Terremoti e onde sismiche

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Tesine di Fisica e Scienze
TERREMOTI E ONDE SISMICHE
Serie di vibrazioni che si produce nella crosta terrestre in seguito alla rapida liberazione di energia meccanica gradualmente accumulata nelle rocce. Le vibrazioni possono avere diversi gradi d'intensità: a volte sono appena percettibili, in qualche caso, invece, estremamente distruttive. Nel processo sismico vengono generati sei tipi di onde. Due di essi sono classificati come onde di volume (vale a dire, si propagano all'interno della Terra); gli altri quattro sono onde di superficie. Le onde di volume si suddividono in primarie o di compressione (onde P) e secondarie o trasversali (onde S). Le primarie provocano un'oscillazione delle particelle di roccia in direzione coincidente con quella della loro stessa propagazione, mentre le secondarie provocano oscillazione perpendicolare alla loro direzione di propagazione. Le onde P viaggiano sempre a velocità maggiore rispetto alle S e pertanto arrivano prima ai sismografi delle stazioni di osservazione distribuiti in tutto il mondo.Fin dai tempi antichi la natura dei terremoti è stata oggetto di studio e di riflessioni: alcuni antichi filosofi greci attribuivano le scosse all'azione di venti sotterranei, mentre altri le mettevano in relazione a fuochi divampanti nelle profondità della Terra. Intorno al 130 d.C., il sapiente cinese Chang Heng, identificando correttamente le scosse come il passaggio di onde emesse dalla sorgente del terremoto, realizzò un elaborato vaso bronzeo per registrarne, pur se in modo qualitativo, l'entità: otto sfere erano collocate in equilibrio instabile nelle fauci di otto dragoni sistemati attorno al vaso; il transito di un'onda sismica avrebbe causato la caduta di una o più sfere.Una delle prime teorie scientifiche moderne sull'origine dei terremoti fu avanzata nel 1859 dall'ingegnere irlandese Robert Mallet. Forse basandosi sulla propria conoscenza del comportamento di materiali da costruzione sottoposti a tensione, Mallet ipotizzò che i terremoti si verificassero o per improvviso rilascio di energia elastica da parte delle rocce sotto sforzo meccanico o per improvvisa fratturazione.Dopo il 1870, il geologo inglese John Milne ideò un precursore del moderno sismografo: un semplice pendolo con ago sospeso su una lastra di vetro annerita fu il primo strumento usato in sismologia per consentire la discriminazione fra onde sismiche primarie e secondarie. Il moderno sismografo fu inventato all'inizio del XX secolo dal sismologo russo Boris Golitzyn. Il suo dispositivo, che utilizzava un pendolo magnetico sospeso tra i poli di un elettromagnete, aprì l'era della moderna ricerca sismologica. Attualmente sono riconosciute tre classi generali di terremoti: di origine tettonica, vulcanica e artificiale.I terremoti tettonici sono di gran lunga i più devastanti e pongono seri problemi connessi allo sviluppo di tecniche di previsione. Essi sono legati alle tensioni che si sviluppano per i movimenti reciproci delle zolle litosferiche che compongono la crosta terrestre. La maggior parte dei terremoti tettonici si verifica infatti al margine di queste zolle, in zone che vedono lo scorrimento laterale di due zolle (come nel caso della faglia di San Andreas, in California, una delle aree più sismiche di tutto il Nord America) oppure il loro accavallamento (quando una zolla si inabissa al di sotto di un'altra, nel cosiddetto processo di subduzione). I terremoti di subduzione costituiscono quasi la metà degli eventi sismici più distruttivi e liberano circa il 75% di tutta l'energia sismica. Essi sono concentrati lungo il cosiddetto "anello di fuoco" del Pacifico, una stretta banda lunga circa 38.600 km che contorna tutto l'oceano. I punti in cui si verifica la rottura crostale con liberazione di energia sismica tendono a essere molto profondi, fino a 645 km. Il disastroso terremoto del Venerdì Santo, che nel 1964 devastò l'Alaska, è un esempio di evento di questo genere.I terremoti tettonici non compresi nell'"anello di fuoco" si verificano in una varietà di situazioni geologiche. Le dorsali medio-oceaniche, centri di espansione dei fondi oceanici, sono sede di numerosi di questi eventi di intensità moderata, che hanno origine in zone non troppo profonde della crosta. Questi sismi non vengono percepiti, tranne in casi eccezionali, e rappresentano solo il 5% di tutta l'energia sismica rilevata sulla Terra, ma vengono registrati quotidianamente dagli strumenti delle stazioni sismologiche di tutto il mondo. Terremoti tettonici hanno sede anche nella lunga fascia che decorre dal mare Mediterraneo al mar Caspio e all'Himalaya, fino al golfo del Bengala: lungo questa fascia viene liberato il 15% dell'energia sismica terrestre, e agiscono imponenti spinte compressive che portano all'innalzamento di giovani catene montuose. I terremoti risultanti, che avvengono a profondità scarse o intermedie, hanno spesso devastato intere zone in Portogallo, Algeria, Marocco, Italia, Grecia, Macedonia iugoslava, Turchia, Iran e India.Un'altra categoria di terremoti tettonici comprende i rari ma distruttivi eventi sismici che si sviluppano in aree lontane dai margini di zolla tettonica. Il principale esempio di simili terremoti è dato dalle tre potenti scosse che colpirono la regione di New Madrid, Missouri, nel 1811 e 1812. Abbastanza potenti da essere percepite a oltre 1500 km di distanza, queste scosse produssero movimenti tali da modificare il corso del fiume Mississippi. I geologi ritengono che le scosse di New Madrid rappresentino il primo sintomo di un movimento di lacerazione della crosta continentale, come quello che in Africa ha dato origine alla Rift Valley.I terremoti di origine vulcanica sono raramente molto intensi e distruttivi, ma hanno particolare interesse perché tendono a preannunziare incombenti eruzioni vulcaniche, come è accaduto nelle settimane che hanno preceduto l'eruzione del Mount St Helens, nello stato di Washington, nel maggio 1980. Tali terremoti hanno origine quando il magma sale verso la superficie, riempiendo le camere magmatiche che alimentano un vulcano. I fianchi e la sommità dell'edificio vulcanico si rigonfiano, e la rottura delle rocce sottoposte a tensione può essere segnalata da serie di piccoli terremoti. Sull'isola di Hawaii, i sismografi possono registrare fino a un migliaio di queste piccole scosse prima del verificarsi di un'eruzione.Infine, terremoti si possono indurre artificialmente con diverse attività, come l'estrazione di fluidi dal sottosuolo, l'iniezione di fluidi e soprattutto con esplosioni atomiche sotterranee. I terremoti più intensi possono provocare gravi perdite di vite umane, la distruzione di case, ponti e dighe, e innescare devastanti smottamenti di terreno.Un altro effetto distruttivo dei terremoti è dovuto alla generazione, di solito dovuta a sismi sottomarini, di onde di marea che non hanno nulla a che fare con le maree vere e proprie, ed è dunque preferibile chiamarle onde di maremoto o con il termine giapponese tsunami. Queste imponenti muraglie d'acqua talvolta si abbattono su zone litoranee, con tale violenza da spazzare via interi centri abitati, come accadde nel 1896 alla città giapponese di Sanriku, di 20.000 abitanti.La liquefazione dei suoli è un'altra possibile pericolosa conseguenza dei movimenti sismici. Quando terreni di riporto subiscono l'azione di scosse sismiche possono perdere improvvisamente coerenza e comportarsi come sabbie mobili. Gli edifici costruiti su questi materiali possono essere allora letteralmente inghiottiti, come è accaduto nel terremoto di San Francisco del 1906. I sismologi dispongono di due scale di intensità per descrivere i terremoti in termini quantitativi. Una è la scala Richter, dal nome del sismologo statunitense Charles Francis Richter, che misura l'energia rilasciata all'ipocentro di un terremoto. Si tratta di una scala logaritmica, espressa in 9 gradi di magnitudo; un terremoto di magnitudo 7 è dieci volte più potente di uno di magnitudo 6, cento volte più potente di uno di magnitudo 5, mille volte più potente di uno di magnitudo 4 e così via. Si valuta che ogni anno si verifichino nel mondo circa 800 terremoti di magnitudo compresa tra 5 e 6, circa 50.000 di magnitudo fra 3 e 4, e uno solo tra 8 e 9. Teoricamente, la scala Richter non ha limite superiore, ma fino al 1979 si pensava che un terremoto di magnitudo 8,5 fosse il più potente possibile. Da allora, i miglioramenti apportati alle tecniche di misurazione sismica hanno consentito ai sismologi di raffinare la scala e attualmente il limite è considerato 9,5.La scala Mercalli, introdotta all'inizio del XX secolo dal sismologo italiano Giuseppe Mercalli, è divisa in dodici gradi rispetto ai quali è valutata l'entità delle scosse facendo riferimento ai danni provocati dal sisma. Dal momento che gli effetti sismici superficiali si attenuano all'aumentare della profondità dell'ipocentro e della distanza da questo, il grado Mercalli assegnato al sisma dipende dal luogo in cui viene effettuata la registrazione, nonché dalle caratteristiche e dalla natura dei materiali delle strutture presenti nella zona colpita dal sisma. Su questa scala il I grado viene assegnato a terremoti percepiti da pochissime persone, mentre il grado XII designa terremoti catastrofici che causano distruzione totale. Eventi di intensità pari al II o III grado della scala Mercalli equivalgono approssimativamente a terremoti di magnitudo 3 o 4 sulla scala Richter, e un XI-XII grado sulla scala Mercalli può corrispondere a magnitudo 8-9 sulla scala Richter. I tentativi di prevedere il tempo e il luogo dell'accadere di un terremoto hanno avuto qualche successo negli ultimi anni. Cina, Giappone, Russia e Stati Uniti sono attualmente i paesi maggiormente impegnati in questa ricerca. Nel 1975 i cinesi sono riusciti a prevedere il terremoto di Hanshan, di magnitudo 7,3, e hanno disposto l'evacuazione di 90.000 abitanti solo due giorni prima che il sisma distruggesse o danneggiasse il 90% degli edifici della città. Per effettuare la previsione, i sismologi si sono basati sull'analisi della serie di scosse di piccola magnitudo iniziate cinque anni prima. Gli scienziati cercano di individuare altri indizi potenziali dell'incombere di un terremoto in rigonfiamenti della superficie terrestre e in variazioni del campo magnetico terrestre, del livello dell'acqua nei pozzi, e anche del comportamento degli animali domestici. Un nuovo metodo allo studio negli Stati Uniti si propone di misurare l'accumulo della tensione crostale. I resoconti storici di terremoti precedenti la metà del XVIII secolo sono scarsi o poco attendibili e solo per alcuni terremoti dell'antichità esiste una documentazione sufficiente. Probabilmente intorno al 425 a.C., al largo delle coste della Grecia, si verificò un sisma che rese l'Eubea un'isola; un terremoto distrusse la città di Efeso, in Asia Minore, nel 17 d.C.; Pompei fu rasa al suolo nel 63. Si possono citare inoltre i terremoti che in parte distrussero Roma nel 476 e Costantinopoli (ora Istanbul) nel 557 e ancora nel 936. Successivamente, si hanno resoconti di gravi terremoti avvenuti in Inghilterra nel 1318, a Napoli nel 1456, e a Lisbona nel 1531.Il terremoto avvenuto nel 1556 nella provincia cinese dello Shansi, che uccise circa 800.000 persone, rappresenta uno dei maggiori disastri naturali della storia. Nel 1693, un terremoto avvenuto in Sicilia fece 60.000 vittime; all'inizio del XVIII secolo la città giapponese di Edo (l'attuale Tokyo) fu distrutta e ci furono 200.000 vittime. Nel 1755 a Lisbona morirono per un terremoto circa 60.000 persone, e questo evento è ricordato nell'opera Candide dello scrittore francese Voltaire. Quito, ora capitale dell'Ecuador, fu scossa nel 1797 da un terremoto che causò 40.000 vittime.In Nord America, la serie di terremoti che colpì il Missouri sudorientale nel 1811-12 fu probabilmente la più potente verificatasi negli Stati Uniti in tempi storici. Il più famoso, però, è il terremoto che colpì l'area di San Francisco nel 1906, causando gravissimi danni e circa 700 vittime; il più recente, quello avvenuto a Los Angeles nel 1994.In Italia, i terremoti che hanno provocato più danni nel XX secolo furono quello che distrusse Messina nel 1908 facendo 83.000 vittime, quello di Avezzano in Abruzzo nel 1915 con circa 30.000 morti, quello nella valle del Belice (Sicilia occidentale) nel 1968, quello del Friuli nel 1976 e quello dell'Irpinia nel 1980.Devastanti e con decine di migliaia di vittime furono inoltre i terremoti avvenuti ad Agadir in Marocco (1960), in Iran nel 1968 e di nuovo nel 1990, in Perù nel 1970, in Armenia nel 1988.