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Propagazione e registrazione delle onde sismiche
Una parte dell'energia che si libera all'ipocentro si propaga sotto forma di onde sismiche attraverso le rocce circostanti, che si comportano come corpi elastici possiamo pensare che, nel rimbalzo elastico, le particelle di materiale vicino alla faglia compiano delle rapide oscillazioni intorno a un punto di equilibrio prima di fermarsi, e che tale perturbazione si propaghi da una particella a quella contigua, in tutte le direzioni. Non c'è, dunque, trasporto di materiale, ma una perturbazione elastic 212g62c a che si propaga, allargandosi dall'ipocentro come un'onda sferica.
l Dall'ipocentro, che il volume di rocce in cui si verifica lo spostamento iniziale della faglia, le onde sismiche si propagano in ogni direzione.
l Il punto in superficie, posto sulla verticale dell'ipocentro, è detto epicentro. I fronti d'onda rappresentano le posizioni raggiunte ad un certo momento dalle singole vibrazioni che si propagano dall'ipocentro.
I movimenti all'ipocentro producono differenti tipi di onde. Inoltre, la struttura della Terra, con l'alternarsi di materiali diversi, provocano, nelle onde che si propagano, fenomeni di rifrazione e riflessione. Per questo motivo, per esempio, onde che si dirigono inizialmente verso l'interno possono in parte rimbalzare verso la superficie, interferendo con altre onde. Nella zona posta in superficie sulla verticale dell'ipocentro, chiamata epicentro del terremoto, arriva così un groviglio di onde di ogni frequenza e velocità e il terreno vibra a lungo e più violentemente che se fosse raggiunto da una singola frequenza di onde. Per questo gli strumenti posti in vicinanza dell'epicentro vanno fuori scala o forniscono registrazioni confuse. Per riconoscere i tipi di onde emesse da un terremoto bisogna portarsi a distanza dall'epicentro: infatti, poiché si muovono con velocità diverse, le onde arrivano in tal caso in tempi successivi.
Si distinguono tre gruppi di onde:
l onde longitudinali P (dette anche di compressione): fanno oscillare la roccia avanti e indietro, nella stessa direzione di propagazione dell'onda. Esse generano quindi "compressioni" e "rarefazioni" successive nel materiale in cui si propagano.
l onde trasversali S (o di taglio): muovono la roccia perpendicolarmente alla loro direzione di propagazione. Esse sono più lente delle onde longitudinali, viaggiando nella crosta terrestre con una velocità fra 2,3 e 4,6 km/s.
l onde superficiali: non si manifestano nell'epicentro, ma solo ad una certa distanza da questo. Tali onde sono il frutto del combinarsi delle onde longitudinali e delle onde trasversali, e sono perciò molto complesse. Le onde superficiali sono quelle che provocano i maggiori danni.
Tra le onde superficiali ricordiamo le onde di Love che sono onde che si muovono sugli strati superficiali della crosta terrestre e quindi vengono attenuate in modo più o meno evidente a seconda del tipo di terreno sul quale si trasmettono; e le onde di Rayleigh che sono onde che generano un movimento di scuotimento facendo ruotare l'intero globo con moto ellittico. La loro conformazione ricorda le onde provocate da un sasso su uno specchio d'acqua.
ASCOLTANDO LA TERRA...I SISMOGRAFI
La registrazione del movimento sismico da parte di un sismografo si chiama sismogramma. Come si ricorderà, i diversi tipi di onde prodotte in un terremoto si propagano con velocità differenti e seguendo percorsi di diversa lunghezza, per cui quanto più si è lontani dall'ipocentro, tanto è maggiore l'intervallo di tempo che passa tra il momento in cui iniziano ad arrivare le onde più veloci e quello in cui giungono le onde più lente. Nell'area prossima all'epicentro il sismogramma appare quindi molto complicato o confuso, sia per l'ampiezza delle oscillazioni, che possono mandare fuori scala gli strumenti ("saltano i pennini"), sia per l'arrivo quasi contemporaneo di vari tipi di onde, a causa della brevità del cammino effettuato. A una certa distanza dall'epicentro, invece, i gruppi di onde cominciano a separarsi e nel sismogramma si riconosce una struttura fondamentale. La prima parte del sismogramma, in cui si riconosce l'inizio delle oscillazioni, corrisponde all'arrivo delle onde P; nella parte centrale del sismogramma all'arrivo delle onde P si sovrappone quello delle onde S; nell'ultima parte del sismogramma (coda) compaiono prevalentemente le onde superficiali, più lente ma molto più ampie. Dalla lettura dei sismogrammi si possono ricavare numerose informazioni, come la potenza e la durata del terremoto, la posizione dell'epicentro, la profondità dell'epicentro, la direzione e l'ampiezza del movimento lungo la faglia che ha generato il terremoto, l'orientamento e l'estensione di quest'ultima. Per la stessa via si ricavano dati sulla struttura interna della terra, dal suo nucleo fino in superficie.
l Sismografo verticale: configurazione adatta per registrare la componente verticale delle oscillazioni del terreno.
l Sismografo orizzontale: configurazione che permette di registrare le componenti orizzontali delle oscillazioni del terreno.
L'invenzione del primo sismografo viene spesso attribuita al cinese Zhang Heng e datata 132 d.C. Il suo apparecchio aveva una struttura estremamente ingegnosa ed elegante: all'interno di un'anfora, stava un pendolo che, se messo in oscillazione da una scossa sismica, urtava alcune levette. Tali levette erano otto, disposte tutto intorno all'anfora, ed ognuna di esse era collegata alla riproduzione di un dragoncello; se urtata, ne apriva la bocca, facendo cadere la pallina contenutavi in un recipiente sottostante. La pallina, cadendo, faceva un rumore metallico, che fungeva da allarme. Tuttavia, è discutibile se questo apparecchio possa essere veramente considerato un sismografo, dato che la capacità di registrazione delle scosse è quasi assente (controllando quale drago avesse aperto la bocca, si poteva intuire la direzione della scossa, ma non l'intensità, la durata e altre caratteristiche). In Italia, la tradizione ha sempre attribuito l'invenzione e la creazione del primo sismografo al padre benedettino Don Andrea Bina. Il suo apparecchio costruito a Perugia verso la metà del Settecento, nell'ambito dei suoi studi sui terremoti, consisteva in una lunga fune appesa al soffitto di una stanza e con attaccato, all'altra estremità, un pesante masso. Tale masso aveva uno stilo nella parte inferiore, la cui punta sprofondava nella sabbia contenuta in una vaschetta, che a sua volta galleggiava in un ampio vaso pieno d'acqua. In occasione dei terremoti, il pendolo lasciava nella sabbia delle tracce da cui, come scrisse Bina stesso:
"... si potrà conoscere la qualità e l'impeto delle scosse. Se il terremoto sarà stato regolare, o di ondeggiamento, rettilinei saranno li solchi, se tremulo ed irregolare saranno tortuosi; se sarà stato vorticoso...si conoscerà ciò dalla profondità a cui lo stilo sarà penetrato entro la materia molle..."
I sismografi a pendolo a filo sono stati poi con il tempo sostituiti da sistemi costituiti da pendoli orizzontali, sostenuti da molle, con cui è possibile costruire strumenti di dimensioni ridotte ed elevata sensibilità. La registrazione del movimento avveniva con sistemi meccanici composti da una trasmissione, più o meno complessa, che terminava con un pennino che registrava i movimenti su un nastro di carta mosso da un meccanismo a orologeria. Si è passati successivamente a sistemi elettromagnetici nei quali il sensore era costituito da una bobina resa solidale al pendolo e immersa nel campo di un magnete permanente mentre la registrazione veniva effettuata con un registratore a carta galvanometrico. Attualmente i sismografi elettromagnetici si sono evoluti con l'applicazione dei computer che permettono di registrare i dati in forma digitale con dinamiche estremamente elevate e di applicare ai segnali rilevati filtraggi che permettono di eliminare le interferenze dovute ai fenomeni locali (traffico e altre attività dell'uomo) o alle caratteristiche del sistema di rilevamento (risonanza del pendolo).
Il
sismografo di Zhang Heng Il sismografo di
Don Andrea Bina
La principale stazione di rilevamento dei sismi in Italia è situata nell'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, (INGV) dove arrivano le rilevazioni di tutte le principali stazioni d'Italia. Esso nasce intorno al 1999 e subito assume una notevole importanza a livello europeo.
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