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Lo studio dell’interno della Terra
L'uomo non ha mai raggiunto profondità superiori ai 10 chilometri, ma dallo studio di particolari fenomeni, quali le onde sismiche ha tratto importanti informazioni che hanno portato all'attuale ipotesi sulla struttura interna della Terra.
Lo studio delle onde sismiche
1) Se sottoposte a sollecitazioni meccaniche le rocce inizialmente si deformano;
Lo studio delle onde sismiche
2) Le rocce accumulano energia potenziale elastica durante il periodo della deformazione
Lo studio delle onde sismiche
3) Quando hanno raggiunto il limite di rottura, rilasciano l’energia accumulata sotto forma di ONDE SISMICHE
Lo studio delle onde sismiche
Tale modello viene definito con l’espressione “Teoria del rimbalzo elastico”
Lo studio delle onde sismiche
L’energia accumulata viene liberata improvvisamente dando origine a un sisma
L'ubicazione della zona 'sorgente' si assimila ad un punto denominato ipocentro. Il suo corrispondente sulla superficie terrestre si chiama epicentro.
Lo studio delle onde sismiche
Le onde P
Le onde P, che si generano in corrispondenza dell'ipocentro di un terremoto, si propagano attraverso rocce solide e fluide..
Le onde P viaggiano ad una velocità maggiore (5,5 – 14 km/s) rispetto alla altre onde e giungono in superficie per
prime.
Le onde P
Le rocce attraversate da queste onde subiscono rapide variazioni di volume, comprimendosi e dilatandosi alternativamente: sono onde longitudinali.
Le onde S
Anche le onde S si generano nell'ipocentro dei terremoti. Le particelle delle rocce colpite dalle onde S compiono oscillazioni perpendicolari alla direzione di propagazione.
Le onde S
Per questo motivo esse sono meno veloci (3 – 7 km/s) e giungono in superficie dopo le onde P…
Le onde S non si propagano attraverso i fluidi. Non possono perciò attraversare il nucleo esterno che si trova allo stato fluido.
Le onde S
Le onde S sono onde trasversali
Le onde superficiali
Le onde P e S, giunte in superficie formano onde superficiali, o lunghe, a velocità costante (3,5 Km/s), propagantisi dall’epicentro: le onde di Love e le onde di Rayleigh
Le onde superficiali
Le onde di Love determinano una vibrazione del terreno ortogonale alla direzione di propagazione dell’onda…
Le onde di Rayleigh imprimono invece un moto ellittico alle particelle del suolo.
Lo studio delle onde sismiche
L’onda sismica si propaga dall’ipocentro e si dirige in tutte le direzioni con la stessa velocità. I punti interessati dal passaggio dell’onda costituiscono il fronte d’onda…
Il comportamento delle onde sismiche
Quando il fronte d’onda incontra una superficie di discontinuità, l’onda subisce fenomeni di rifrazione e di riflessione.Una superficie di discontinuità è una zona in cui cambiano le caratteristiche chimico-fisiche del mezzo attraversato.
Il comportamento delle onde sismiche
-Se l’onda passa da un mezzo con densità minore a uno con densità maggiore, la velocità aumenta e la sua inclinazione diminuisce (a).-Se l’onda passa da un mezzo con densità maggiore a uno con densità minore, la velocità diminuisce e la sua inclinazione aumenta (b).
Il comportamento delle onde sismiche
La presenza del nucleo esterno liquido provoca l’estinzione delle onde S che lo attraversano, mentre le onde P passano indisturbate.
La struttura interna della Terra
Lo studio del comportamento delle onde P e S ci dice che la Terra è costituita da una serie di involucri a densità crescente verso il nucleo.
Ogni involucro è separato dal successivo tramite una superficie di discontinuità.
Le superfici di discontinuità
Discontinuità di Mohorovicic (Moho): separa la crosta dal sottostante mantello.
Si trova ad una profondità variabile:- 11 Km sotto gli oceani- 35 Km sotto i continenti- 80 Km sotto le catene montuose più elevate.
Le superfici di discontinuità
Discontinuità di Gutenberg: separa il mantello dal sottostante nucleo.
Si trova alla profondità di 2900 Km
Le superfici di discontinuità
Discontinuità di Lehmann: separa il nucleo esterno (liquido) dal nucleo interno (solido)..
Si trova alla profondità di 5000 Km
Discontinuità di Repetti: separa il mantello superiore (più plastico) dal mantello inferiore (più rigido)..
Gli involucri della Terra
Schematizzando possiamo riconoscere: - litosfera, (crosta + mantello litosferico) ad alta velocità di propagazione delle onde sismiche (zona solida)
- astenosfera, a bassa velocità di propagazione delle onde sismiche (zona fusa)
Gli involucri della Terra
- mantello inferiore, a crescente velocità di propagazione delle onde sismiche (maggiore densità)
- nucleo esterno fluido- nucleo interno solido
Il calore interno della Terra
Lo strato superficiale della crosta,fino a circa 25 – 30 metri di profondità ha una temperatura dipendente da quella ambientale.
Scendendo più in profondità la temperatura cresce progressivamente:
Il calore interno della Terra
Si chiama gradiente geotermico l'aumento della temperatura con la profondità.
In media questo gradiente e di circa 1 grado centigrado ogni 33 metri (3 gradi ogni 100 metri) di profondità.
Tale gradiente è un valore medio in quanto ogni regione risente di una peculiare situazione geologica.
La geoterma
Questa curva descrive l’andamento della temperatura in funzione della profondità e permette di descrivere lo stato fisico degli involucri terrestri
HFU (Heat Flow Unit)
Il nostro pianeta diffonde calore che, dal nucleo e dal mantello, si trasferisce alla crosta e all'atmosfera (anche se il calore che assume l'atmosfera da questi processi è assai minore di quello che è fornito dal Sole).
HFU (Heat Flow Unit)
In media il calore calcolato è pari a pari a 0,06 watt per metro quadro, quindi moltiplicato per tutta la superficie si arriva a valori di 30.000 miliardi di watt.
HFU (Heat Flow Unit)
Questa energia termica, per unità di tempo e di area, costituisce il flusso di calore e viene espressa in HFU (Heat Flow Unit) ed è equivalente ad una microcaloria per centimetro quadro al secondo
HFU (Heat Flow Unit)
Il flusso di calore diminuisce con l'aumentare dell'età del fondo oceanico, cioè via via che ci si allontana dalla dorsale dove si registrano flussi intorno ai 2 HFU. Nelle fosse oceaniche al contrario si registrano valori inferiori ad 1 HFU.
HFU (Heat Flow Unit)
Il flusso di calore in corrispondenza dei continenti è piuttosto basso (circa 1 HFU)
HFU (Heat Flow Unit)
Il flusso di calore in funzione dell’età dei fondali oceanici
L'Italia è posta su una zona ad alto flusso di calore a causa dell'elevata attività tettonica e vulcanica dell'area del Mediterraneo (superiore a 2 HFU nella parte delle Alpi e a 3 HFU nella regione vulcanica Tosco-Laziale).
Il trasporto del calore dal nucleo verso la crosta terrestre
Conduzione (ma le rocce hanno una scarsa conducibilità termica: uno strato di lava spesso 50 metri si raffredda in circa 150 anni.)
Deve quindi esistere un altro meccanismo di trasporto del calore:
La convezione
La convezione
Nel mantello sono localizzate correnti convettive che trasportano il calore dall’interno del pianeta verso l’esterno…
La convezione
Le correnti convettive danno luogo a zone di convergenza e di divergenza. In corrispondenza delle prime si trovano fosse oceaniche, archi insulari, catene montuose. In corrispondenza delle seconde troviamo le dorsali oceaniche.
I terremoti
Un terremoto o sisma, è un'improvvisa, rapida vibrazione del suolo causata dal rilascio di una grande quantità di energia accumulata in masse rocciose. Il fenomeno che sta alla base della maggior parte dei terremoti è chiamato rimbalzo elastico.
I terremoti
A pressioni non elevate le masse rocciose, se sottoposte a sforzi, hanno un comportamento “elastico": la roccia si deforma in modo elastico fino ad un valore A dello sforzo accumulando energia.
I terremoti
Al di sopra di tale valore la relazione non è più lineare. Quando lo sforzo raggiunge un determinato valore C (punto di rottura) la roccia si rompe, liberando tutta l'energia accumulata fino a quel momento.
I terremoti
Se una porzione di roccia inizia a deformarsi, essa offrirà una certa resistenza ma quando le forze che tengono insieme la roccia vengono superate da quelle che tendono a deformarla allora questa si spezza a partire dal punto più debole dove si crea una faglia.
I terremoti
L'energia accumulata nelle rocce si libera sotto forma di intense e rapide vibrazioni che si propagano in tutte le direzioni sotto forma onde sismiche.
I terremoti
Le vibrazioni prodotte dalle onde sismiche si possono scomporre in due componenti:
1) verticale, che dà origine a scosse sussultorie
2) orizzontale, che dà origine a scosse ondulatorie
I terremoti
Le linee immaginarie che uniscono i punti dove il sisma si è manifestato con la stessa intensità sono dette isosisme.
Le isosisme del terremoto in Irpinia del 1980
In base alla profondità dell'ipocentro i terremoti si possono dividere in:
1. terremoti superficiali con ipocentro tra 0 e 70 km; rappresentano circa l'85% di quelli registrati ogni anno;
2. terremoti medi con ipocentro tra 70 e 300 km; rappresentano circa il 12% del totale;
3. terremoti profondi con ipocentro oltre i 300 km; sono circa il 3% del totale.
Intensità dei terremoti : il sismografo
Fondamentalmente un sismografo è un semplice pendolo. Quando la terra trema, la base dello strumento si muove con essa, ma l'inerzia mantiene il pendolo in posto. Esso allora sembrerà muoversi, relativamente al suolo che vibra.
Intensità dei terremoti : il sismogramma
Muovendosi esso traccia su un rullo di carta una registrazione chiamata sismogramma.
Nel sismogramma si riconoscono 3 fasi successive:
1) Fase iniziale che registra le onde P e S2) Fase principale che registra le onde superficiali3) Fase finale che registra onde sempre più smorzate
Intensità dei terremoti: le scale sismiche
La scala Mercalli si basa sugli effetti provocati da un sisma.
grado
scossa descrizione
I strumentale non avvertito
II leggerissima avvertito solo da poche persone in quiete, gli oggetti sospesi esilmente possono oscillare
III leggera avvertito notevolmente da persone al chiuso, specie ai piani alti degli edifici; automobili ferme possono oscillare lievemente
IV mediocre avvertito da molti all'interno di un edificio in ore diurne, all'aperto da pochi; di notte alcuni vengono destati; automobili ferme oscillano notevolmente
V forte avvertito praticamente da tutti, molti destati nel sonno; crepe nei rivestimenti, oggetti rovesciati; a volte scuotimento di alberi e pali
VI molto forte avvertito da tutti, moltispaventati corrono all'aperto; spostamento di mobili pesanti, caduta di intonaco e danni ai comignoli; danni lievi
VII fortissima tutti fuggono all'aperto; danni trascurabili a edifici di buona progettazione e costruzione, da lievi a moderati per strutture ordinarie ben costruite; avvertito da persone alla guida di automobili
VIII rovinosa danni lievi a strutture antisismiche; crolli parziali in edifici ordinari; caduta di ciminiere, monumenti, colonne; ribaltamento di mobili pesanti; variazioni dell'acqua dei pozzi
IX disastrosa danni a strutture antisismiche; perdita di verticalità a strutture portanti ben progettate; edifici spostati rispetto alle fondazioni; fessurazione del suolo; rottura di cavi sotterranei
X disastrosissima
distruzione della maggior parte delle strutture in muratura; notevole fessurazione del suolo; rotaie piegate; frane notevoli in argini fluviali o ripidi pendii
XI catastrofica poche strutture in muratura rimangono in piedi; distruzione di ponti; ampie fessure nel terreno; condutture sotterranee fuori uso; sprofondamenti e slittamenti del terreno in suoli molli
XII grande
catastrofe danneggiamento totale; onde sulla superfice del suolo; distorsione delle linee di vista e di livello; oggetti lanciati in aria
Essa è quindi una scala empirica: la valutazione dell’intensità del sisma dipende da numerosi fattori (geologia del luogo, densità abitativa, tipologia di edifici)
La scala Richter si basa sulla magnitudo, definibile come:
M = log A – log A°
Dove A° è’ l’ampiezza di un terremoto standard e A è l’ampiezzadel terremoto da analizzare, misurate su un sismografo.
Intensità dei terremoti: le scale sismiche
E’ quindi una scala oggettiva.
La scala Richter può assumere valori interi, decimali e anche negativi.
La magnitudo più elevata mai registrata è pari a 9.
La maggior parte dei terremoti si verifica:
1) Lungo le dorsali oceaniche
2) Nei sistemi arco-fossa
3) Lungo le faglie
4) Nelle zone orogenetiche
Distribuzione geografica dei terremoti
I sismi si verificano comunque in aree geologicamente attive..
Distribuzione geografica dei terremoti
Tali zone coincidono con i margini delle placche litosferiche.
Confronto con la mappa delle placche litosferiche
La sismicità in Italia
L'Italia è situata nella
zona di collisione tra
le placche Africana
ed Eurasiatica, e
questo fatto
comporta un elevato
rischio sismico.
La sismicità è
concentrata nella
parte centro-
meridionale della
penisola ed in alcune
aree settentrionali.
