Cosa sono e come si formano i terremoti

La natura di un sisma:

Per capire la natura dei terremoti bisogna innanzitutto fare un accenno alla teoria della deriva dei continenti formulata nel 1912 dal meteorologo tedesco Alfred Wagener. Secondo tale teoria le terre che ora siamo abituati a vedere rappresentate sui planisferi o che banalmente sono fotografate dai satelliti, non hanno sempre occupato quelle posizioni, anzi, circa 200 milioni di anni fa le terre emerse erano raggruppate in un unico super continente denominato Pangea. Nel tempo le cose sono cambiate, si sono formati oceani e continenti, basti pensare al sud America e all’Africa, hanno due forme complementari, a testimonianza che erano un’unica terra emersa in passato. Wagener non seppe spiegare la causa di tali spostamenti e per questo fu necessaria la teoria della tettonica delle placche:

• La litosfera(lo strato più esterno della crosta terrestre) è suddivisa in 20 placche (o zolle) rigide.
• Le placche galleggiano sulla sottostante astenosfera, possono allontanarsi, avvicinarsi o scorrere le une sulle altre

Placche tettoniche

Le interazioni tra le varie placche generano delle frizioni, si accumula una grande quantità di energia, la quale conduce a rottura le rocce, generando un terremoto e dunque uno spostamento.

In base al verso di spostamento delle zolle possiamo avere differenti casi:

• L’allontanamento delle placche porta alla formazione di fosse tettoniche.
• L’avvicinamento delle placche porta a due possibili casi:                                1) Subduzione, se una delle due placche scorre sotto l’altra andando verso gli strati più caldi del mantello fondendo e diventando magma. Una parte del magma generato può risalire in superficie generando vulcani. 2)Orogenesi, accade quando le due placche sono caratterizzate da una stessa densità e non ce ne è una che prevale rispetto all’altra, pertanto si accavallano e comportano la formazione di rilievi montuosi.
• Scorrimento di due placche lungo una linea detta faglia.

Schema dei movimenti delle placche tettoniche

Il punto in cui si crea la frattura nella roccia e si genera un sisma si chiama ipocentro, la proiezione di tale punto in superficie è l’epicentro. Nel caso della subduzione, l’ipocentro tendenzialmente è un punto molto profondo a differenza di quello relativo alle faglie, molto più superficiale.

Epicentro ed ipocentro

A seconda della profondità dell’ipocentro si distinguono:

• Terremoti superficiali, con ipocentro da 0 a 70 km di profondità;
• Terremoti intermedi, con ipocentro da 70 a 300 km di profondità;
• Terremoti profondi, con ipocentro a più di 300 km di profondità.

L’energia liberata in seguito al movimento improvviso delle placche si diffonde sotto forma di onde elastiche di diverso tipo, onde di volume e onde di superficie. Le onde di volume si suddividono in primarie P e secondarie S, le prime, anche dette onde longitudinali sono le più veloci a propagarsi, provocano una compressione e dilatazione del mezzo che attraversano, mentre le seconde, onde trasversali, sono più lente e provocano un’oscillazione delle particelle ortogonale rispetto alla direzione di propagazione dell’onda. Quando le onde di volume raggiungo la superficie si sviluppano delle onde concentriche dette appunto superficiali e sono le onde di Love e di Rayleigh. Le onde di superficie sono anche note come onde secondarie, e sono onde di taglio cioè con movimento in direzione perpendicolare rispetto a quella di propagazione.

La velocità delle onde di volume è circa:

E: modulo di elasticità normale del terreno

p: densità del terreno

Nel caso di rocce comuni la Vp è di circa 5-6 km/s.

La velocità delle onde di taglio è circa:

Vp: velocità onde di volume

Le onde di taglio non possono tramettersi attraverso i liquidi a differenza di quelle di volume.

Terremoto sussultorio e ondulatorio:

Spesso si sente dire che un sisma è stato di tipo ondulatorio o di tipo sussultorio, in realtà non si tratta di due eventi separati. Le onde longitudinali, quelle più dirette e veloci provocano nella zona dell’epicentro un’azione iniziale di tipo sussultorio, essendo la zona immediatamente sopra al luogo di origine del sisma. Un terremoto sussultorio è caratterizzato da un moto prevalentemente verticale. Man mano che ci si allontana dall’epicentro le onde avranno una direzione di propagazione più orizzontale e l’effetto è ondulatorio. Viene avvertito non più come un sobbalzo bensì come un’oscillazione. Si tratta pertanto dello stesso evento sismico ma che in base alla posizione dell’osservatore può essere avvertito in modo differente.

Valutazione della posizione di epicentro e ipocentro:

Le onde di volume e di taglio sono originate nello stesso istante ma hanno velocità di propagazione differente, pertanto note le velocità e il ritardo tra i due fronti d’onda, è possibile valutare la distanza del punto di origine rispetto all’osservatorio. A questo punto per avere la coordinata esatta dell’epicentro bisogna confrontare i dati di rilevamento di tre stazioni di misura della zona. La distanza precedentemente calcolata può essere vista come il raggio di una circonferenza, quindi con una sola stazione non è possibile definire il punto di origine, ma solo intersecando tre circonferenze e dunque confrontando i dati di tre stazioni, è possibile definire tale posizione.

Per determinare la posizione dell’ipocentro si esegue lo stesso ragionamento fatto prima, ovvero si considera in via approssimativa che la stazione di misura più vicina si trovi proprio sul punto di origine del sisma e dunque la distanza calcolata frutto del ritardo dei due fronti d’onda sia di tipo verticale.

Come si misura un terremoto?

La misurazione del movimento prodotto dalle onde sismiche avviene attraverso  i sismografi, i quali registrano gli spostamenti in funzione del tempo, sismogrammi. Il sismogramma è riferito ad una componente del modo, quindi per avere una valutazione spaziale sono necessari tre sismogrammi, due per le componenti orizzontali e uno per quella verticale. A partire dai sismogrammi oppure sfruttando appositi apparecchi come gli accelerometri è possibile ricavare l’accelerogramma ovvero il diagramma che mostra l’andamento dell’accelerazione in funzione del tempo. L’accelerazione massima del terreno è anche nota come Peack ground acceleration, PGA.

Sismografo

Classificazione dei terremoti:

Esistono diversi criteri di classificazione, alcuni si basano su dati empirici altri su dati oggettivi. Un esempio del primo tipo è la scala Mercalli, la quale stabilisce l’entità del sisma in base agli effetti che esso provoca. La scala Richter invece misura la magnitudo, basandosi su dati oggettivi. La magnitudo è una misura indiretta dell’energia meccanica sprigionata da un evento sismico all’ipocentro, basandosi sull’ampiezza delle onde sismiche registrate dai sismografi in superficie. La magnitudo permette di risalire alla quantità totale di energia liberata dall’evento sismico. Essa è definita come il logaritmo dell’ampiezza massima di oscillazione, misurata a 100km dall’epicentro. Il logaritmo dell’ampiezza massima registrata da un sismografo durante un sisma, messo in relazione all’ampiezza di riferimento, propone una scala di valori logaritmica delle energie registrate che venne successivamente detta scala Richter.

L’energia rilasciata durante un evento sismico si misura:

E= energia rilasciata durante un evento sismico

M= magnitudo

N=frequenza annua terremoti aventi un’intensità superiore ad un valore assegnato della magnitudo.

a e b= dipendono dalla zona considerata.

Vi propongo inoltre un video per chiarire ancor meglio la tematica:

Se ti è piaciuto l’articolo ti consiglio di visitare la sezione del blog dedicata al mondo dell’ingegneria civile.

Fonti:

• INGV
• libro: “Edifici antisismici in cemento armato” di Aurelio Ghersi e Pietro Lenza, Dario Flaccovio Editore.

Alessio Brunetti

Studente magistrale di Ingegneria Civile, da sempre affascinato dalle grandi opere civili. Ho intrapreso questo percorso di studi affinchè possa ottenere le conoscenze necessarie per realizzare ciò che ammiravo fin da piccolo.