Rischio sismico, terremoti e sismografi

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Laboratorio sui terremoti. Classe III E, a.s. 2013-2014

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  • 1. Terremoti, tsunami e sismografo Nel mondo, come prevedere e come prevenire

2. TERREMOTI Il terremoto un fenomeno naturale che si manifesta con unimprovvisa, rapida vibrazione del suolo causata dal rilascio di una grande quantit di energia accumulata nel sottosuolo. I terremoti sono in genere classificati in base alla loro origine in tre grandi categorie: I terremotiTETTONICIsono i pi frequenti e quelli pi estesi di intensit. Sono dovuti alla brusca liberazione dell'energia meccanica accumulata gradualmente all'interno della crosta terrestre; I terremotiVULCANICIprecedono e accompagnano le eruzioni vulcaniche, sono raramente in relazione con i precedenti, hanno carattere locale e, in genere, di minore intensit; I terremotiDI CROLLOsono i meno frequenti e quelli pi locali e superficiali; sono tipici di terreni carsici e dovuti, provocati, dal crollo delle volte di cavit sotterranee. Una quarta categoria comprende tutti quei terremoti di debole intensit (MICROSISMI), avvertibili solo con strumenti adatti (sismografi) 3. La crosta terrestre formata da numerose grandi placche litosferiche e da una miriade di piccoli frammenti. Le placche convergono, divergono oppure si spostano parallelamente tra loro A causa dellattrito delle rocce, allinterno della crosta terrestre si accumulano ininterrottamente enormi sforzi, che nel momento di una rottura si scaricano sotto forma di scosse, le quali si propagano dallipocentro in forma di onde. Le onde sismiche colpiscono per prima e con maggiore energia larea epicentrale. per questo che qui generalmente si ha il pi forte scuotimento e, di conseguenza, i maggiori danni. Sulle fratture nascono scorrimenti, che possono essere pi o meno riconoscibili in superficie a seconda della forza. I terremoti frutto della tettonica a placche sono detti terremoti tettonici. Essi rappresentano la maggior parte dei terremoti in tutto il mondo e si manifestano lungo i margini delle placche tettoniche. I terremoti si verificano su fratture o spaccature della crosta terrestre note come faglie sismiche, laddove cio si accumula lo stress meccanico indotto dai movimenti tettonici. I confini tra placche tettoniche non sono infatti definiti da una semplice rottura o discontinuit, ma questa spesso si manifesta attraverso un sistema di pi fratture, che possono essere indipendenti tra loro ed anche parallele per alcuni tratti, che rappresentano appunto le faglie. 4. Le onde sismiche, che si propagano nel terreno, si avvertono in superficie come scosse, che vengono definitesussultorieo ondulatorie, secondo che prevalga nel movimento la componente verticale o quella orizzontale. La durata di ogni scossa , di solito, di pochi secondi; eccezionalmente raggiunge 30 secondi. Raramente un terremoto si verifica con una sola scossa: infatti, le scosse si succedono a intervalli irregolari, per diversi giorni e talvolta per mesi. Si chiamaperiodo sismicoil tempo durante il quale si registrano le scosse. 5. Esistono diversi tipi di faglie suddivise a seconda del movimento relativo delle porzioni tettoniche adiacenti alla frattura stessa e dell'angolo del piano di faglia. Il processo di formazione e sviluppo della faglia nonch dei terremoti stessi, noto come fagliazione, e pu essere studiato attraverso tecniche di analisi proprie della meccanica della frattura. L'intensit di un sisma dipende dalla quantit di energia accumulata nel punto di rottura che dipende a sua volta in generale dal tipo di rocce coinvolte nel processo di accumulo, cio dal loro carico di rottura, dal tipo di sollecitazione o stress interno e dal tipo di faglia. I movimenti delle zolle provocano notevoli deformazioni negli strati pi esterni della terra. I terremoti distruttivi, localizzati di solito a profondit non superiori a qualche decina di chilometri, si producono quando, a seguito di quelle deformazioni, si verificano rotture di limitate porzioni della crosta , che costituisce la parte pi superficiale della litosfera. 6. I terremoti possono causare gravi distruzioni e alte perdite di vite umane attraverso una serie di agenti distruttivi, il principale dei quali il movimento violento del terreno con conseguente sollecitazione delle strutture edilizie in posa (edifici, ponti ecc.), accompagnato eventualmente anche da altri effetti secondari quali inondazioni (ad esempio cedimento di dighe), cedimenti del terreno (frane, smottamenti o liquefazione), incendi o fuoriuscite di materiali pericolosi; se il sisma avviene sotto la superficie oceanica o marina o nei pressi della linea costiera pu generare maremoti o tsunami. In ogni terremoto uno o pi di questi agenti possono dunque concorrere a causare ulteriori gravi danni e vittime. I terremoti pi forti, come quello del Giappone dell'11 marzo 2011 (terremoto del Thoku del 2011), possono anche spostare di alcuni centimetri il Polo Nord Geografico (questo ad esempio lo ha spostato di circa 10cm) a causa dell'elasticit della crosta terrestre. A livello locale gli effetti di un sisma possono variare anche sensibilmente in conseguenza dei cosiddetti effetti di sito. 7. I TERREMOTI PIU FORTI TRA IL XX E XXI SECOLO Valdivia, Cile - magnitudo 9,5 - 22 maggio 1960 Sumatra, Indonesia - magnitudo 9,3 - 26 dicembre 2004 Stretto di Prince William, Alaska - magnitudo 9,2 - 28 marzo 1964 Sendai, Giappone - magnitudo 9,0 - 11 marzo 2011 Kamchatka, Russia - magnitudo 9,0 - 4 novembre 1952 Al largo della costa dell'Ecuador - magnitudo 8,8 - 31 gennaio 1906 Concepcin, Cile - magnitudo 8,8 - 27 febbraio 2010 Isole Rat, Alaska- magnitudo 8,7 - 4 febbraio 1965 Sumatra, Indonesia - magnitudo 8,7 - 28 marzo 2005 Sumatra, Indonesia - magnitudo 8,6 - 11 aprile 2012 8. IL TERREMOTO IN ROMANIA La Romania non un paese ad alto rischio sismico. Il terremoto di Vrancea si scaten alle 21:20 locali di venerd 4 marzo 1977 nell'area a nord dei Balcani; stato chiamato il Terremoto di Bucarest, essendo stata la capitale della Romania fortemente colpita da questo tragico evento. Ora i geologi temono che queste scosse possano essere i precursori di un nuovo devastante sisma che potrebbe colpire a breve quella regione . CHE TIPO DI STRUTTURA GEOLOGICA POTREBBE AVER GENERATO DEI TERREMOTI COSI PROFONDI IN ROMANIA? Se guardiamo larea epicentrale ci accorgiamo subito che si tratta di una zona montuosa, pi precisamente dellenorme catena montuosa dei Carpazi. I Carpazi hanno radici che affondano nelle profondit della terra e per questo motivo i terremoti possono essere molto profondi. La Romania tra laltro non estranea a fenomeni sismici anche molto violenti. 9. La parola tsunami (sinonimo di maremoto) di origine giapponese e significa "onda di porto", ad indicare un tipo di onda anomala che non viene fermata dai normali sbarramenti posti a difesa dei porti. Il fenomeno dello tsunami consiste in una serie di onde che si propagano attraverso l'oceano. Queste onde sono generate dai movimenti del fondo del mare, generalmente provocati da forti terremoti sottomarini, ma possono anche essere generate da eruzioni vulcaniche e da grosse frane sottomarine. LO TSUNAMI Le onde di tsunami si propagano con una velocit proporzionale alla profondit del mare in quel punto e che negli oceani pu superare gli 800 km/ora. La loro lunghezza d'onda, misurata da cresta a cresta, va da alcune decine fino ad alcune centinaia di km, con un periodo di oscillazione che pu andare da 5 a 60 minuti e con una altezza da qualche centimetro ad 1 metro: per questo motivo le onde di tsunami che si propagano in mare aperto non sono percepibili dai marinai a bordo delle navi. Quando le onde di tsunami raggiungono le acque poco profonde dei litorali, rallentano la loro velocit di propaga zione ma aumentano di altezza, superando anche i 10 metri. 10. Lo tsunami in Sri Lanka La causa dello tsunami di Sumatra del 26 dicembre 2004, che ha investito tutto l'Oceano Indiano stato il terremoto pi grande registrato dopo quello Cileno del 22 maggio 1960 di magnitudo 9,5. Esso ha avuto origine su una faglia in zona di subduzione tra la placca Indo-Australiana e la placca di Burma (che fa parte della grande placca Euro-Asiatica, con ipocentro alla profondit di circa 30 km). Come si pu facilmente dedurre questa una zona ad alto rischio sismico. 11. IL RISCHIO SISMICO Si parla di rischio sismico quando in un territorio possibile subire un danno a causa del terremoto. Si definisce come linsieme dei possibile effetti che un terremoto di riferimento pu produrre in un determinato intervallo di tempo, in una determinata area, in relazione alla sua probabilit di accadimento ed al relativo grado di intensit. La determinazione legata a tre fattori principali: -PERICOLOSITA: esprime la probabilit che in un certo intervallo di tempo avvenga un terremoto. -ESPOSIZIONE: una misura di importanza delloggetto esposto al rischio in relazione alle principali caratteristiche dellambiente costruito -VULNERABILITA: Consiste nella valutazione della possibilit che persone, edifici o attivit subiscano danni o modificazioni al verificarsi dell'evento sismico. Prevenire il rischio sismico significa ridurre gli effetti di un terremoto, intervenendo prima di tutto sulla qualit degli edifici. Come si pu intervenire: costruire nuovi edifici con criteri antisismici intervenire sugli edifici antichi e sul patrimonio culturale, per ridurre la loro vulnerabilit - contrastare ledilizia abusiva a fare in modo che tutte le costruzioni siano in regola con le leggi. 12. In Italia LItalia uno dei Paesi a maggiore rischio sismico del Mediterraneo, per la sua particolare posizione geografica, nella zona di convergenza tra la zolla africana e quella eurasiatica. La sismicit pi elevata si concentra nella parte centro-meridionale della Penisola, lungo la dorsale appenninica ,in Calabria e Siciliae in alcune aree settentrionali, come il Friuli, parte del Veneto e la Liguria occidentale. Solo la Sardegna non risente particolarmente di eventi sismici. 13. Terremoto a Monterotondo E Mentana Il 13 gennaio del 1915 un forte terremoto, avente epicentro ad Avezzano, arriv a colpire anche Mentana e Monterotondo, arrecando danni sia alle case che alle persone. Le conseguenze del terremoto che colp Avezzano alle 7,56 di mattina furono cos gravi che la cittadina ebbe 10.710 morti ed i danni materiali furono talmente ingenti che la citt dovette essere totalmente ricostruita. Conseguenza ancora visibile del terremoto a Mentana la "chiave" della volta della porta di piazza Borghese, restaurata qualche anno fa. Ancora oggi si nota che essa scivolata di qualche centimetro pi in basso dal suo originario vano, e che si trova ancora l, a perenne ricordo. Mentana non inserita nella mappa a rischio di terremoti diretti, come, invece, alcuni Comuni, sempre della provincia di Roma, quali Tivoli, Guidonia, Nerola, Montorio Romano, Palestrina, Subiaco, e tutti quei paesi della fascia dei Castelli Romani, che vanno da Albano a Frascati. Per Mentana esiste soltanto un basso pericolo di scosse provenienti da terremoti aventi altri epicentri. 14. A ROMA Il territorio del Comune di Roma ha una sismicit modesta, determinata soprattutto dagli effetti dei terremoti con epicentro nell'area dei Castelli romani e nellAppennino abruzzese e umbro. Questa sismicit non per trascurabile, per il valore elevato dei beni monumentali e architettonici della citt e per la vulnerabilit del patrimonio edilizio. Nel corso della storia, i terremoti con epicentro nelle aree dell'Appennino centrale (soprattutto Umbria e Abruzzo) e dei Colli Albani hanno prodotto danni agli edifici della Capitale generalmente non gravi, riferibili al VI-VII grado della scala Mercalli, come lesioni agli intonaci, caduta di comignoli e cornicioni. In alcuni casi, questi eventi hanno causato danni pi gravi (fessure nelle pareti, crolli parziali di solai e mura), legati alla fatiscenza delle costruzioni o, probabilmente, a effetti locali causati dalla natura dei terreni. I terremoti con epicentro nel Comune di Roma, invece, risultano poco frequenti e di bassa intensit, anche se hanno raggiunto il VI-VII grado Mercalli nel 1812 e nel 1909. 15. TERREMOTI ACCADUTI A ROMA E DINTORNI 16. Una casa dopo il terremoto a Tuscania Torre della basilica di Santa Maria Maggiore dopo il terremoto Una via del centro storico dopo il terremoto A Tuscania Un altro edificio danneggiato dal terremoto 17. Per impedire fenomeni sismici sono stati fatti dei tentativi, intervenendo nel sottosuolo per scaricare gradualmente le tensioni accumulate, facendo iniezioni di sostanze fluide lubrificanti o con esplosioni nucleari di piccola potenza. I risultati sono stati difficilmente valutabili. Maggiori progressi sono stati invece realizzati dall'ingegneria antisismica, in grado si progettare edifici capaci di resistenza a scosse di maggiore entit. COME SI POSSONO PREVEDERE LE SCOSSE SISMICHE? 18. POSSIBILE PREVEDERE I TERREMOTI? Cosa vuol dire in questo caso la parola "prevedere"? Si vuole qui intendere anno, mese, ora, luogo e magnitudo di una futura scossa di terremoto? In tal caso, gli americani, ad esempio, userebbero il termine "prediction". Il termine "forecast" indica invece una previsione approssimativa che ci dice intervalli di tempo, di spazio e di magnitudo entro i quali si pu verificare con maggiore probabilit della media un evento sismico. Val la pena di fare questa premessa perch possiamo ora rispondere alla domanda. La risposta no, quando intendiamo previsioni del primo tipo. La risposta non pu essere un "no" deciso nel secondo caso. Numerosi sono i precursori sismici, ossia quelle anomalie di alcuni parametri geofisici, osservate prima di alcuni terremoti. Un esempio di anomalia potrebbe essere una quiescenza sismica ovvero l'assenza di terremoti per un determinato periodo di tempo in un' area considerata sismica. Studi per l'identificazione di precursori sismici sono condotti anche in Italia, grazie alla collaborazione con esperti di altri paesi dove questo tipo di metodologia gi collaudata. Si tratta comunque di previsioni approssimative che non possono essere utilizzate per dare un allarme alla popolazione. Altri esempi di precursori sismici sono la variazione inconsueta della velocit delle onde sismiche, variazioni nel contenuto di gas radon nelle acque di pozzi profondi, mutamenti nel livello delle acque di fiumi e di laghi, movimenti crostali. Oltre ai fenomeni cosiddetti precursori, anche possibile attraverso l' individuazione delle aree sismogenetiche, lo studio della loro sismicit storica e recente, dell'assetto tettonico e geologico, definire la pericolosit sismica del territorio in base alla quale adottare adeguate misure di prevenzione che possano ridurre gli effetti dei terremoti. 19. Il sismografo lo strumento che viene utilizzato per registrare i fenomeni sismici. Il sismografo pu essere di due tipi : Il SISMOGRAFO 20. Un sismografo formato da una massa con un pennino, oscillante in una direzione, che scrive su un rullo di carta rotante lasciando una traccia detta sismogramma. Poich le onde possono arrivare da diverse direzioni, occorrono almeno tre sismografi in grado di registrare le oscillazioni secondo le tre direzioni dello spazio. Quando si verifica un terremoto il pendolo con una mina oscilla rispetto al rotolo di carta e lascia una traccia a zig zag con oscillazioni pi ampie se la scossa pi forte. La traccia che viene descritta dalla mina crea delle onde chiamate onde sismiche. Esistono 3 tipi di onde che si distinguono per velocit e propagazione: le onde primarie sono di compressione; quelle secondarie sono trasversali; quelle lunghe sono le pi pericolose perch scuotono violentemente il terreno. 21. E una scala che misura l'intensit di un terremoto tramite gli effetti che esso produce su persone, cose e manufatti. La scala Mercalli trae origine dalla semplice scala Rossi-Forel, di 10 gradi, derivando poi il nome da Giuseppe Mercalli, sismologo e vulcanologo famoso in tutto il mondo. Venne riveduta e aggiornata nel 1883 e nel 1902. Nello stesso anno la Scala Mercalli venne espansa a 12 gradi dal fisico italiano Adolfo Cancani. Essa fu in seguito riscritta dal geofisico tedesco Heinrich Sieberg e divenne nota come scala Mercalli-Cancani-Sieberg (MCS) e detta brevemente Scala Mercalli. 22. E una scala che esprime una misura del cosiddetto magnitudo, ovvero una stima dellenergia sprigionata dallipocentro. Sviluppata nel 1935 da Charles Richter in collaborazione con Beno Gutenberg, entrambi del California Institute of Technology, la scala era stata originariamente studiata solo per essere usata in una particolare area della California e solo su sismogrammi registrati da un particolare modello di sismografo: quello a torsione di Wood-Anderson. Allinizio si usavano valori arrotondati e poi i decimi di magnitudo. SCALA RICHTER 23. COME COSTRUIRE UN SISMOGRAFO A scuola stavamo studiano i terremoti per un progetto interdisciplinare di geografia e scienze; la professoressa ci ha chiesto di provare a realizzare a casa un sismografo. Arrivato a casa, ho fatto delle ricerche su internet per farmi unidea su come costruirlo. In questa fase ho chiesto laiuto di mio padre che, con occhio pi esperto, mi ha saputo consigliare quale tra i sismografi, visti su internet, era pi facile da realizzare. Il mio sismografo composto prevalentemente da pezzi di legno e da oggetti di scarto che ho trovato in casa. Prima di montarlo mi sono fatto un disegno preparatorio e una lista di materiali da utilizzare. Per realizzarlo ho utilizzato: due tavole di legno per fare la base, dei listelli di legno per fare una colonna e gli appoggi del rullo, due tondini per realizzare lasta del sismografo e la manovella del rullo, un pezzo di tubo dellacqua, viti, un cordino, un elastico, due pesi, due rondelle di plastica e una staffetta a l. La base del sismografo formata da due tavole di legno, una grande sopra e una piccola sotto, incollate con vinavil e fissate poi con delle viti. A unestremit della base ho fissato con la staffetta a l e viti una colonna. 24. Allestremit opposta ho realizzato i due appoggi laterali, precedentemente forati, fissati alla base con vinavil e due viti ciascuno. Per realizzare il rullo ho preso un pezzo di tubo di plastica sul quale ho incollato, con della colla a caldo alle due estremit del tubo, due rondelle. Poi ho posizionato il rullo tra i due appoggi laterali con un tondino di legno fatto passare tra i due fori degli appoggi. Con un altro tondino di legno ho realizzato lasta del sismografo la quale appoggia a circa 1/3 dellaltezza della colonna sorretta da un cordino legato allestremit superiore della colonna e regolabile. Su questasta ho posizionato due pezzi di ferro che fungono da pesi. Sul tondino, poi, ho messo una vite passante attraverso la quale ho fatto passare un elastico tirato e fissato alla colonna con altre due viti. Questo serve per tenere lasta del sismografo e farla oscillare. Sulla punta del tondino ho praticato un piccolo foro dove ho fatto passare una mina in corrispondenza del centro del rullo precedentemente posizionato sul quale ho incollato dei fogli di carta. Dando delle piccole scosse alla base del mio sismografo, lasta oscillava e la mina tracciava sul rullo un segno che simulava unonda sismica prodotta da un terremoto. Questesperienza stata molto bella perch mi sono divertito molto nel costruire questo sismografo. 25. Realizzazione di un sismografo Per la realizzazione di un sismografo fatto in casa, io e mio fratello abbiamo utilizzato materiali molto rudimentali: tre tavole di compensato alte 3cm, una cerniera, una catenella e un bicchiere di vetro stretto e lungo. Per prima cosa abbiamo praticato un foro al centro di una tavola di compensato. Dopo abbiamo legato una cerniera alla catenella, che abbiamo inserito all interno del foro nella tavola di compensato. In seguito abbiamo fatto un nodo alla catenella per tenerla ferma alla tavola, successivamente abbiamo posato al cento di un' altra tavola di compensato il bicchiere. Infine abbiamo messo la cerniera al centro del bicchiere, abbiamo fatto una prova e abbiamo notato che, muovendo la tavola di compensato, la cerniera batteva contro il bicchiere il quale emetteva un ticchettio. A scuola, abbiamo fatto vedere alla professoressa di scienze l esperimento, lei rimasta molto colpita e ha gradito molto il nostro sismografo. Anchio e mio fratello siamo restati molto contenti dell esperimento riuscito bene. Giunti a casa, abbiamo riferito l esito della nostra esperienza ai nostri genitori, i quali sono restati molto contenti. Questo lavoro, per me e mio fratello, ci ha migliorato molto e ci ha fatto scoprire un abilit manuale, nascosta dentro di noi. Lorenzo & Gabriele IEVOLELLA