Geologia

La Sismologia

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December 20, 2018

Un sisma si può definire come una liberazione di energia, accumulata in decine, centinaia o milioni di anni, in un dato volume della crosta terrestre e che in poche decine di secondi può scatenare un movimento tellurico.

Nell’antica Cina, i terremoti erano visti come causa di un mancato equilibrio tra due controparti: lo Yin e lo Yang; questo squilibrio era dovuto agli errori commessi dai regnanti di quell’epoca, o almeno questo è quello che si credeva. Fu in quel periodo che Zhang Heng, astronomo, matematico, ingegnere, geografo e inventore, vissuto tra il 78 e il 139 d.C., inventò il primo strumento per monitorare il territorio: il sismoscopio. Interamente realizzato in bronzo, il sismoscopio consisteva in un grande vaso intorno al quale erano disposti verticalmente, con la testa rivolta verso il basso e orientati verso un punto cardinale, otto draghi, ciascuno dei quali reggeva tra le fauci una biglia. Alla base del recipiente, in corrispondenza di ciascun drago, erano disposti dei rospi, anch’essi in bronzo, con la bocca aperta verso l’alto. Se lo strumento avesse rilevato una scossa, una delle sfere di bronzo sarebbe automaticamente caduta nella bocca del corrispondente rospo e la sua posizione avrebbe indicato così la direzione da cui era giunta la scossa.

Con il passare del tempo e l’avanzare delle tecnologie è stato possibile sviluppare strumentazioni sempre più avanzate che, ai nostri giorni, ci permettono di rilevare i movimenti sismici con una precisione tale da identificarne il punto di origine all’interno della crosta terrestre, detto ipocentro, con errori molto piccoli.

Ultimamente si sente sempre più parlare dei danni che questi fenomeni causano alla popolazione, ma questi movimenti, pur essendo dannosi per l’uomo, sono indice che il nostro pianeta è vivo e in continua evoluzione.

I terremoti, a loro modo, sono degli strumenti molto utili per gli scienziati, perché hanno permesso di studiare la struttura e i movimenti che avvengono all’interno della Terra, fino a permetterci di capirne l’evoluzione dalla sua formazione fino ai giorni nostri.

Onde sismiche e stratificazione della terra

Una delle figure più importanti per la sismologia è stato R.D. Oldham, geofisico e sismologo inglese, che contribuì in maniera fondamentale allo sviluppo della teoria della tettonica a placche ed al miglioramento delle conoscenze relative all’interno della Terra. Oldham infatti riuscì ad identificare tre tipi diversi di onde sismiche: le onde P, S e le onde superficiali. Egli inoltre scoprì che questi tre tipi di onde viaggiano a diversa velocità e con modalità di propagazione differenti attraverso l‘interno del nostro pianeta. Quest’ultima caratteristica lo condusse nel 1906 alla sua scoperta più importante: i tempi di arrivo di alcune onde sismiche risultavano maggiori di quanto previsto. Oldham attribuì questo ritardo dei tempi di arrivo alla presenza di un nucleo fluido e, a seguito dei suoi studi e del sempre maggiore interesse verso la sismologia, agli inizi del ‘900 venne quindi formulata l’ipotesi che la struttura interna del nostro pianeta avesse, in prima approssimazione, una simmetria radiale, il così detto “modello a cipolla”, ovvero una struttura a strati concentrici dove ogni strato è caratterizzato da uno specifico insieme di proprietà fisiche e chimiche come composizione, pressione e temperatura.

I quattro strati principali del nostro pianeta ad ora riconosciuti sono: crosta, mantello, nucleo estero e nucleo interno.

L’identificazione di questi strati è stata possibile grazie alla presenza di marcate discontinuità che separano in modo netto zone a differenti caratteristiche fisiche e chimiche e che quindi modificano l’andamento e la velocità delle onde sismiche. Alla profondità di alcune decine di km al di sotto dei continenti e a meno di 10 km al di sotto degli oceani, la velocità delle onde sismiche subisce un brusco aumento. Questa variazione ha portato alla scoperta, nel 1909 da parte del geofisico croato, A. Mohoroviçiç, della transizione, che da lui prende il nome, fra la crosta ed il mantello terrestre. Successivamente, nel 1914 B. Gutenberg, fisico e sismologo tedesco identificò una zona d’ombra per le onde sismiche a una profondità di circa 2900km dalla superficie e la ricollegò alla discontinuità che separa il mantello dal nucleo terrestre fluido, confermando quindi l’ipotesi formulata qualche anno prima dal Oldham. Fu solo nel 1936 che si arrivò però al quadro “completo”, quando Inge Lehmann, sismologa e geofisica danese, osservò altre irregolarità delle onde sismiche a una profondità di circa 5100km. Questa evidenza la portò ad ipotizzare una differenziazione del nucleo terrestre e ad identificare la terza e ultima discontinuità principale all’interno del nostro pianeta: la transizione fra nucleo esterno fluido e nucleo interno solido.

Early warning

Negli ultimi decenni la sismologia ha fatto passi da gigante nello studio dei terremoti e nell’individuazione delle aree più o meno a rischio sismico, nozione questa fondamentale per poter per esempio costruire edifici antisismici o per creare piani di emergenza. Uno degli aspetti che però non è ancora stato risolto riguarda la previsione di un evento sismico. Attualmente i sismologi possono soltanto definire con quale probabilità un terremoto di una certa intensità, o magnitudo, può verificarsi in una determinata regione ma nessuno è in grado di definire il “quando”. Purtroppo infatti non esiste ad oggi, o non è ancora stato scoperto, un metodo che possa indicare con precisione che alle coordinate “x” avverrà un terremoto di magnitudo “y”. La sempre maggiore conoscenza dei fenomeni sismici però ha permesso di individuare parametri fisici e/o chimici che, prima di un terremoto, possono subire delle variazioni. Tali parametri vengono appunto definiti “precursori sismici” e vengono divisi in: geochimici, geofisici e geodetici. Negli ultimi anni gli scienziati hanno cominciato a monitorare questi precursori per vedere se il loro utilizzo era effettivamente possibile; purtroppo però, a differenza di quanto succede per esempio per le eruzioni vulcaniche dove variazioni di determinati parametri o avvenimenti indicano con “certezza” un possibile evento, per i terremoti non sono ancora state individuate correlazioni certe.

Esiste però un sistema di Early Warning sui terremoti, una rete di monitoraggio che, al momento della scossa, è in grado di avvisare via SMS gli abitanti della zona, nel migliore dei casi, con una decina di secondi di anticipo, sufficienti per mettersi in salvo o quantomeno per prepararsi e non essere completamente colti di sorpresa.

Esistono anche dei “segnali naturali” di Early Warning che, anche se non hanno un vero fondamento scientifico, possono essere tenuti in considerazione, si pensi per esempio al comportamento degli animali, che secondo alcuni studiosi vengono disturbati dalle variazioni del campo magnetico, ma non è nulla di certo. Sesto senso? Chi lo sa…sicuramente in certe situazioni può essere utile e farebbe comodo anche a noi! Al momento in ogni caso l’Early Warning è il sistema più efficace per prevenire un terremoto e limitare il più possibile le perdite ma la ricerca continua nella speranza che la finestra di preavviso possa passare da qualche secondo fino a qualche decina o arrivare, perché no, al minuto!

Dinesh Kunalan

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