sapendo ora la distanza tra la stazione e l’epicentro tracciamo 3 circonferenze di 3 stazioni sismografiche diverse per determinare il punto preciso. Per calcolare, invece, la profondità dell’ipocentro essendo in una superficie tridimensionale sono necessarie almeno 7/8 stazioni sismiche e calcoli assai più complicati. 7. Misurazioni Esistono due approcci diversi nella misura di un terremoto:

all'epicentro (non possiamo fare una scala di comparazione) Ad esempio, un terremoto di bassa mangnitude può avere grosse ripercussione in determinate regioni con morfologie particolari. c. Rete sismica nazionale centrallizata Il controllo dell'attività sismica su tutto il territorio nazionale e nelle regioni limitrofe è svolto dall' INGV (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia) attraverso una rete di sensori collegati in tempo reale al centro di acquisizione dati di Roma. Lo scopo è duplice: -comunicazione tempestiva agli organi di Protezione Civile della localizzazione e all'entità di ogni evento sismico

produzione di informazioni scientifiche di base (localizzazione ipocentrale, meccanismo focale, magnitudo) per una migliore conoscenza dei fenomeni sismici, con particolare riguardo alla comprensione dei processi simogenetici della penisola. 8. Rischio sismico Il rischio sismico è la misura dei danni attesi in un dato intervallo di tempo, in base al tipo di sismicità, di resistenza delle costruzioni e di antropizzazione (natura, qualità e quantità dei beni esposti). È determinato dal prodotto di pericolosità, vulnerabilità ed esposizione. a. Pericolosità È la probabilità che in una data area ed in un certo intervallo di tempo si verifichi un terremoto che superi una soglia di intensità, magnitudo o accelerazione di picco (Pga). È indipendente dagli effetti che questo evento può provocare. Aa. Misura strumentale del sisma: La misura dell'attività sismica è effettuata tramite strumenti che misurano e registrano l'accelerazione del terreno: gli accelerometri (analogici o digitali). L'accelerogramma è il risultato della registrazione durante un evento sismico. Ab. Valori di picco del moto (Amax, Vmax, Smax): Storicamente l'accelerazione di picco (Amax o PGA, peak ground acceleration) è stato, ed è tuttora, il parametro più usato per indicare la severità di un terremoto. Peraltro è stato osservato che la correlazione di Amax con il livello di danno e con l'effettiva violenza del terremoto è piuttosto modesta b. Vulnerabilità sismica La vulnerabilità sismica è la propensione di una struttura a subire un danno di un determinato livello, a fronte di un evento sismico di una data intensità. c. Esposizione È il valore di ciò che esiste sul territorio: presenza di vita umana, di patrimonio edilizio, di attività produttive, di patrimonio storico-artistico, ecc. d. Valutazione pericolosità sismica Nella valutazione di pericolosità sismica si applica il metodo Cornell. Per utilizzarlo è necessario disporre di: -un modello strutturale, che ricostruisce l’andamento delle strutture geologiche superficiali e profonde; -una carta neotettonica, nella quale sono evidenziati i movimenti “recenti” della crosta terrestre (avvenuti negli ultimi milioni di anni);

-un catalogo dei terremoti, che consente di ricostruire la distribuzione spaziale e temporale degli eventi sismici; -un modello di attenuazione, che consente di calcolare per ciascun sito l’entità dello scuotimento prodotto dai terremoti generati nelle aree circostanti

9. Risonanza Durante il terremoto di Città del Messico (1985) con magnitudo 8.1 ci furono una serie di collassi di numerose strutture. L’analisi dei danni condotta dopo l’evento sismico portò alla luce una statistica degna di nota. Tutti gli edifici che riportarono seri danni strutturali e collassi avevano un’altezza compresa fra 6 e 15 piani. Gli edifici di altezza fino a 5 piani e quelli con più di 15 piani resistettero tranquillamente al terremoto, subendo pochissimi danni. Ci si interrogava all’epoca sui motivi di quanto era accaduto. Venne scoperto che l’altezza degli edifici faceva sì che il periodo di vibrazione di queste strutture fosse tale da mandarle in risonanza a causa dell’evento sismico verificatosi. Più specificamente, la frequenza di vibrazione di queste strutture era molto simile al contenuto in frequenza delle onde sismiche generate dal terremoto. a. Periodo di vibrazione degli edifici È il tempo impiegato da una struttura per compiere un'intera oscillazione sotto l'effetto di una sollecitazione. Varia con la massa e con la rigidezza dell'edificio, in è strettamente legato all'altezza e al materiale con cui è costruito. Quanto più il periodo di oscillazione naturale dell'edificio si avvicina al periodo delle onde sismiche generate dal terremoto, tanto più si ha un'amplificazione del moto dell'edificio. 10. Prevenzione Purtroppo non siamo ancora capaci di prevedere con accuratezza  prevenzione, costruendo, ad esempio, gli edifici secondo i moderni sistemi antisismici. Con dei particolari accorgimenti strutturali si possono, infatti, evitare crolli di interi edifici (ad esempio si può rafforzare la struttura con dei traversi) Inoltre anche gli isolatori sismici sono efficacie nell’attenuare gli effetti causati dal terremoto. Sotto le fondamenta vengono, infatti, posti degli isolatori composti da materiale elastico. Così facendo, durante la scossa, l’edificio rimane praticamente fermo. L’ultima forma di prevenzione dai danni causati dal terremoto sono le prove antisismiche, in modo tale da preparare la popolazione ad adottare comportamenti corretti durante un futuro evento sismico. In tali circostanze è altamente consigliato: -cercare riparo, possibilmente sotto un robusto tavolo. -non precipitarsi fuori in quanto le scale sono la parte più debole dell’edificio -assolutamente non utilizzare l’ascensore -una volta finita la scossa chiudere le luci e la valvola del gas, evitando così possibili incendi o esplosioni -non bloccare le strade

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