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Alfonso Bosellini – Le scienze della Terra. Minerali, rocce, vulcani, terremoti – © Italo Bovolenta editore 2014

Capitolo 8B I terremoti

Lezione 20B Propagazione delle onde sismiche

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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

Onde L Onde P

Onde S

Faglia

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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.

Ipocentro

Epicentro

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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.

Un maremoto consiste nella formazione

di onde marine molto alte, che possono

inondare e devastare vaste regioni costiere.

Ipocentro

Faglia

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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.

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.

Sismografo

per la misura

di oscillazioni

verticali

Sismografo

per la misura

di oscillazioni

orizzontali

Tamburo

rotante

Tamburo

rotante

Massa

sospesa

Pendolo

vincolato

Supporto

solidale con

il suolo

Supporto

solidale con

il suolo

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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.

Il tempo che intercorre tra l’arrivo delle onde P e quello delle onde S ci fornisce la distanza dell’epicentro.

Ritardo, in minuti,

tra tra i tempi di arrivo

delle onde P

e delle onde S

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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.