Sismologia

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di Elena Roma

Cos’è la sismologia:

La sismologia e la scienza che si occupa dello studio e dell’interpretazione delle onde sismiche. Tramite essa possiamo conoscere le caratteristiche principali di molte parti all’interno della terra, in quanto esiste una relazione tra la velocità di propagazione di queste onde e certe proprietà fisiche della materia attraversata, ma anche tra la natura delle onde che si generano e lo stato fisico della materia.

Caratteristiche di un’onda:

Ogni onda è costituita da una cresta (la parte più elevata) e da un solco o cavo (la parte più depressa). Un’onda è perfettamente definita se si conoscono le sue tre caratteristiche:

  • ampiezza α;

  • lunghezza λ (cioè la distanza tra due creste o tra due solchi successivi);

  • frequenza ν (cioè il numero di onde che passano in un secondo in un determinato punto di osservazione).

Lunghezza d’onda e frequenza sono collegate dalla relazione: λ = c/ν. (C è la velocità di propagazione delle onde). Da questa relazione si deduce che lunghezza e frequenza sono inversamente proporzionali.
Le onde si possono suddividere in:

  • trasversali: le particelle di materia oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell’onda;

  • longitudinali: le particelle di materia oscillano lungo la direzione di propagazione dell’onda, provocando alternanze di compressioni e rarefazioni della materia attraversata.

Per entrambi i tipi di onda, se il loro punto di origine è posto dentro un mezzo omogeneo, la loro propagazione avviene in tutte le direzioni dello spazio con la stessa velocità, creando un fronte dell’onda sferico. Per questo viene detta onda sferica o onda di volume.

Riflessione e rifrazione:

Qualunque onda può subire fenomeni di riflessione e rifrazione.
Un’onda viaggia in un mezzo, con determinate proprietà fisiche, con una certa velocità di propagazione. Quando il raggio di un’onda sferica incontra una discontinuità si divide in raggio riflesso che rimane nel primo mezzo e raggio rifratto che penetra nel secondo mezzo.
L’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione, mentre l’angolo di rifrazione è maggiore dell’angolo di incidenza se la velocità del secondo mezzo è maggiore di quella del primo ed è minore nel caso contrario.

Le onde sismiche:

Le onde sismiche si sviluppano a causa di una improvvisa liberazione di energia da una sorgente puntiforme all’interno della terra: l’ipocentro. Le onde partono da esso e si propagano in tutte le direzioni, fino ad incontrare perpendicolarmente la superficie terrestre nel punto detto epicentro.

Le onde sismiche comprendono:

  • Onde di volume: si propagano all’interno della Terra. Vi sono due tipi di onde di volume:

    • Onde P (longitudinali o di compressone): sono dette prime perché sono le più veloci (V nella crosta = 4-8 km/s) e quindi le prime ad arrivare, si propagano tanto nei solidi che nei liquidi;

    • Onde S (trasversali): sono le seconde ad arrivare (V nella crosta = 2.3-4.6 km/s) e non si propagano nei liquidi.

Quando le onde P e S giungono in superficie in parte sono riflesse nel sotto suolo e in parte sono trasformate in onde superficiali che si propagano con fronti circolari a partire dall’epicentro. Le onde S e P non sono dirette verso le superficie, ma posso arrivarci comunque tramite fenomeni di riflessione e rifrazione.

  • Onde di superficie: si propagano solo negli strati della crosta più prossimi alla superficie. Anche le onde superficiali sono di due tipi:

    • Onde L (di Love): le oscillazioni avvengono come per le onde trasversali (S) solo che: 1) non avvengono in qualunque piano perpendicolare alla direzione di propagazione, ma sono i uno e 2) diminuiscono di intensità con la profondità. Come la S non si trasmettono nei fluidi.

    • Onde R : hanno lo stesso meccanismo di propagazione delle onde del mare: al passaggio dell’onda le particelle compiono movimenti ellittici su un piano verticale parallelo alla direzione di propagazione, con la profondità gli ellissi si rimpiccioliscono fino a diventare dei punti.

Le onde superficiali hanno lunghezze d’onda maggiori di quelle di volume e sono più lente
Se l’interno della terra fosse di materiale omogeneo i raggi delle onde sismiche avrebbero una traiettoria rettilinea e avrebbero ovunque la stessa velocità, ma quando si registrano i tempi di arrivo delle onde di un terremoto in diverse stazioni si nota che i tempi di arrivo sono sempre minori di quelli calcolati nell’ipotesi di una terra omogenea. L’unica spiegazione è che man mano che penetrano all’interno della terra esse incontrino strati a velocità di propagazione crescente.

Sismografi e sismogrammi:

Per registrare le onde sismiche si usano i sismografi che possono essere meccanici o elettromagnetici. La traccia registrata è il sismogramma che si presenta come una linea a zig-zag dove ogni picco è la componente orizzontale o verticale di un’onda. Per registrare l’intero spettro di onde generate da un sisma sono necessari 3 sismografi (1 a oscillazione verticale e 2 a oscillazione orizzontale). In un sismogramma vengono registrate le onde secondo l’ordine di arrivo perciò vicino all’epicentro esso sarà più confuso per l’arrivo ravvicinato o sovrapposto di più tipi di onde. Ad una certa distanza dall’epicentri è invece possibile separare gli arrivi di più onde: le prime ad arrivare sono le P, seguite dalle S e poi dalle L e R.
L’intervallo di tempo che intercorre tra l’arrivo della onde P e quello delle S dice la distanza dell’epicentro dalla stazione sismica, ma non la sua posizione. Per determinarne la posizione occorrono i sismogrammi si 3 stazioni. Stabilito l’epicentro, per trovare la profondità dell’ipocentro si guarda l’intervallo di tempo tra l’arrivo dell’onda P diretta e l’onda P riflessa della superficie. Stabilire la posizione dell’ipocentro ci permette di sapere con che velocità hanno viaggiato le onde.

La sismologia attiva:

La sismologia attiva è lo studio dei terremoti artificiali provocati dall’uomo facendo esplodere piccole cariche di dinamite collocate in un foro a qualche decina di metri sottoterra o con altri metodi. Essa utilizza poi particolari microfono: geofoni e idrofoni.

Elena Roma

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