Terremoti: ciò che c’è da sapere sulle onde sismiche

Dopo la vicenda sismica che ha visto protagonista il Centro Italia, si è detto tanto in merito ai terremoti. Tra certezze e imprecisioni, non è mancata qualche bufala a condire il tutto. Prevedere i terremoti è impossibile ma conoscere i terremoti è importante per prevenire o mettersi in salvo.  Le tecnologie di ultima generazione potrebbero consentire di ridurre al minimo i danni prodotti da forti sismi, così come affermato in un comunicato del Consiglio Nazionale degli Ingegneri. In questo articolo si farà chiarezza sulla natura dei terremoti, sulle tipologie e si sfateranno alcuni miti tornati a galla negli ultimi giorni.

Terremoti: alcuni dettagli

Il terremoto è un rapido movimento della superficie terrestre dovuto al brusco rilascio dell’energia accumulatasi all’interno della Terra, nella litosfera, in un punto ideale detto ipocentro. In alcune regioni della litosfera si verifica una serie di fenomeni che inducono l’accumulo di enormi quantità di energia. Questa energia accumulata, quando si verifica un evento sismico, viene liberata. Essa viene dissipata in parte sotto forma di calore e in parte sotto forma di onde elastiche che, giun­gendo in superficie, generano le scosse che percepiamo.

La zona d’origine di un terremoto, la cui profondità si ricava dalla differenza dei tempi di arrivo, in due diverse stazioni, delle onde sismiche emesse è definita ipocentro del terremoto. L’epicentro è, invece, il punto sulla superficie terrestre posto sulla verticale dell’ipocentro che viene colpito per primo e più intensamente dal sisma considerato. La durata delle scosse è variabile da pochi secondi a un minuto e pos­sono ripetersi per ore e giorni a intervalli più o meno irregolari.

I terremoti, soprattutto quelli di piccola entità, sono decisamente frequenti: in tutto il mondo se ne verificano almeno un milione all’anno, ma per fortuna la maggior parte di essi è troppo debole per essere avvertita, se non da strumenti appositi detti sismografi.

Le onde elastiche generate nei terremoti sono dette onde sismi­che e provocano una deformazione dinamica dei materiali che attraversano perché, dopo il loro passaggio, ogni singolo volu­me di roccia riacquista la sua conformazione originaria. Come già detto, la registrazione delle onde sismiche viene effettuata con stru­menti detti sismografi che registrano le onde rilevate fornendo un sismogramma, la cui lettura e interpretazione risultano piuttosto complesse. In particolare, i sismogrammi registrati nelle zone vicine all’epicentro sono spesso poco chiari, perché le oscillazioni sono molto ampie e tutte le onde arrivano quasi contemporaneamente e con picchi che tendono a sovrapporsi.

È importante una lettura corretta dei sismogrammi perché permette di stabilire una serie di parametri importanti per la conoscenza del sisma quali la posizione dell’epicentro, la profondità dell’ipocentro e la potenza del terremoto stesso.

Le onde sismiche sono di tre tipi: P, S e L

Le onde P (primarie) e le S (secondarie) sono onde di volu­me, che si generano nell’ipocentro del sisma e si propagano lungo tutte le direzioni dello spazio. Le onde L, invece,  sono onde di superficie, esse si pro­pagano solo lungo particolari superfici di discontinuità.

Le onde P sono registrate per pri­me dai sismografi. Queste ultime sono chiamate anche onde longitudinali, perché deformano i materiali nello stesso senso della loro propagazione, causando una variazione di volu­me del corpo che attraversano. Esse di muovono nella crosta terrestre a una velocità che può variare da 4 a 8 km/s.

Le onde S, dette onde di distorsione, scuotono i materiali che attraversano in senso trasversale rispetto alla direzione di propagazione e producono in essi una variazione di forma, ma non di volume. Esse si muovono nella crosta terrestre ad una velocità minore rispetto alle precedenti ed  inoltre, come le onde P, subiscono brusche deviazioni quando incontrano delle discontinuità.

Le onde L vengono generate quando le P e le S incontrano una superficie di discontinuità e si muovono dal punto di origine (ne sono un esempio le onde prodotte da un sasso get­tato nell’acqua). Si muovono con una velocità costante pari a circa 3,5 km/s e percorrono distanze lunghissime, di fatti possono fare il giro della Terra in po­che ore e ripeterlo diverse volte prima di subire uno smorzamento.

I metodi che consentono di rilevare la forza di un terremoto

Sono due i metodi che consentono di rilevare la forza di un terremoto, permettendo di costruire due vere e proprie scale sismi­che, una basata sulla valutazione dell’intensità del sisma, l’altra sulla magnitudo. La scala che tiene conto dell’ intensità più adottata è la scala MCS (Mercalli, Cancani, Sieberg), che utilizza un metodo di valutazione messo a punto da G. Mercalli nel 1902 e successivamente modificata.

Questa scala assegna a ogni sisma un valore nume­rico da 1 a 12, detto grado di intensità, determinato in base agli effetti delle scosse sismiche sul territorio e al grado di distruzione che esse provocano nel territorio circostante al luogo in cui il sisma è stato avvertito. Gli indicatori necessari per la raccolta delle informazione atte alla valutazione del sisma secondo la scala delle intensità riguardano: fessurazioni e lesioni, danni a persone e/o animali, effetti sugli oggetti e arredamenti. Vien da sè che l’intensità di un sisma generalmente diminuisce progressivamente allontanandosi dall’epicentro. 

Bisogna però sottolineare che la gravità dei danni non dipende solo da una caratteristica intrinseca come l’energia sprigionata dal sisma, ma da alcuni altri fattori, come la posizione dell’ipocentro, la presenza o meno di centri abitati e di costruzioni antisismiche, lo stato delle costruzioni, la conformazione geologica del terri­torio interessato, l’eventuale presenza di falde acquifere. Per ovviare a tale inconveniente e per una interpretazione di carattere più preciso, dal punto di vista scientifico, si utilizza la scala delle magnitudo, che si basa su un principio teoricamente semplice: tanto maggiore è l’energia li­berata da un sisma, tanto più ampie sono le oscillazioni regi­strate dal sismografo.

Una  scala logaritmica

La prima scala delle magnitudo è stata introdotta da C. Richter e Gutemberg nel 1935. La magnitudo di un terre­moto si ottiene confrontando l’ampiezza massima delle oscilla­zioni registrate in una stazione di rilevamento con quella delle oscillazioni di un sismogramma di riferimento. Richter definì il valore di magnitudo 0 per quel terremoto che produceva un sismogramma (con il sismometro posto a 100 km dall’epicentro del terremoto) con ampiezza massima di 0,001 millimetri.

La scala delle magnitudo proposta da Richter è una scala loga­ritmica, dove la magnitudo M_L è ricavabile dalla relazione: M_L = log₁₀(A/A₀₎+ Q_c. In cui:

• A = ampiezza massima delle oscillazioni del terremoto in oggetto;
• A₀ = ampiezza massima delle oscillazioni causate da un terre­moto di riferimento;
• Q_c = fattore di correzione, che tiene conto della distanza reale dall’epicentro della stazione di rilevamento e della profondità dell’ipocentro del sisma considerato.

La magnitudo è un numero e il suo valore non dipende dalla distanza dall’epicentro della stazione di rilevamento. È particolarmente importante osservare che la scala Richter è logaritmica, quindi aumentando di un’unità di magnitudo si ha un valore dell’ampiezza delle onde sismiche 10 volte maggiore. Di conseguenza un sisma di magnitudo 4 provoca sul sismografo oscillazioni di ampiezza massima 1.000 volte più grandi rispetto a un terremoto di magnitudo 1. Come del resto un terremoto di magnitudo 6, equivalente a quello che nei giorni scorsi a colpito la città di Rieti, provoca oscillazioni di ampiezza massima 100.000 superiori rispetto ad un terremoto di magnitudo 1.

La scala delle magnitudo, inoltre, non ha un valore massimo predefinito e sono possibili valori di magnitudo inferiori a 0 corrisponden­ti alle registrazioni delle scosse più deboli, ottenute per mezzo di  stru­menti altamente sofisticati e moderni. Le due scale sono basate su principi concettualmente molto diversi: la scala Mercalli, infatti, è una scala di tipo empirico, mentre la scala Richter è una scala che fornisce valori quantitativi definiti in maniera matematica.

Un’impossibile previsione

I terremoti non possono essere previsti attraverso calcoli deterministici benché se ne dica. Si può effettuare una previsione probabilistica, attraverso il calcolo del pe­ricolo sismico di una determinata regione, ossia la probabilità che vi si verifi­chi, in un certo intervallo di tempo, un terremoto di una determinata magnitudo in grado di causare danni. Per valutare,quindi,  la pericolosità sismica di una determinata area si rilevano i terremoti avvenuti in passato nelle zone limitrofe, classificandoli in base all’intensità e alla magnitudo. Sulla base di queste informazioni, si elaborano carte della pericolosità sismica, strumenti utili per ela­borare piani di prevenzione, che tuttavia consentono di stabili­re solo se statisticamente una regione ha una bassa o un’elevata probabilità che si verifichi un evento sismico di una certa entità.

La bufala sui terremoti e la loro magnitudo falsata

Per concludere è bene fare una doverosa precisazione rispetto alla bufala che in questi giorni sta girando in rete, secondo la quale l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia INGV avrebbe dichiarato un valore della magnitudo diverso da quella reale, per far si che i risarcimenti dovuti siano stanziati da enti locali e non dallo stato, sulla base del decreto legge n.59 del maggio 2012, con cui il governo Monti ha adottato misure per la riorganizzazione della Protezione Civile.

Infatti la magnitudo dichiarata per l’evento sismico di Rieti nella notte del 24 agosto scorso alle ore 03:36 è di grado 6. Alcuni giornali esteri dichiarano che la magnitudo sia stata 6.2. Per fare chiarezza, si precisa che i risarcimenti per i danni dovuti al terremoto sono calcolati sulla base dell’intensità del sisma, non sulla base della loro magnitudo. Come già detto, infatti, sono diversi i parametri da tener in conto nella valutazione dell’intensità di un terremoto.

Sostanzialmente ogni terremoto è caratterizzato da un rilascio di energia, ma i valori della magnitudo possono variare da osservatorio ad osservatorio in funzione, fondamentalmente delle caratteristiche “geologiche” del sito di misura.

Articolo a cura di Giovanni Ferrarella