04. Modelli per le onde sismiche

Un'onda è una perturbazione che si propaga nello spazio e che può trasportare energia da un punto all'altro, senza trasporto di materia.

Osserviamo questa animazione (tratta da qui), che rappresenta un'onda meccanica di compressione (onda longitudinale) in un mezzo costituito da particelle rappresentate dai puntini:

https://docs.google.com/file/d/0B1LZCE-QIMzSVnpGd3hGLWNVYjg/edit

Ciascun puntino oscilla intorno ad una posizione, nella direzione di propagazione dell'onda, come si può vedere meglio nell'animazione seguente:

https://docs.google.com/file/d/0B1LZCE-QIMzSTHBFME5DZnhfd2s/edit

Nelle onde di taglio (o trasversali), invece, l'oscillazione delle particelle avviene in direzione ortogonale alla direzione di propagazione:

https://docs.google.com/file/d/0B1LZCE-QIMzSMjVtZUhYdFUtMHc/edit

(tratto da qui)

Le onde P o primarie sono onde longitudinali di compressione e sono le prime che arrivano al sismografo. Possono viaggiare attraverso solidi e fluidi - in aria prendono forma di onde sonore, viaggiando alla velocità del suono (340 m/s). In acqua viaggiano a circa 1450 m/s e nel granito a circa 5000 m/s. Le onde S o secondarie sono onde trasversali di taglio, arrivano al sismografo dopo le onde primarie e spostano il terreno in direzione perpendicolare a quella di propagazione. Non viaggiano attraverso liquidi o gas, mentre attraverso i solidi hanno una velocità pari al 60% delle onde primarie.

La distanza dell’epicentro (in km) e la magnitudo del terremoto (misurata sulla scala Richter) vengono calcolate secondo le formule

distanza = p1·(ts – tp)

e

magnitudo = p2·log10 (tc - tp) + p3 · distanza – p4

dove p1, p2, p3, p4 sono costanti che dipendono dal tipo di roccia che il terremoto ha attraversato. I valori di default sono p1 = 7.6, p2 = 2.31, p3 = 0.0012, p4 = 1.0.

Sono necessarie le misure di tre tempi caratteristici (in secondi): il tempo di arrivo di P (tp), di S (ts) e il secondo in cui le vibrazioni terminano (tc)

Modello per le onde P

Modello per le onde S

... e una vera "wave machine", all' Exploratorium di San Francisco

Quando le onde sismiche P e S (onde "di volume") raggiungono la superficie, si generano altri tipi di onde che si propagano sulla discontinuità.

Nelle animazioni seguenti sono riportati i diversi movimenti di una particella per le diverse onde:

Sul perché si generano onde P e S: vedi scheda (in inglese)