05. 08. 2021 Ultimo Aggiornamento 01. 08. 2021

Il terremoto e la sua rappresentazione

Categoria: L'angolo di Boschi

Il terremoto è una frattura che si propaga con una velocità di qualche chilometro al secondo nella crosta terrestre. La crosta è lo strato sottile, più o meno 5-30 km, che contiene tutta la Terra, che ha un raggio di circa 6.400 km. Le rocce che compongono la crosta sono fragili. Il termine "fragile" è da intendersi in senso tecnico: è fragile ciò che si può fratturare. Diverso da "duttile", che è un mezzo che si può modificare, che può anche fluire ma che non si frattura.

Alla frattura di un oggetto fragile è sempre associato un suono: delle onde sonore, meccaniche. Se si vuol rompere in due pezzi una matita, si comincia piegandola, cioè deformandola, finché non si verifica la frattura a cui si associa un suono caratteristico. Osserviamo che per deformare la matita, prima della rottura, abbiamo usato la forza dei nostri muscoli e, quindi, abbiamo fornito energia alla matita, energia che chiamiamo energia di deformazione.

Il meccanismo di un terremoto è analogo: una zona della crosta terrestre viene sottoposta ad azioni molto energiche da forze interne al nostro Pianeta.

Viene deformata. Il processo è molto lento.

Può durare decenni, secoli, addirittura millenni ma ad un certo momento le rocce della zona in esame si romperanno e alla frattura sarà associata la produzione di onde meccaniche: le onde sismiche.

Le onde sismiche possono essere molto energetiche e, andando a sollecitare le fondamenta di edifici mal costruiti, ne possono provocare un rapidissimo crollo.

Troppe immagini di crolli sono nella nostra mente per terremoti, anche non particolarmente violenti, che ogni tre o quattro anni si verificano nel nostro Paese.

Torniamo al terremoto: nell'esempio della matita sono i nostri muscoli che forniscono l'energia per romperla e per produrre il suono caratteristico. Ma che cosa fornisce l'energia necessaria a provocare un terremoto? A produrre, cioè, una frattura nella crosta che può essere lunga anche molte decine di chilometri?

Sotto la crosta fragile si trova uno strato duttile. In esso si verificano moti convettivi di materiale. In altre parole: materiale caldo, quindi più leggero, dal basso viene verso l'alto mentre materiale freddo, più pesante, va verso il basso.

Esattamente come avviene in una pentola d'acqua messa a scaldare sopra un fornello. Solo che i processi convettivi entro la Terra sono lentissimi: per intendersi, dell'ordine di grandezza di cinque centimetri all'anno. Le nostre unghie, tanto per avere un'idea, crescono più in fretta. Ma la Terra non ha fretta: esiste da circa cinque miliardi di anni e possiamo considerarla ancora giovane.

I moti incessanti che abbiamo descritto deformano costantemente zone ormai ben identificate della crosta. Ma niente può essere deformato all'infinito.

L'energia che il sistema assorbe durante la deformazione lo rende instabile. Ma ogni sistema naturale tende alla stabilità, cioè a valori bassi di energia. Allora, come abbiamo detto, la zona deformata per tornare a uno stato stabile, o di equilibrio relativo, si libera dell'energia in eccesso. Il meccanismo scelto dalla natura per tornare alla stabilità è appunto la frattura che consente di eliminare l'energia in eccesso attraverso onde meccaniche o sismiche che dir si voglia.

Si genera così una superficie di frattura, che i geologi chiamano faglia.

Durante il sisma, lungo questa superficie si ha uno scivolamento di una parte della crosta rispetto all'altra.

Per esempio, in un recente fortissimo terremoto cileno la faglia è lunga circa 250 chilometri e lo spostamento della crosta è stato tra i sei e i nove metri. Una cosa enorme: immaginate di spostare tutto il Lazio di sei metri rispetto al resto d'Italia!

Il nostro Pianeta ha grandissime riserve di energia!

Per "fortuna" in Italia le nostre faglie, anche nei casi più drammatici, raramente superano i 50 chilometri e gli spostamenti crostali sono "soltanto" di alcune decine di centimetri.

Una cosa da notare è che il processo del terremoto è rapidissimo: pochi minuti nei terremoti fortissimi, decine di secondi nei terremoti italiani più forti.

Ma il processo di preparazione può essere, anzi è, molto lungo.

Più forte è il terremoto, più tempo sarà stato necessario alle forze interne della Terra per accumulare in quella particolare zona l'energia necessaria. Quindi, noi, per la limitata durata della nostra vita, consideriamo rari i terremoti, specialmente quelli molto forti. In realtà, guardando le cose su scale temporali molto più lunghe, scale geologiche come suol dirsi, si vede che la sismicità è una costante continua del nostro Pianeta.

Non si può immaginare un Pianeta come il nostro senza terremoti! Se non ci fossero i terremoti non ci sarebbero neanche i vulcani, le catene montuose, le fosse oceaniche ... addirittura non ci sarebbe l'atmosfera: insomma, non ci sarebbe la vita. Quindi i terremoti, più che una punizione, potremo pensarli come un dono divino.

In Italia, alla parola terremoto si associano disgrazie, lutti, abbassamento della qualità della vita, perdita di ricchezza e lavoro, miseria ... Ma non è colpa dei terremoti.

In realtà, in Italia, dal dopoguerra ad oggi, abbiamo assistito ad una spietata speculazione edilizia, che ha prodotto ricchezze per pochi e terribili tragedie per molti.

La California, il Giappone, la Turchia, il Cile, la Nuova Zelanda ... hanno prodotto o stanno producendo, invece, un'edilizia che salvaguarda la vita anche se, come è noto, il rischio zero non può essere mai raggiunto.

Solo l'Italia, fra i Paesi sviluppati, nulla ha fatto e sta facendo per difendersi dai terremoti. Anzi è forte l'impressione che la bassa qualità costruttiva sia voluta per poter ricostruire più spesso e così avere benefici economici più frequenti.

Le vere cause dei terremoti sono state scoperte solo intorno agli anni venti del secolo scorso; infatti, prima alcuni popoli antichi credevano per esempio che i fenomeni sismici fossero causati dai movimenti di animali su cui poggiava la terra o che fossero punizioni delle divinità.

I greci furono i primi a tentare una spiegazione non mistica del fenomeno. Aristotele, ad esempio, propose che i terremoti fossero causati dal vento sotterraneo che incendia materiale combustibile.

Dopo il grande terremoto di San Francisco del 1906, grazie a misure geodetiche effettuate prima e dopo il terremoto, un geofisico statunitense, Harry Fielding Reid (1859-1944), enunciò la teoria del "rimbalzo elastico".

Le misure geodetiche provarono che le pareti opposte della faglia di San Andrea, prima della grande scossa, si stavano muovendo lentamente in direzioni opposte l'una rispetto all'altra a causa delle forze tettoniche.

È così che si provoca l'accumulo di energia elastica, che poi si scarica molto rapidamente sotto forma di calore e onde meccaniche: si rompe cioè l'equilibrio meccanico per un breve intervallo di tempo, per poi ritornare bruscamente (rimbalzo) a una nuova condizione di equilibrio.

Le forze che hanno provocato tutto questo continuano ad operare e il processo continuerà per tempi lunghissimi ...

Da Reid partì il grande sviluppo che si ebbe e che si continua ad avere della moderna Sismologia, grazie allo sviluppo delle tecnologie necessarie al monitoraggio raffinato di tutto Pianeta, di sofisticate tecniche fisico-matematiche e della grande potenza di calcolo disponibile.

Forse non tutti sanno che le basi concettuali per sviluppare l'attuale teoria della sorgente sismica è dovuta, anche se a loro insaputa, a matematici e fisici italiani

In particolare, Enrico Betti (Pistoia, 1823 – Pisa, 1892) fu capace di rappresentare il verificarsi di una frattura in un mezzo continuo con un sistema di forze che producono un campo di spostamenti equivalente a quello generato dalla frattura stessa.

Nel campo della fisica della frattura, importanti progressi vennero dal grande Vito Volterra (Ancona 1860 – Roma 1940). Ulteriori sviluppi sono dovuti a Antonio Signorini (Arezzo, 1888 - Roma 1963) e a Dario Graffi (Rovigo 1905 - Bologna 1990).

Anche se questi eccellenti scienziati sono ignorati nei libri di testo di Geofisica, è stato possibile, grazie a loro, dare un'interpretazione unitaria della grande varietà di meccanismi focali dei tanti terremoti che si verificano sulla Terra.

Ed è così che, per esempio, venne introdotto il tensore Momento Sismico, un modo semplice ed elegante di rappresentare i parametri principali che descrivono il terremoto.

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