I TERREMOTI

DOVE AVVENGONO I TERREMOTI A SCALA GLOBALE?

I terremoti avvengono quasi sempre al limite fra le placche litosferiche

QUAL E’ LA CAUSA DEI TERREMOTI?

I terremoti sono causati dal movimento improvviso lungo faglie

FAGLIE E TERREMOTILa rottura sulla faglia che causa i terremoti può essere dell’ordine dei cm o dei metri

TERMINOLOGIA DI BASE

MECCANISMO DI GENERAZIONE DEITERREMOTI

• La teoria dello stick-slip e del rimbalzo elastico• Stick: lo stress si accumula su una superficie di faglia per attrito,

e i due blocchi si deformano • Slip: improvviso scorrimento dei due blocchi lungo la superficie

di faglia dove lo stress diventa troppo alto• La vibrazione avviene quando le rocce, dopo il movimento,

rimbalzano riprendendo la loro forma originaria• I terremoti quasi sempre avvengono lungo faglie preesistenti,

piuttosto che su blocchi intatti

LE ONDE SISMICHEIl movimento lungo la faglia rilascia energia, che viaggia

attraverso le rocce in modo identico a quanto avviene per le onde

sonore.

Si formano le onde sismiche. Immediatamente si dividono in

componenti che viaggiano con meccanismi differenti e hanno

differenti velocità.

Le onde P si muovono per compressione, e le onde S si muovono

con meccanismo di taglio.

Le onde di superficie si manifestano quando le onde P e S

colpiscono la superficie topografica, e si muovono con movimento

siile a quello delle onde marine.

ONDE P (LONGITUDINALI)

ONDE S (TRASVERSALI)

• Il sismografo, o sismometro, èuno strumento usato per rilevare e misurare i terremoti

• E’ composto da una massa attaccata a una base fissa.

• Durante un terremoto, la base si muove, ma la massa rimane ferma. Il movimento della base rispetto alla massa èregistrato da una penna su un nastro magnetico o cartaceo

IL FUNZIONAMENTO DEL

SISMOGRAFO

LA LETTURA DI UN SISMOGRAMMA

Le onde P viaggiano più velocemente, e dunque arrivano primaLa differenza fra i tempi di arrivo delle onde Pe S è proporzionale

alla distanza dall’ipocentro (e dall’epicentro).

IL CALCOLO DELLA DISTANZA DALL’EPICENTRO

LOCALIZZARE L’EPICENTRO DI UN TERREMOTO

Utilizzando la precedente tabella, l’intervallo P-S fornisce la distanza dell’epicentro da una stazione sismica. Usando questa distanza come raggio, sappiamo che l’epicentro deve trovarsi sulla circonferenza, ma non sappiamo dove.

Sulla base di due stazioni sismiche, possiamo ridurre l’incertezza a due punti.

Con 3 stazioni sismiche otteniamo la localizzazione dell’epicentro

LOCALIZZARE L’EPICENTRO DI UN TERREMOTO

Questo esempio èrelativo al grande

terremoto di Kobe, Giappone, avvenuto

nel 1995

MISURARE LA GRANDEZZA DI UN TERREMOTO

• I due fattori che descrivono la grandezza di un terremoto sono:• Intensità – una classificazione degli effetti del terremoto in

una data località, sulla base della percezione da parte della popolazione, dei danni provocati sul patrimonio edilizio, e delle conseguenze sull’ambiente naturale

• Magnitudo – stima della quantità di energia rilasciata lungo la faglia

LA SCALA MERCALLI

Basic structure of12 degrees scales

MCS Scale Mercalli – Cancani – Sieberg

(1930)Mostly used in S Europe

A. Empirical scale, rating of earthquake effects are

based on a rather subjective assessment,

or expert judgement

B. Damage saturates at intensity X in most cases

C. Invaluable information, cannot be replaced byinstrumental records

ESI2007 SCALE

(Environmental Seismic Intensity Scale)

The ESI scale is based on environmental effects only

Magnitudo - Concetto introdotto da Richter nel 1935Scala Richter - Basata sull’ampiezza della massima onda sismica registrata. Tiene conto anche dell’attenuazione dell’ampiezza dell’onda con il crescere della distanza

LA STIMA DELL’ENERGIA DI UN TERREMOTO

Il calcolo della magnitudo si effettua misurando l’ampiezza massima sul sismogramma e unendo l’ampiezza con il tempo P-S in secondi

INFLUENZA DELLA STRUTTURA TERMICA DELLA CROSTA

EFFETTI AMBIENTALI: LIQUEFAZIONE

In aree dove i suoli sono saturi d’acqua, le onde sismiche hanno l’effetto di aumentare la pressione dell’acqua interstiziale. Il risultato è la liquefazione, data dalla riduzione della resistenza e coesione del terreno, che si comporta come un liquido.

La liquefazione ha due conseguenze:

Gli edifici costruiti su sedimenti non consolidati possono essere danneggiati a causa dell’affondamento delle fondazioni

L’acqua sotterranea può risalire velocemente in superficie, trascinando sabbia

LIQUEFAZIONE

El Centro, CA,1979

Loma Prieta, CA,1989

EDILIZIA E TERREMOTILe vittime e i danni provocati da un

terremoto potrebbero essere drasticamente ridotti, e si potrebbe restare nelle proprie case durante il passaggio anche di un violento terremoto, se si applicassero sui nuovi e sui vecchi edifici le regole dell'ingegneria antisismica che dispone di una tecnologia ormai estremamente collaudata, perfezionata e affidabile.

E’ ovvio che questa affermazione vale per i Paesi economicamente sviluppati e cioè per quei Paesi che si possono permettere l'aumento dei costi, d'altra parte non eccezionale se paragonato ai vantaggi, che l'applicazione di questa tecnologia comporta. Infatti più il Paese è povero, e quindi meno regole antisismiche ha potuto imporre, piùelevato è numero delle vittime. Si può dire, alla luce del confronto fra terremoti avvenuti in diverse parti del mondo, che in presenza di sismi di pari energia la quantità di vittime e di danni dipende dalle condizioni economiche dei vari Paesi colpiti.

EDILIZIA E TERREMOTI

3 terremoti, tutti di magnitudo 6,8, confermano l’importanza dell’edilizia antisismica; quello del 1994 che colpì Los Angeles e provocò pochissime vittime, quello dell'Irpinia che, nel 1980 causò 2630 morti e quello del 1998 in India che provocò 30.000 vittime.

A Los Angeles gli edifici, anche altissimi, ma costruiti secondo le norme antisismiche imposte dalle autorità, resistettero quasi tutti. In India le case, costruite con mattoni o con ciottoli di fiume tenuti insieme da malte e da fango secco, crollarono quasi tutte.

LA MAPPA DELLE ZONE SISMICHENella nuova mappa (INGV-Protezione Civile) di pericolosità

sismica è scomparsa la nozione di “non classificato” riferita a comuni che, secondo la vecchia classificazione, non erano ritenuti a rischio sismico. Nella nuova mappa, tutto il Paese èconsiderato soggetto a pericolo di terremoti, sia pure con sensibili variazioni tra le differenti zone della penisola.

In particolare, i comuni classificati di prima categoria sono distribuiti su tutto l’arco appenninico centrale e meridionale, in Sicilia orientale ed in alcune aree delle Alpi Orientali. Sono, queste, zone potenzialmente soggette a terremoti di Magnitudo compresa fra 6 e 7, oppure a terremoti meno violenti ma piùfrequenti. Esempi possibili sono i comuni dell’Irpinia colpiti dalla grave scossa del 1980 ed i comuni dell’Umbria e delle Marche colpiti dalla lunga sequenza di scosse nel 1997-98.

La seconda e la terza categoria interessano la maggior parte del territorio nazionale, indicando le località esposte al pericolo di terremoti di magnitudo inferiore a 5. Infine, la quarta categoria indica zone che mostrano una sismicitàestremamente bassa, quali la Sardegna, il Salento, alcune aree delle Alpi Centrali e la Pianura Padana centro-occidentale.

LA STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA

Lo studio dell'interno del globo svolto in modo diretto si èdimostrato inefficace: la massima profondità raggiunta dalle perforazioni è di una decina di km (al massimo 14 km nella penisola di Kola in Russia); nulla rispetto all'entità del raggio terrestre (6350 km). Anche lo studio dei magmi emessi dalle eruzioni vulcaniche e di porzioni di rocce risalite con i magmi stessi, non è in grado, a parte qualche eccezione, di dare risultati apprezzabili.

METEORITI: INDIZI PER INVESTIGARE LA COMPOSIZIONE DI NUCLEO E MANTELLO

Meteoriti rocciose: di composizione silicatica, con piccole inclusioni metalliche

Hanno composizione simile a quella del mantello terrestre

METEORITI FERROSE (SIDERITI)

Le meteoriti ferrose hanno composizione simile a quella del nucleo terrestre

Gli xenoliti sono frammenti di rocce del mantello terrestre trascinate

verso l’alto da magmi basaltici che risalgono in superficie dalle

profondità del mantello, come i basalti dei punti caldi.

XENOLITI: INDIZI PER INVESTIGARE LA

COMPOSIZIONE DEL MANTELLO

Lo studio dell’interno del globo si effettua tramite le onde sismiche, generate dai terremoti o da esplosioni artificialmente, che si propagano all’interno del globo non in modo omogeneo ma subiscono delle variazioni di velocità in base alle caratteristiche dei materiali rocciosi che incontrano.

Le onde percepiscono le differenti caratteristiche dei materiali e modificano di conseguenza la loro velocità.

Lo studio delle caratteristiche e del conseguente comportamento delle onde sismiche è stato fondamentale per individuare la struttura della Terra. Infatti il nostro Pianeta è suddiviso in vari strati concentrici identificati in base alle diverse caratteristiche chimiche, fisiche, mineralogiche e reologiche delle rocce che lo compongono.

LA STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA

LA SISMOLOGIA

La sismologia è lo studio della propagazione delle onde

sismiche

Tre regole fondamentali:1- Le onde S non si propagano nei liquidi, mentre le onde P si propagano, benchè a velocità minore che nei solidi2- L’energia sismica viaggia più lentamente attraverso rocce calde e più velocemente in materiali freddi3- La velocità sismica è proporzionale alla densità delle rocce

GLI INVOLUCRI CHE COMPONGONO LA TERRA

5.79.7

4.3

3.6

3.32.7

16

Density (g/cm3)

GLI STRATI CHE COMPONGONO IL PIANETA

LA STRUTTURA DELLA TERRA: CROSTA OCEANICA

Crosta oceanicaSpessore: 7-10 kmComposizione: basaltica

Ofioliti: •Sedimenti

•Basalti a pillow

•Dicchi basaltici

•Gabbro

•Rocce ultramafiche (mantello)

LA STRUTTURA DELLA TERRA: CROSTA CONTINENTALE

Crosta continentaleSpessore medio:

~35 kmComposizione:

molto variabile– Media: andesite

(58 % SiO2) Discontinuità di Mohorovicic (Moho)confine fra crosta e mantelloidentificata nel 1909 incremento nella velocità delle onde

ComposizionePeridotite (ultramafica)60% olivina (Mg, Fe)2SiO440% pirosseni (Fe, Mg, Na, Al, Ca)

410 km (olivina spinello)660 km (spinello perovskite)

Qui si hanno aumenti n della velocitettià delle ondesismiche

LA STRUTTURA DELLA TERRA: IL MANTELLO

Transizioni di fase o discontinuità

Cambiamenti nella struttura cristallografica a causa dell’aumento di pressione

NucleoLega di ferro e nichel (~90%) con

minori S, O, H, C, and Si

LA STRUTTURA DELLA TERRA: IL NUCLEO

•Densità >10 g/cm3

•Campo magnetico – Prodotto da currenti elettriche nel nucleo esterno

GLI TSUNAMI

GLI TSUNAMI“Tsunami” e’ una parola giapponese che significa “onda nel porto”. Nel passato gli

tsunami venivano anche chiamati “onde di marea” e “onde di mare sismiche”. Entrambe le terminologie non sono corrette.

Gli tsunami non sono infatti connessi alle maree (che sono il risultato dell’influenza gravitazionale di corpi extraterrestri).

Anche il termine onde di mare sismiche non è corretto dato che implica un meccanismo di formazione degli tsunami legato ai terremoti, e questo non è sempre vero: gli tsunamipossono essere generati anche da frane, eruzioni vulcaniche, caduta di meteoriti.

GLI TSUNAMILa lunghezza d’onda e’ la distanza tra due punti posti in uguale posizione sull’onda (per

esempio le creste o le fosse). La lunghezza d’onda delle onde oceaniche “normali” e’dell’ordine dei 100 metri, quella degli tsunami arriva a 200 km.

L’altezza d’onda è la distanza tra il punto più alto e il punto più basso dell’onda.

L’ampiezza d’onda si riferisce all’altezza dell’onda sulla linea di mare calmo (in genere = 1/2 della lunghezza d’onda).

Frequenza (o periodo) è il tempo necessario al passaggio di una intera lunghezza d’onda da un punto stazionario.

La velocità delle normali onde oceaniche ha valori di 90 km/ora, mentre gli tsunami possono raggiungere velocita’ 10 volte maggiori. Ovviamente, la velocita’ di un’onda e’uguale alla lunghezza d’onda divisa per il periodo: V= L/P.

GLI TSUNAMITra tsunami e le normali onde che siamo abituati a vedere sulle spiagge vi sono differenze sostanziali.

Queste ultime sono generate dal vento che soffia sulla superficie del mare ed hanno periodi di 5-20 secondi e lunghezze d’onda di 100-200 metri. Uno tsunami può avere periodi variabili tra 10 minuti e due ore e lunghezze d’onda superiori ai 500 km. Diversamente dalle onde normali, che interessano spessori modesti di acqua, gli tsunami sono caratterizzati dal fatto che la forma d’onda si estende all’intera colonna d’acqua compresa tra la superficie e il fondo del mare. E’ questa la caratteristica che da’ conto della grande quantità di energia trasmessa da uno tsunami.

La velocità con la quale un’onda dissipa la propria energia è inversamente proporzionale alla lunghezza d’onda e di conseguenza gli tsunami perdono pochissima energia nel corso della loro rapidissima propagazione. Quando uno tsunami lascia le acque profonde del mare aperto e si avvicina alle acque basse vicino alla costa, esso subisce una trasformazione: dal momento che e’ legata alla profondità, la velocità diminuisce, ma l’energia totale dell’onda non cambia così come non cambia il periodo. Uguale periodo e minore velocità significano una lunghezza d’onda più corta. Ma una lunghezza più corta e uguale energia significano una maggiore altezza dell’onda.

GLI TSUNAMISe il ventre dell’onda di tsunami raggiunge prima la costa, questo provoca un fenomeno di abbassamento

del livello del mare (“drawdown”), cha appare ritirarsi verso il largo.

Il drawdown è velocemente seguito dall’arrivo della cresta dell’onda che induce l’innalzamento del livello del mare (“run-up”). Il run-up e’ in genere espresso in metri al di sopra del livello normale di alta marea e, per una stessa onda di tsunami, può variare da un punto ad un altro della costa investita in funzione delle sue morfologia e batimetria.

L’area inondata da uno tsunami può estendersi nell’entroterra per centinaia di metri, devastando vastissime superfici. Nel ritirarsi verso il mare, l’onda di ritorno porta verso il largo gran parte del materiale investito sulla costa.

Le massime altezze dell’onda di tsunami osservate immediatamente prima di infrangersi sulla costa sono dell’ordine dei 30-40 metri.

Nonostante la sua velocità, la grande lunghezza d’onda degli tsunami rende molto lungo il periodo di queste onde. Può succedere che tra l’arrivo di un’onda e la successiva passino molti minuti e che l’intero tsunami duri alcune ore. Non c’è alcuna regola sulla dimensione delle onde che si susseguono: non sempre la prima è la più grande.

MECCANISMI DI FORMAZIONE DEGLI TSUNAMITerremoti - I terremoti con epicentro in mare o in aree costiere possono causare la

formazione di tsunami inducendo spostamenti significativi del fondo marino. La dimensione del terremoto è in genere legata alla magnitudo del terremoto, ma è molto importante il senso del movimento, in quanto gli tsunami sono di solito generati da spostamenti verticali (sollevamento o sprofondamento). Movimenti di tipo trascorrente (con piano di faglia verticale) hanno minore capacità di generare maremoti e, in linea di principio, questi sono associati solo ai terremoti con meccanismo focale di faglia normale o inversa.

Eruzioni vulcaniche - I vulcani che si trovano lungo le zone costiere e i vulcani sottomarini possono indurre la formazione di tsunami soprattutto attraverso il collasso strutturale dovuto a una eruzione o al cedimento di un fianco.

Frane - Movimenti franosi di grandi massa e velocità, soprattutto quando interessano specchi d’acqua chiusi (baie, laghi) sono capaci di generare tsunami

Esplosioni sottomarine - Gli esperimenti nucleari effettuati dagli USA nelle isole Marshall negli anni 40 e 50 generarono modesti tsunami.

Impatto di meteoriti - Non sono conosciuti esempi osservati o storicamente riportati di tsunami generati dall’impatto di meteoriti, ma gli studi geologici hanno dimostrato che l’impatto dell’asteroide di 65 Ma fa. sulla punta della penisola dello Yucatan, abbia prodotto gigantesche onde di tsunami i cui depositi sono stati ritrovati ben all’interno del continente lungo tutto il golfo del Messico.

IL TERREMOTO E LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBRE 2004Un terremoto di magnitudo 9.3 si è verificato il 26 dicembre 2004,

alle ore 7,58 ora locale, con epicentro al largo dell’Isola di Sumatra, Indonesia.

COME SI COME SI ÈÈ PROPAGATO LO TSUNAMI PROPAGATO LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBREDEL 26 DICEMBRE

Dopo pochi minuti dall’inizio del sisma, lo tsunami ha colpito la provincia di Aceh, Sumatra, distruggendola, e propagandosi subito dopo alle Isole Andamane e Nicobare

COME SI COME SI ÈÈ PROPAGATO LO TSUNAMI DEL PROPAGATO LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBRE26 DICEMBRE

COME SI COME SI ÈÈ PROPAGATO LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBREPROPAGATO LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBRE

Dopo 1.5 h, alle ore 9,30 locali, lo tsunami ha colpito la Thailandia

COME SI COME SI ÈÈ PROPAGATO LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBREPROPAGATO LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBRE

2.5 h dopo il sisma, l’onda ha raggiunto Sri Lanka e India

COME SI COME SI ÈÈ PROPAGATO LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBREPROPAGATO LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBRE

In seguito l’onda ha colpito le Maldive, e infine l’Africa Orientale (Kenya, Tanzania, Somalia)

SCHEMA GEODINAMICO DELL’AREA DEL SISMA

IL PROCESSO DI SUBDUZIONE CHE HA DATO ORIGINE AL SISMA

Lo Tsunami del 26 dicembre del 2004 è avvenuto in un’area (fossa oceanica) in cui la placca indo-australiana entra in subduzione sotto quella Asatica.Il dislocamento del fondo marino conseguente al movimento tra le due placche ha determinato lo tsunami

1) La subduzione crea attrito lungo il limite fra le placche

2) La placca sovrastante si deforma

COME SI E’ ORIGINATO LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBRE

3) Il rilascio di stress lungo la faglia e il conseguente rimbalzo elastico innalzano il fondo marino

4) Si propagano 2 onde: una verso il mare aperto e una verso il continente

COME SI E’ ORIGINATO LO TSUNAMI DEL 26 DICEMBRE

IL POSTER PRESENTATO ALLE AUTORITA’ INDONESANE PER AVVERTIRE DELL’IMMINENZA DEL TERREMOTO E DELLO TSUNAMI

We open with the first questions, “What is an earthquake?” And, “why do earthquakes occur in Sumatra?”

We open with the first questions, “What is an earthquake?” And, “why do earthquakes occur in Sumatra?”

We continue with the question, “How do we know our islands are sinking?” – which gives us an opportunity to begin explaining how research plays a role in answering these questions.

We continue with the question, “How do we know our islands are sinking?” – which gives us an opportunity to begin explaining how research plays a role in answering these questions.

And the final question 6, “How can we prepare for earthquakes and tsunamis,” leads people to embrace the idea of safer building practices, knowing what to do in the event of an earthquake and tsunami, and getting more information from local researchers.

And the final question 6, “How can we prepare for earthquakes and tsunamis,” leads people to embrace the idea of safer building practices, knowing what to do in the event of an earthquake and tsunami, and getting more information from local researchers.