Terremoto

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Schema di cosa genera un terremoto. L'improvviso spostamento di una massa rocciosa, di solito non superficiale, genera le onde sismiche che raggiungono in breve tempo la superficie terrestre facendo vibrare gli strati rocciosi e i terreni soprastanti.

In geofisica i terremoti (dal latino: terrae motus, che vuol dire "movimento della terra"), detti anche sismi o scosse telluriche (dal latino Tellus, dea romana della Terra), sono vibrazioni o assestamenti improvvisi della crosta terrestre, provocati dallo spostamento improvviso di una massa rocciosa nel sottosuolo.

Tale spostamento è generato dalle forze di natura tettonica che agiscono costantemente all'interno della crosta terrestre provocando la liberazione di energia in una zona interna della Terra detta ipocentro, tipicamente localizzato al di sopra di fratture preesistenti della crosta dette faglie; a partire dalla frattura creatasi una serie di onde elastiche, dette " onde sismiche", si propaga in tutte le direzioni dall'ipocentro, dando vita al fenomeno osservato in superficie. Il luogo della superficie terrestre posto sulla verticale dell'ipocentro si chiama epicentro ed è generalmente quello più interessato dal fenomeno. La branca della geofisica che studia questi fenomeni è la sismologia.

Quasi tutti i terremoti che avvengono sulla superficie terrestre sono concentrati in zone ben precise, ossia in prossimità dei confini tra due placche tettoniche dove il contatto è costituito da faglie: queste sono infatti le aree tettonicamente attive, ossia dove le placche si muovono più o meno "sfregando" o "cozzando" le une rispetto alle altre, generando così i terremoti d'interplacca. Più raramente i terremoti avvengono lontano dalle zone di confine tra placche, per riassestamenti tettonici. Terremoti localizzati e di minor intensità sono registrabili in aree vulcaniche per effetto del movimento di masse magmatiche in profondità.

Secondo il modello della tettonica delle placche il movimento delle placche è lento, costante e impercettibile (se non con strumenti appositi), e modella e distorce le rocce sia in superficie che nel sottosuolo. Tuttavia in alcuni momenti e in alcune aree, a causa delle forze interne (pressioni, tensioni e attriti) tra le masse rocciose, tali modellamenti si arrestano e la superficie coinvolta accumula tensione ed energia per decine o centinaia di anni fino a che, al raggiungimento del carico di rottura, l'energia accumulata è sufficiente a superare le forze resistenti causando l'improvviso e repentino spostamento della massa rocciosa coinvolta. Tale movimento improvviso, che in pochi secondi rilascia energia accumulata per decine o centinaia di anni, genera così le onde sismiche e il terremoto associato.

Descrizione

Un terremoto (o sisma) ha origine quando lo scontro tra due zolle crostali causa una rapida vibrazione della crosta terrestre capace di sprigionare quantità elevatissime di energia, indipendentemente dagli effetti che provoca. Ogni giorno sulla Terra si verificano migliaia di terremoti: sperimentalmente si osserva che la stragrande maggioranza di terremoti al mondo, così come di eruzioni vulcaniche, avviene lungo la cosiddetta cintura di fuoco Pacifica, le dorsali oceaniche e le zone di subduzione o di confine tra placche tettoniche e quindi interessa spesso la crosta oceanica come zona di innesco o fratturazione. Solo qualche decina sono percepiti dalla popolazione e la maggior parte di questi ultimi causano poco o nessun danno. La durata media di una scossa è molto al di sotto dei 30 secondi; per i terremoti più forti può però arrivare fino a qualche minuto.

Mappa delle zone sismiche terrestri

La sorgente del sisma è generalmente distribuita in una zona interna della crosta terrestre. Nel caso dei terremoti più devastanti questa può avere un'estensione anche dell'ordine di un migliaio di chilometri ma è idealmente possibile identificare un punto preciso dal quale le onde sismiche hanno avuto origine: questo si chiama " ipocentro" e qui si è originato il movimento a partire dalla frattura preesistente ( faglia) o la sua improvvisa generazione. La proiezione verticale dell'ipocentro sulla superficie terrestre viene invece detta " epicentro", ed è il punto in cui di solito si verificano i danni maggiori. Le onde elastiche che si propagano durante un terremoto sono di diverso tipo e in alcuni casi possono risultare in un movimento prevalentemente orizzontale (scossa ondulatoria) o verticale del terreno (scossa sussultoria).

Alcuni terremoti si manifestano o sono preceduti da sciami sismici (foreshocks) più o meno lunghi e intensi, caratterizzati da più terremoti ripetuti nel tempo e particolarmente circoscritti in una determinata area, altri invece si manifestano subito e improvvisamente con una o più scosse principali (main shock); un'altra forma sono le sequenze sismiche, caratterizzate ciascuna da più terremoti sprigionati in successione ravvicinata e non circoscritti in una determinata zona. [1] I terremoti di maggiore magnitudo sono di solito accompagnati da eventi secondari (non necessariamente meno distruttivi) che seguono la scossa principale e si definiscono repliche (aftershocks, spesso definite erroneamente scosse di assestamento). Quando più eventi si verificano contemporaneamente o quasi, può trattarsi di terremoti indotti (il sisma innesca la fratturazione di altra roccia che era già prossima al punto critico di rottura).

Un terremoto, inoltre, può essere accompagnato da forti rumori che possono ricordare boati, rombi, tuoni, sequenze di spari, eccetera: questi suoni sono dovuti al passaggio delle onde sismiche all' atmosfera e sono più intensi in vicinanza dell'epicentro. I Paesi e le zone più sismiche al mondo sono l' Alaska, la California, il Messico, il Perù, il Cile, la Turchia, la Grecia, l' Italia, il Giappone, l' Afganistan, l' Iran, il Nepal, l' Indonesia, le Filippine, la Nuova Guinea e la Polinesia.

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Teoria della reazione elastica.

In generale i terremoti sono causati da improvvisi movimenti di masse rocciose (più o meno grandi) all'interno della crosta terrestre.

La superficie terrestre è infatti in lento, ma costante movimento (vedi tettonica delle placche) e i terremoti si verificano quando la tensione risultante accumulata da stress meccanici eccede la capacità o resistenza del materiale roccioso di sopportarla, cioè supera il cosiddetto carico di rottura.

Questa condizione si verifica molto spesso ai confini delle placche tettoniche. Gli eventi sismici che si verificano ai confini tra placche sono detti terremoti tettonici, quelli meno frequenti che avvengono all'interno delle placche della litosfera sono invece detti terremoti intraplacca.

Quasi tutti i terremoti che avvengono sulla superficie terrestre sono quindi concentrati in zone ben precise, ossia in prossimità dei confini tra una placca tettonica e l'altra: queste sono infatti le aree tettonicamente attive, dove cioè le placche si muovono più o meno lentamente e improvvisamente le une rispetto alle altre. Secondo la tettonica delle placche la superficie della Terra è infatti modellata come se fosse composta da circa una dozzina di grandi placche tettoniche che si muovono molto lentamente, a causa delle correnti di convezione del mantello terrestre posto sotto la crosta terrestre. Poiché esse non si muovono tutte nella stessa direzione, le placche spesso collidono direttamente slittando lateralmente lungo il bordo di un'altra ( faglia trasforme). In generale il movimento delle placche è lento, impercettibile (se non con strumenti appositi) e costante; tuttavia in alcuni momenti e in alcune aree, il movimento si arresta e la zona coinvolta accumula energia per decenni o secoli fino al raggiungimento del cosiddetto carico di rottura, quando a causa delle forze interne, ovvero del bilancio tra pressioni, tensioni e attriti tra le masse rocciose, tali movimenti avvengono in maniera improvvisa e repentina rilasciando l'energia accumulata e sviluppando così un terremoto.

La disposizione delle zone sismiche risulta localizzata in massima parte lungo i margini tra le zolle tettoniche (es. cintura di fuoco) e in particolare lungo le fosse abissali (zone di subduzione), dove lo sprofondamento della crosta oceanica al di sotto di altre porzioni di crosta terrestre porta alla fusione per attrito di parte della zona rocciosa di contatto, oppure lungo le dorsali oceaniche dove il magma del mantello terrestre risale in superficie attraverso le fratture della crosta oceanica e una volta solidificato va a "saldare" le placche stesse; i terremoti lungo le dorsali sono dunque l'effetto della rottura repentina di queste saldature al raggiungimento di un certo livello di stress meccanico. In queste zone i fenomeni sismici sono spesso associati anche al vulcanismo per la concomitanza delle forze tettoniche in gioco e per questo motivo le eruzioni vulcaniche sono spesso precedute da terremoti.

Si presume dunque che la dislocazione delle placche sia il meccanismo scatenante dei terremoti. Causa secondaria è il movimento magmatico all'interno di un vulcano, che può essere indice di una imminente eruzione assieme al caratteristico tremore. In rarissimi casi, terremoti sono stati associati all'accumulo di grandi masse d'acqua nei bacini delle dighe, come per la diga di Kariba in Zambia, Africa, e con l'iniezione o estrazione di fluidi dalla crosta terrestre ( Arsenale delle Montagne Rocciose). Tali terremoti avvengono perché la resistenza della crosta terrestre può essere modificata dalla pressione del fluido.

Tipi di faglie

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Faglia.

I terremoti si verificano su fratture o spaccature della crosta terrestre note come faglie sismiche, laddove cioè si accumula lo stress meccanico indotto dai movimenti tettonici. I confini tra placche tettoniche non sono infatti definiti da una semplice rottura o discontinuità, ma questa spesso si manifesta attraverso un sistema di più fratture, che possono essere indipendenti tra loro ed anche parallele per alcuni tratti, che rappresentano appunto le faglie. 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, nonché dei terremoti stessi, è noto come fagliazione e può essere studiato attraverso tecniche di analisi proprie della meccanica della frattura.

L'intensità di un sisma dipende dalla quantità di energia accumulata nel punto di rottura che dipende a sua volta in generale dal tipo di rocce coinvolte nel processo di accumulo, cioè dal loro carico di rottura, dal tipo di sollecitazione o stress interno e dal tipo di faglia.

Le onde sismiche

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Onde sismiche.

Si distinguono tre tipi di onde sismiche:

Onde di compressione o longitudinali (P)

Le onde longitudinali fanno oscillare le particelle della roccia nella stessa direzione di propagazione dell'onda. Esse generano quindi "compressioni" e "rarefazioni" successive nel materiale in cui si propagano. La velocità di propagazione dipende dalle caratteristiche elastiche del materiale e dalla sua densità; in genere però viaggiano a una velocità compresa tra i 4 e gli 8 km/s. Poiché le onde P si propagano più rapidamente, sono anche le prime (P = Primarie) a raggiungere i sismometri, e quindi ad essere registrate dai sismografi. Queste onde sismiche attraversano longitudinalmente tutti i tipi di materia: solidi, liquidi e gas.

Onde di taglio o trasversali (S)

Le onde S, ovvero onde "secondarie", si propagano solo nei solidi perpendicolarmente alla loro direzione di propagazione (onde di taglio). Esse sono più lente delle onde P, viaggiando nella crosta terrestre con una velocità fra 2 e 4 km/s. Le onde S non possono propagarsi attraverso i fluidi e i gas perché questi non oppongono resistenza al taglio. A differenza delle onde P le onde S non causano variazioni di volume.

Onde superficiali (R e L)

Le onde superficiali, a differenza di ciò che si potrebbe pensare, non si manifestano nell' epicentro, ma solo ad una certa distanza da questo. Tali onde sono il frutto del combinarsi delle onde P e delle onde S, e sono perciò molto complesse. Le onde superficiali sono quelle che provocano i maggiori danni.

Le onde di Rayleigh, dette anche onde R, muovono le particelle secondo orbite ellittiche in un piano verticale lungo la direzione di propagazione, come avviene per le onde in acqua.

Le onde di Love, dette anche onde L, muovono invece le particelle trasversalmente alla direzione di propagazione (come le onde S), ma solo sul piano orizzontale.

Tutte le onde sismiche sono soggette ad attenuazione con la distanza in funzione delle caratteristiche del mezzo di propagazione.

Rilevazione e misurazione

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Scala sismica.

Le onde sismiche sono rilevabili e misurabili attraverso particolari strumenti detti sismografi, usati comunemente dai sismologi, e visualizzabili su sismogrammi; l'elaborazione incrociata dei dati di più sismografi sparsi su un territorio ad una certa distanza dal sisma consente di stimare in maniera abbastanza accurata l'epicentro, l'ipocentro e l'intensità del sisma; quest'ultima può essere valutata attraverso le cosiddette scale sismiche, principalmente la Scala Richter, la Scala Mercalli e la Scala di magnitudo del momento sismico.

Il riconoscimento dell'orientamento di arrivo delle scosse lungo i tre piani di riferimento, e la comprensione se il primo arrivo della scossa sia stato di tipo compressivo o espansivo permette di determinare il meccanismo focale della scossa e quindi di comprendere che tipo di faglia ha originato il terremoto.

Lo spostamento tettonico della crosta terrestre nelle 3 coordinate spaziali in seguito a un forte terremoto può essere misurato accuratamente attraverso tecniche di telerilevamento quali le rilevazioni geodetiche e l' interferometria radar-satellitare tramite SAR nell'intera area colpita a partire dall'epicentro.

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