19. L'interno della Terra
e la nascita della geofisica

Il punto di vista didattico

Aspetti didattici 1.  Scoprire quello che non si vede

Aspetti didattici 2. I terremoti 

Il modello attuale

Tappe storiche fondamentali per il modello dell'interno della Terra

Moho

https://www.youtube.com/watch?v=omZj4GboJ00&

Mantello e nucleo

Nucleo liquido e nucleo solido

https://www.youtube.com/watch?v=QgnSu4BZKAc

Mohorovičić

Andrija Mohorovičić è nato in Croazia nel 1857; ha studiato matematica e fisica. Nel 1892, mentre lavorava alla sua tesi di dottorato in meteorologia all'Università di Zagabria sullo studio delle nuvole,  è nominato direttore dell'Osservatorio meteorologico di Zagabria. L'anno seguente diventa professore associato di astronomia e geofisica. 

A quel tempo, la maggior parte degli scienziati credeva che l'interno della Terra, anche se più caldo in profondità, avesse una composizione abbastanza uniforme. Con la diffusione dei sismometri,  vengono sviluppati nuovi modelli. 

Nel 1897, il geofisico tedesco Emil Wiechert inventò il primo sismometro che utilizzava lo smorzamento viscoso, capace di registrare non solo la scossa iniziale, ma una registrazione grafica dello scuotimento del suolo dei terremoti in tutto il mondo. Usò questi dati per dedurre che la Terra è stratificata, composta da un guscio di silicato che circonda un nucleo di ferro pesante. Questo risultato ha sicuramente incuriosito il fisico presente in Mohorovičić.

Al volgere del secolo, Mohorovičić era giunto alla conclusione che ci sarebbero voluti circa 1000 anni di osservazioni per raccogliere abbastanza dati meteorologici per sviluppare informazioni affidabili sul clima, mentre avrebbe potuto dare contributi più immediati nel campo in espansione della sismologia. 

Nel 1901, ottenne il suo primo sismografo a movimento orizzontale e fu fondata la stazione sismologica di Zagabria (ZAG). Cinque anni dopo, Mohorovičić convinse un collega a prestargli un sismografo a componente verticale. Fu installato nel seminterrato dell'Istituto nel 1906 e registrò il grande terremoto di San Francisco di quell'anno. Insoddisfatto delle prestazioni dello strumento, rispetto al movimento del suolo registrato da Wiechert, Mohorovičić ordinò due strumenti Wiechert per il movimento orizzontale del suolo da installare nella stazione di Zagabria nel 1908 e il secondo nel 1909, con il quale registrò fortuitamente il terremoto della Valle di Kupa che colpì nell'ottobre di quell'anno, appena 40 km a sud di Zagabria. I dati di questo evento lo coinvolsero completamente.

Incuriosito dai sismogrammi prodotti dalle sue due stazioni, e volendo studiare il terremoto,  Mohorovičić chiese ai colleghi di tutta Europa di inviargli i loro sismogrammi. Ricevette dati da 41 stazioni. Lo studio di questa massa di dati lo rese perplesso. Se lo strato esterno della Terra fosse stato di composizione uniforme, si sarebbe aspettato che le onde sismiche raggiungessero i sismografi lontani in tempi prevedibili per le onde P di compressione veloci e le onde S di taglio più lente. Quello che trovò, invece, fu che alcuni segnali raggiungevano i sismografi più velocemente di quanto avesse calcolato. E alcuni sismografi registravano due diverse onde P e S che viaggiavano a velocità diverse. L'unico modo per spiegare le onde con velocità diverse era quello di ipotizzare una discontinuità nella struttura della Terra in profondità sotto la superficie.

La legge di Snell gli aveva insegnato che quando le onde colpiscono una discontinuità tra materiali con proprietà fisiche diverse, vengono riflesse e rifratte, come la luce quando colpisce un prisma o l'acqua. Quando le onde sismiche colpiscono un materiale con una velocità maggiore ad un angolo critico, si rifrangono per viaggiare lungo il confine tra i due strati alla velocità dello strato più basso e più veloce, mentre inviano una serie di raggi, noti collettivamente come onda di testa, verso la superficie all'angolo critico. Combinando tutti i dati raccolti sui tempi di arrivo delle onde sismiche misurati per questo terremoto con i dati dei terremoti degli anni precedenti, Mohorovičić notò che le onde P che viaggiavano verso sismometri lontani raggiungevano effettivamente quelle stazioni prima dell'onda diretta che viaggiava su un percorso più breve nello strato superiore.  Questa osservazione richiede la presenza di uno strato più profondo che trasmette le onde sismiche più velocemente. Supponendo che lo strato inferiore fosse piatto, egli calcolò le velocità sismiche per le onde P dirette e le onde più veloci, chiamate Pn, per uno strato inferiore. Le lettere Pn stanno per P-normale, il che significa che Mohorovičić credeva che lo strato inferiore più veloce fosse lo strato normale, cioè sempre presente in tutta la Terra. 

Aveva abbastanza dati per concludere che i 100 km superiori della Terra non sono un mezzo uniforme come era pensato fino ad allora, ma che, ad una certa profondità, si aveva un forte aumento della velocità sismica. Fu il primo a stabilire l'esistenza di una discontinuità relativamente netta che separa il mantello da una crosta sovrastante di diversa composizione e proprietà fisiche. Questa discontinuità fu chiamato la discontinuità di Mohorovičić, ora spesso chiamata semplicemente Moho. Dai suoi dati, stimò che lo spessore dello strato superiore (crosta) fosse di 54 km. Studi successivi in tutto il mondo avrebbero confermato l'esistenza della Moho a varia profondità sotto tutti i continenti e gli oceani, anche se non risulta sempre semplice individuarla.

da completare....

Gutenberg

Lehmann

Sismologia dei vecchi tempi