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1. Cosa è un terremoto?
1. Cosa è un terremoto?
Un terremoto è una vibrazione più o meno forte della Terra prodotta da una rapida liberazione di energia meccanica da parte delle rocce sottoposte a sforzo.
Per capire come si producono i terremoti dobbiamo immaginare che le rocce abbiano un comportamento "elastico". Che significa? Significa che, quando sono sottoposte ad uno sforzo, si deformano e, quando lo sforzo cessa, riprendono la loro forma originaria (come fa una molla, od un elastico di gomma). Questo può sembrarci strano, ma ricordiamo che gli sforzi a cui sono sottoposte le rocce, all'interno della crosta terrestre, sono enormi ed applicati per lunghissimi tempi.
Durante la deformazione, le rocce accumulano energia. Oltre un certo limite l'energia accumulata supera la "soglia" di rottura della roccia. In questo caso, il corpo roccioso non risponde più elasticamente ma si frattura lungo un piano di faglia; i due blocchi ai lati di questo si spostano l'uno rispetto all'altro, riprendendo la propria forma originaria.
Per visualizzare il meccanismo attraverso il quale si producono i terremoti possiamo costruire alcuni modelli.
Il più semplice non richiede alcun materiale, solo le nostre mani:
A cosa corrisponde il rumore che senti?
Il secondo è costituito da una bacchetta di legno, abbastanza flessibile (anche un pezzo di polistirolo può andar bene).
Il terzo modello che abbiamo costruito è rappresentato nella figura seguente:
Può essere utile incollare sull'asse di legno anche una scala in centimetri, per verificare l'allungamento dell'elastico anche quando il mattone non si muove.
Vedi anche scheda (in inglese)
Nei video seguenti si spiega (in inglese) come questo semplice meccanismo possa rappresentare l'improvviso rilascio di energia che avviene durante il terremoto:
L'enorme "energia elastica" accumulata durante la deformazione viene rilasciata pressoché istantaneamente durante un sisma. Questa energia si propaga in tutte le direzioni sotto forma di onde elastiche, o sismiche ("teoria del rimbalzo elastico", proposta nel 1910 da Harry Reid dopo avere studiato il terremoto di San Francisco del 1906).
La frattura della roccia, che causa un terremoto tettonico, è il risultato di deformazioni elastiche, maggiori di quelle che la resistenza della roccia può sostenere, prodotti dagli spostamenti relativi di porzioni adiacenti della crosta terrestre. (Harry Fielding Reid, The Elastic Rebound Theory of Earthquakes, 1911)
Il modello di Reid è alla base del concetto di "ciclo sismico" che si può schematicamente rappresentare come in figura.
Un modello didattico di Reid può essere costruito abbastanza facilmente. Nel filmato seguente viene testato un modellino artigianale
2. Cosa sono le faglie?
2. Cosa sono le faglie?
Faglie normali (o dirette)
Sono anche chiamate "di distensione"
Faglie inverse
Sono anche chiamate "di compressione"
Faglie trascorrenti
strati indisturbati....
una faglia
accorciamento: faglia di compressione o inversa
allungamento: faglia di distensione o diretta
3. Come si sposta un terremoto?
3. Come si sposta un terremoto?
Nell'animazione seguente si osserva cosa avviene quando si attiva una faglia: l'energia che si libera si propaga all'interno della Terra sotto forma di "onde".
Un'onda è una perturbazione che si propaga nello spazio e che può trasportare energia da un punto all'altro, senza trasporto di materia.
Le onde sismiche che si propagano all'interno della Terra sono di due tipi, le onde P e le onde S
Il breve filmato che segue visualizza gli spostamenti verticali del terreno al passaggio delle onde generate da un terremoto (si tratta di un terremoto intraplacca, di magnitudo 5.8, ulteriori dettagli qui). Il massimo spostamento verticale misurato dagli strumenti per questo terremoto (evidenziato dai colori rosso e blu più intensi) corrisponde a 22 micron, cioè 22 millesimi di millimetro. Nell'immagine seguente sono stati evidenziati due momenti: il passaggio del primo "fronte dell'onda", che corrisponde alle onde P, che sono più veloci ed hanno ampiezza minore, ed il passaggio delle onde S. I corrispondenti grafici degli spostamenti verticali lungo la sezione indicata dalla linea nera sono solo indicativi.
La propagazione dei terremoti fornisce importanti informazioni sull'interno della Terra.
In particolare, la numerose stazioni sismiche sparse su tutto il globo consentono di rilevare l'arrivo delle diverse onde in momenti diversi e ricostruire l'andamento delle DISCONTINUITA'.
4. Come sono fatte le onde sismiche?
4. Come sono fatte 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:
Ciascun puntino oscilla intorno ad una posizione, nella direzione di propagazione dell'onda, come si può vedere meglio nell'animazione seguente:
Nelle onde di taglio (o trasversali), invece, l'oscillazione delle particelle avviene in direzione ortogonale alla direzione di propagazione:
I due tipi di onda sismica hanno velocità diverse (le onde P sono più veloci delle onde S)
Inoltre, le onde S non possono attraversare un mezzo fluido, ma solo un mezzo solido. Per visualizzare questa proprietà, abbiamo fatto un "modello umano" della propagazione delle onde P e S:
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:
Onde di volume longitudinali (P)
Onde di volume trasversali (S)
Le onde superficiali di Rayleigh sono le onde che causano più danni durante un terremoto. Sono più lente delle onde S, e arrivare più tardi, ma con ampiezze molto più grandi. Sono le onde che sono più facilmente percepite durante un terremoto, sia come movimento alto-basso che come oscillazione laterale
Sul perché si generano onde P e S: vedi scheda (in inglese)
5. Come si registra un terremoto?
5. Come si registra un terremoto?
In queste brevi animazioni si possono osservare due sismografi in grado di registrare, rispettivamente, i movimenti orizzontali e verticali del suolo. I sismografi sono progettati in modo che sia possibile registrare anche vibrazioni molto piccole. La massa rimane ferma perché è sospesa ad un cavo (o ad una molla), che non le trasmette il movimento del terreno. Il pennino collegato alla massa, quindi, registra su un foglio scorrevole il moto relativo tra se stesso (la massa ferma) e la Terra (che si muove).
I sismografi che vengono usati oggi sono per la maggior parte digitalizzati, ma lo schema delle animazioni è comunque utile per capirne il principio di funzionamento.
6. Cosa sono le scale sismiche?
6. Cosa sono le scale sismiche?
L'intensità di un terremoto è legata ai danni che produce (intensità macrosismica). L’intensità macrosismica classifica gli effetti macroscopici, più evidenti di un terremoto ed è massima nella zona epicentrale, mentre diminuisce con la distanza dall’epicentro. Tale diminuzione non è però regolare, perché gli effetti dipendono non solo dalle caratteristiche dell’onda sismica, ma anche e soprattutto da quelle del terreno che l’onda incontra in superficie e dalle caratteristiche delle costruzioni. L’intensità non può quindi essere considerata una misura oggettiva della grandezza del terremoto, poiché è legata al luogo che si considera (area urbana, area rurale) e ai modi con i quali l’uomo ha occupato il territorio e vi ha costruito.
Scala Mercalli Cancani Sieberg (MCS)
Scala Mercalli Cancani Sieberg (MCS)
Scale di magnitudo (energia)
Scale di magnitudo (energia)
L'energia di un terremoto (la sua magnitudo) è un valore unico, riferito all’ipocentro, indipendente dalle modalità di propagazione e dalle caratteristiche del territorio coinvolto, che non ha una diretta corrispondenza con ciò che si prova o si osserva durante la scossa. La magnitudo, calcolata attraverso una relazione che lega l’ampiezza del sismogramma con la distanza dall’epicentro, è una grandezza logaritmica, cioè ad una variazione di un’unità corrisponde uno spostamento del pennino, e quindi del terreno, 10 volte maggiore ed equivale ad un terremoto 30 volte più grande in termini di energia.
L’energia di un terremoto di magnitudo 7.0, simile a quello di Reggio Calabria e Messina del 1908, è quasi 1000 volte più grande di quella di un terremoto di magnitudo 5.0. La massima magnitudo sino ad oggi attribuita ad un evento sismico è 9.5 (Cile, 22 maggio 1960).
Scala Richter o Magnitudo locale
La magnitudo ML di un terremoto è data dal logaritmo in base dieci del massimo spostamento della traccia (rispetto allo zero, espresso in micrometri) in un sismografo a torsione di Wood-Anderson calibrato in maniera standard, se l'evento si verifica a una distanza epicentrale di 100 km.
Indipendente dagli effetti, legata all’energia. Inizialmente, era stata pensata solo per essere usata in una particolare area della California, e utilizzando un ben definito sismografo.
L'energia rilasciata da un terremoto, e quindi il suo potere distruttivo, è proporzionale all'ampiezza di oscillazione elevata a 3/2. Quindi, in termini di energia rilasciata, una differenza di magnitudo pari a 1,0 è equivalente ad un fattore 31.6 , cioè (101,0) elevato alla 3/2. Il seguente filmato dà una rappresentazione grafica di questa relazione, piuttosto impressionante.
Un buon modo per rendersi conto di questa relazione è utilizzare la "magnitudo degli spaghetti":
Spiegazione qui (in inglese)
7. Come si trova l'epicentro di un terremoto?
7. Come si trova l'epicentro di un terremoto?
Per fare questo esercizio occorre sapere un po' di cose sui terremoti, su come si propagano e sui due tipi diversi di onde sismiche che si originano dall'ipocentro di un terremoto. E, soprattutto, occorre sapere che le onde sismiche P (o prime, primarie, di compressione, longitudinali) sono più veloci delle onde S (o seconde, secondarie, di taglio, trasversali).
L'esercizio ci consentirà di individuare l'epicentro di un terremoto utilizzando dati da stazioni sismiche molto vicine tra loro. Questo ci permette di semplificare il problema, considerando costanti le velocità delle onde sismiche nel tratto percorso (in realtà dipendono dal tipo di rocce che attraversano e dalla profondità).
Diagrammi da utilizzare:
1) sismogrammi da cui ricavare il ritardo delle onde S dalle P (quanti? discussione...)
2) un grafico che ci consenta di passare dal ritardo in secondi alla distanza in chilometri rispetto al punto di partenza. Nel nostro esempio, le velocità delle onde P ed S sono costanti e quindi il grafico è sicuramente lineare
3) una carta su cui siano riportate le posizioni delle stazioni sismiche che hanno registrato i sismogrammi in (1).
Questi sono i diagrammi per fare l'esercizio, modificati da una geopagina predisposta dall'INGV.
NB: l'asse verticale del 2 è in scala con la carta 3, attenzione alle eventuali riduzioni in fase di stampa.
8. Cosa è il rischio sismico?
8. Cosa è il rischio sismico?
In quali zone della Terra avvengono i terremoti?
In quali zone della Terra avvengono i terremoti?
Per visualizzare ed esplorare la distribuzioni degli epicentri dei terremoti (e la distribuzione dei vulcani) sulla superficie terrestre è utile scaricare Seismic/Eruption, di Alan Jones, un programma gratuito per visualizzare l'attività sismica e vulcanica nello spazio e nel tempo. I dati mostrati sono aggiornati al 2011 e si riferiscono agli ultimi 50 anni.
"L’Italia è 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 sismicità più elevata si concentra nella parte centro-meridionale della Penisola, lungo la dorsale appenninica (Val di Magra, Mugello, Val Tiberina, Val Nerina, Aquilano, Fucino, Valle del Liri, Beneventano, Irpinia), in Calabria e Sicilia e in alcune aree settentrionali, come il Friuli, parte del Veneto e la Liguria occidentale. Solo la Sardegna non risente particolarmente di eventi sismici". (tratto da http://www.protezionecivile.gov.it/jcms/it/rischio_sismico.wp)
Si possono prevedere i terremoti?
Si possono prevedere i terremoti?
Si può valutare la probabilità che un terremoto con una certa M avvenga in una certa zona entro un certo intervallo di tempo. Non si può prevedere quando e con quale magnitudo avverrà una futura scossa di terremoto in una determinata zona. Si possono monitorare i fenomeni “precursori”, cioè indicativi dell'avvicinarsi delle condizioni di fratturazione delle rocce. Questi fenomeni però non indicano quando avverrà il terremoto e con che energia.
Precursori: l'esempio del radon
La misurazione delle emissioni di gas radon ha indicato che anomalie positive possono essere registrate prima di eventi sismici, suscitando molta attenzione nell'ambito degli studi sui precursori idrogeochimici. Il quadro è però molto complesso: in diverse situazioni geologiche sono state registrate anomalie di radon nulle, negative o alternate positive e negative prima di eventi sismici (Tuccimei et al, 2015). Molti studi sono ancora necessari per interpretare i segnali che accompagnano un evento sismico, prima di poterli utilizzare a fini di previsione.
Precursori:
deformazioni del suolo in prossimità di faglie attive
variazioni (aumenti o diminuzioni) di specie chimiche nelle acque e di gas dal suolo (precursori idrogeochimici)
livello dell'acqua nei pozzi
scosse preliminari
comportamenti insoliti di animali
Rischio = pericolosità * esposizione * vulnerabilità
Pericolosità: probabilità che un certo evento dannoso si verifichi nel lungo periodo
Esposizione: popolazione, infrastrutture, ospedali, scuole, ...
Vulnerabilità: propensione delle strutture esposte a danneggiarsi
Prevenzione
Prevenzione
Non si può prevedere quando e con quale magnitudo avverrà una futura scossa di terremoto in una determinata zona: quindi cosa fare? la risposta sta nella definizione stessa di RISCHIO, come prodotto di pericolosità, esposizione e VULNERABILITA'.
Su cosa possiamo, e quindi dobbiamo, agire?
- costruire e ristrutturare rispettando le norme sismiche della propria zona
- in casa e al lavoro, fissare scaffalature e armadi al muro e ridurre le situazioni che potrebbero aumentare il rischio.
Conoscere è il primo passo
“QUANDO LA TERRA TREMA” - CONOSCENZA E PERCEZIONE DEL RISCHIO SISMICO: III Indagine rivolta agli studenti delle scuole secondarie e primarie e alle loro famiglie
https://docs.google.com/file/d/0B_AAwG0qe7j4R1JldHA4bnBudFk/edit
Fare prevenzione con un film
Fare prevenzione con un film
Il film è "Non chiamarmi terremoto". Informazioni dettagliate sul progetto didattico le trovate sui siti www.nonchiamarmiterremoto.it e http://www.edurisk.it/
Il film è un mediometraggio (30') in cui la tecnica narrativa della fiction riesce a fondere il punto di vista emotivo ed esperienziale con le necessarie informazioni scientifiche per capire come comportarsi prima, durante e dopo un terremoto, in modo da ridurne gli effetti distruttivi (materiali, ma anche psicologici).
Non chiamarmi terremoto from formicablu on Vimeo.
1) Alla fine di una discussione con i ragazzi, provare ad elencare una lista di cose da sapere e/o fare prima, durante e dopo un terremoto. Alla fine, controllare la lista con quella preparata dalle autorità californiane, ed insegnata in California in tutte le scuole.
2) Appendere in classe questa:
Mappa di pericolosità sismica da http://zonesismiche.mi.ingv.it/
E' una stima probabilistica: probabilità del 10% che una data soglia di scuotimento sia superata entro 50 anni. Si esprime con l'accelerazione orizzontale massima al suolo relativamente a g (9.8 m/s2)
3) saperla leggere e capire come è stata prodotta:
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