Che cos'è un terremoto?

Un terremoto, o sisma (dal greco seismos, “scossa”) è uno scuotimento del suolo dovuto ad un’improvvisa liberazione di energia elastica accumulatasi nel tempo lungo superfici di faglia che mettono a contatto due blocchi di roccia.
Il punto al di sotto della superficie terrestre, da cui si libera energia elastica, è detto ipocentro del terremoto; la sua proiezione sulla superficie terrestre è l’epicentro (Figura 1).
L’energia liberata si propaga in tutte le direzioni sotto forma di onde elastiche, meglio note come onde sismiche(1).
 
Figura 1 – Rappresentazione schematica dell’ipocentro e dell’epicentro di un terremoto (rielaborazione tratta da Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia – Conoscere il terremoto, 2001(2)).

Figura 2 – Mappa della Pericolosità Sismica in Italia

In Italia la maggior parte dei terremoti si concentra soprattutto nelle Alpi Orientali, lungo gli Appennini e nell’Arco Calabro, come mostrato in Figura 2.

Onde sismiche(3)
Le onde sismiche si suddividono in onde di volume (o interne) e onde superficiali. Nelle prime è possibile distinguere le onde longitudinali e le onde trasversali. Le onde longitudinali (o di compressione) sono così chiamate perché al loro passaggio le particelle oscillano in maniera tale che il volume di roccia subisce compressioni e successive dilatazioni nella direzione di propagazione dell’onda stessa; esse sono le più veloci (si muovono nella crosta terrestre con velocità fino a circa 7 km/s) e per questo sono anche dette onde primarie o onde P.

Figura 3 – Onda longitudinale (rielaborazione fonte Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia).

Le onde di taglio o trasversali producono delle oscillazioni ortogonali alla direzione di propagazione dell’onda. Nella crosta terrestre esse viaggiano più lentamente delle onde P (si muovono con velocità fino a circa 4 km/s) e sono chiamate perciò onde secondarie o onde S.

Figura 4 – Onda trasversale (rielaborazione fonte Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia).

Quando le onde di volume raggiungono la superficie terrestre possono in parte trasformarsi in onde superficiali (onde di Rayleigh e onde di Love). Esse si propagano principalmente in superficie in quanto si attenuano rapidamente con la profondità.
Al propagarsi di un’onda di Rayleigh (indicata in genere con R), le particelle compiono orbite ellittiche retrograde in un piano verticale lungo la direzione di propagazione (come avviene per le onde in acqua).

Figura 5 – Onda di Rayleigh (rielaborazione fonte Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia).

Al passaggio di un’onda di Love (indicata in genere con L), le particelle oscillano trasversalmente alla direzione di propagazione (come le onde S), ma solo nel piano orizzontale.

Figura 6 – Onda di Love (rielaborazione fonte Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia).
 

Le onde superficiali si muovono più lentamente delle onde di volume (circa 2,7 km/s le onde R; circa 3 km/s le onde L); possono percorrere però lunghissime distanze, anche fino a compiere più volte il giro della Terra, prima di attenuarsi definitivamente.

Sismografi e sismogrammi
Il sismografo è uno strumento che trasforma il movimento del suolo causato da un terremoto in una registrazione permanente. Esso consente di analizzare opportunamente e di riesaminare in qualunque momento l’insieme delle onde sismiche generate dal terremoto.
Un sismografo si basa sull’inerzia di una massa sospesa che tende a rimanere immobile anche quando il supporto inizia a muoversi insieme al suolo. Un pennino scrivente, solidale con la massa, lascia una traccia su una striscia di carta che ruota per mezzo di un rullo solidale con il suolo: si registrano così le vibrazioni del suolo rispetto alla massa(4).

Figura 7 – Sismografi che registrano la componente verticale (sinistra) e la componente orizzontale (destra) delle oscillazioni del terreno(4).

Mentre un tempo la massa inerte era costituita da un vero e proprio pendolo, oggigiorno le moderne tecnologie e la microelettronica hanno rimpiazzato la meccanica. Il vecchio pendolo ha così ceduto il posto ai moderni sensori e la registrazione del moto del suolo, che un tempo era analogica, è ora digitale. Infatti, i moderni sismografi sono costituiti da un sensore (o sismometro), che trasforma l’informazione del moto del suolo in un segnale elettrico, e da un acquisitore, che registra l’informazione su supporto digitale.

I sensori sismici si suddividono in accelerometri e velocimetri; sono sensori che possono raggiungere elevatissima precisione e sensibilità (in alcuni casi limitata solo dal “rumore di fondo“). Gli accelerometri sono utilizzati per misurare l’accelerazione del moto del suolo, grandezza fisica direttamente correlabile alla forza esercitata dal terremoto su edifici e strutture. I velocimentri sono utilizzati per misurare la velocità del moto del suolo. A causa delle caratteristiche delle due diverse tipologie di sensori, gli accelerometri sono adoperati principalmente per registrare lo strong motion  (forti movimenti del suolo generati da grandi terremoti poco distanti dalla stazione sismica), mentre i velocimetri sono utilizzati principalmente per registrare la velocità del moto del suolo generata da terremoti di piccola o moderata entità oppure da grandi terremoti molto lontani (telesismi).

La registrazione del movimento sismico si chiama sismogramma. La prima parte del sismogramma è rappresentata dalle onde P. Seguono le onde S ed infine (coda del sismogramma) le onde superficiali.

Figura 8 – Sismogramma (rielaborazione fonte Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia).

L’analisi del sismogramma consente di conoscere le caratteristiche (distanza, entità, etc.) del sisma. Il sismogramma deve dunque rappresentare fedelmente il movimento del suolo oppure le grandezze (accelerazione o velocità) con le quali si può in seguito estrapolare il movimento assoluto del suolo(2).

Figura 8A – Sismogramma di un evento reale da analizzare (fonte Osservatorio Geofisico Valle Del Liri – Stazione Sismica di Colle San Magno FR).

(1) Casati P., “Scienze della Terra. Elementi di geologia generale”, CittàStudiEdizioni, 1996.
(2) Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, “Conoscere il terremoto”, 2001.
(3) Aki K. and Richards P. G., “Quantitative Seismology (2nd Ed.)”, University Science Books, 2002.
(4) Accordi B., Lupia Palmieri E., Parotto M., “Il globo terrestre e la sua evoluzione”, Zanichelli, 1993.

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