MISURARE UN TERREMOTO - Scala Mercalli e Magnitudo Richert

[0:00]Esistono due modi per misurare un terremoto. Uno assoluto che misura l'effettiva energia liberata dal sisma, l'altro invece è relativo, relativo ai danni che questo terremoto può dare sul territorio.

[0:13]che possono dipendere dalla vulnerabilità delle strutture, quindi dagli edifici che ci sono o non ci sono, e dalla tipologia di terreni che costituisce la superficie, in cui possono amplificare o smorzare le onde sismiche. Vediamo in dettaglio questo argomento.

[0:28]Le onde sismiche possono essere registrate con il sismografo, uno strumento in passato analogico, oggi digitale che registra le accelerazioni del terreno, quindi registra la variazione brusca di velocità del terreno, che sono di fatto delle accelerazioni.

[0:44]Queste vengono registrate nelle tre direzioni dello spazio, X, Y e Z e scomposte per riconoscere le singole componenti. Da questi strumenti è possibile ricavare informazioni dirette ed indirette, come l'energia e la distanza dell'epicentro e come vedremo anche dell'ipocentro.

[1:03]Parliamo della prima scala, quella che misura l'energia, quindi la scala che poi in realtà non è una scala, ma è un modo di misurare l'energia del terremoto, chiamato magnitudo. Perché dico che non è una scala? Perché non ha un tetto.

[1:17]Cioè, mentre una scala, come vedremo dopo, è una tabella di valori prefissati che ha un inizio, cioè un valore più basso e uno più alto limitati, e quella è una scala, la magnitudo non è una scala perché non ha un valore massimo. Il valore è solamente nella Terra.

[1:35]Per esempio, il terremoto più forte mai registrato è un magnitudo 9.5, è stato registrato in Cile negli anni '60, però nulla vieta che un giorno ci sarà un terremoto 10.5, dipende solamente dalla Terra.

[1:50]Cosa misura la magnitudo? Misura l'ampiezza delle onde sismiche. Qui vediamo tre esempi, magnitudo 1, 2 e 3. ML sta per magnitudo locale, vedremo poi la differenza.

[2:01]E cosa significa? Cioè, in base a quanto è ampia l'oscillazione del terreno, quindi l'ampiezza dell'onda, io do un valore alla magnitudo. Visto che i terremoti possono variare tantissimo per milioni di volte, tra il più basso e il più forte,

[2:20]si utilizza una scala logaritmica per poter avere la maggior numero di misurazioni possibili in un intervallo piccolo di valori e si prende come riferimento una scala logaritmica in base 10.

[2:31]Vuol dire che un terremoto di magnitudo 2 ha un'ampiezza che è 10 volte quello di magnitudo 1 e 1/10 di quello di magnitudo 3, che a sua volta è 100 volte (10x10) un terremoto di magnitudo 1.

[2:58]Infatti si moltiplica per 10 il valore dell'ampiezza ogni volta che faccio il salto di un valore di magnitudo. Questo è ciò che significa quando dico che è una scala logaritmica in base 10.

[3:10]Quindi la forza del terremoto, ovvero l'oscillazione massima del terreno, varia di un fattore 10 ogni volta che salgo di un punto di magnitudo.

[3:18]E qui possiamo vedere in questa scala, praticamente, i vari valori dei terremoti misurati. Il terremoto più forte mai registrato da strumenti umani, è quello che ho detto prima, avvenuto in Cile, a Valdivia, nel 1960.

[3:33]È stata registrata una magnitudo di 9.5, quindi la più forte mai registrata, ma visto che non c'è un limite superiore, nulla vieta che un giorno si possa registrare un terremoto più forte, di magnitudo 10 o magnitudo 11.

[3:49]Se cascasse la luna, creerebbe delle onde sismiche tali da arrivare a registrare terremoti di magnitudo 10.000, quindi in realtà non c'è un limite superiore.

[3:59]Semplicemente, il più forte mai registrato fino ad ora è di un valore 9.5.

[4:02]Sicuramente il meteorite che ha ucciso i dinosauri 66 milioni di anni fa ha creato delle onde sismiche talmente potenti da lanciare nello spazio frammenti di crosta terrestre.

[4:13]Quindi in questo caso le accelerazioni delle onde sismiche superavano di molto la velocità di fuga della Terra, e la magnitudo di queste onde sismiche sarà stata veramente molto alta.

[4:23]Detto questo, questa è la forza di un terremoto, ovvero l'oscillazione massima che il terreno può avere durante quel terremoto, che però è ben diversa dall'energia del terremoto, che è l'energia che è stata sprigionata dal terremoto.

[4:38]E si può calcolare l'energia dalla ampiezza dell'onda sismica.

[4:41]Andiamo avanti e vediamo cosa dice in questo slide. Si può calcolare l'energia di un terremoto dall'ampiezza della sua onda sismica. Si prende come standard l'ampiezza di un terremoto di riferimento, A0, misurato a 100 km dall'epicentro con un'oscillazione massima di 0,001 mm.

[5:08]E si calcola nella seguente formula: M = Log10 (A/A0).

[5:21]A è l'ampiezza del terremoto che stiamo misurando in questo momento, A0 è l'ampiezza del terremoto standard preso come riferimento, cioè quello che crea uno spostamento di 0,01 mm, registrato a una distanza di 100 km dall'epicentro.

[5:37]E come detto prima, questo, cioè l'ampiezza, è il movimento del terreno, quindi la forza del terremoto, che varia di un fattore 10 ogni volta che si sale di un punto di magnitudo.

[5:50]L'energia, invece, varia con una scala logaritmica in base 30, ovvero ogni volta che si sale di un valore di magnitudo, l'energia viene moltiplicata per 30.

[5:59]E quindi possiamo dire che l'energia di un terremoto, che è diversa dalla forza del terremoto (l'energia è l'energia sprigionata, la forza è quanto si muove il terreno in superficie), l'energia varia di un fattore 30 tra un punto di magnitudo ed un altro.

[6:14]Così un terremoto di magnitudo 3 è 30 volte uno di magnitudo 2, che a sua volta è 30 volte più energetico di un terremoto di magnitudo 1.

[6:23]Quindi un terremoto di magnitudo 3 è 30 volte per 30 volte, quindi 900 volte più energetico di un terremoto di magnitudo 1. Quindi, vedete come questi valori si moltiplicano in modo esponenziale ogni volta che faccio un salto di un punto di magnitudo.

[6:41]Questa è la formula, quindi M è il log10 di A con 0. La magnitudo non ha un valore massimo, quindi non è una scala, il limite è solamente nella Terra, l'ho detto prima.

[6:53]Invece, un terremoto di magnitudine 0 è un terremoto che coincide con il terremoto standard, quindi di fatto un terremoto di magnitudo 0 sarà identico a un terremoto che a 100 km dall'epicentro crea un'oscillazione del terreno di 0,001 mm.

[7:14]E quindi, il terremoto magnitudo 0 equivale a un terremoto identico a quello come preso di riferimento, quello standard. Invece, oggi esistono strumenti talmente tanto sensibili da poter registrare terremoti anche più deboli di quello standard.

[7:27]In quel caso abbiamo una magnitudo negativa, quindi, ad esempio, se ho un terremoto di magnitudo -1 o -2 o -3, sto misurando un terremoto minore di quello preso come riferimento.

[7:40]Per esempio, un terremoto di magnitudo -1 è 30 volte meno energetico di un terremoto standard che ha magnitudo 0. E la sua oscillazione del terreno è 10 volte inferiore a quella del terremoto standard.

[7:56]Quindi ci oggi esistono strumenti talmente sensibili da poter misurare oscillazioni veramente piccole e quindi si cominciano a misurare anche terremoti con magnitudine negativa.

[8:10]Andiamo avanti e facciamo un esempio pratico. Questo è il terremoto che il 6 aprile 2009 ha colpito l'Aquila.

[8:18]È un terremoto che ha avuto un valore di magnitudo pari a 6, e lo mettiamo a confronto con il terremoto dell'11 marzo 2011 che in Giappone ha creato quel potente tsunami che poi ha causato l'incidente di Fukushima, ovvero quando lo tsunami ha colpito la centrale nucleare di Fukushima e ha creato con incidentente nucleare, che pare essere addittura più grave di quello di Cernobil dell'86.

[8:37]Qui il terremoto del giapponese aveva una magnitudo di 8.9, arrotondiamola a 9 per facilitare i calcoli. Allora, se vogliamo confrontare questi due terremoti, arrotondiamo per eccesso questa magnitudo 8.9 a 9 per farvi vedere i conti.

[8:53]Vi posso dire che il terremoto giapponese era almeno 27.000 volte più potente di quello dell'Aquila, perché visto che faccio un salto di tre punti di magnitudo, devo fare 30 x 30 x 30.

[9:07]Mentre il movimento del terreno, ovvero l'oscillazione del suolo, è stata 1.000 volte quella dell'Aquila, perché la forza del terremoto, quindi l'oscillazione del terreno, varia di un fattore 10 per ogni punto di magnitudo, devo fare 10 x 10 x 10.

[9:21]E quindi alla fine posso dire che un terremoto di magnitudo 9 è 27.000 volte più energetico e 1.000 volte più forte di un terremoto di magnitudo 6.

[9:31]Quindi vedete come con questi due semplici esempi ho potuto spiegare bene il concetto della magnitudo, ovvero forza ed energia di un terremoto.

[9:40]L'energia è l'energia elastica sprigionata dal terremoto lungo il piano di faglia, la forza è l'oscillazione massima del terreno causata dall'ampiezza delle onde sismiche generate.

[9:54]Andiamo avanti e vediamo quanti terremoti ci sono nel mondo. Ogni anno i terremoti nel mondo sono almeno 1 milione, ma la stragrande maggioranza di questi terremoti sono molto piccoli, a malapena si percepiscono o non si percepiscono affatto.

[10:07]Man mano che aumenta l'energia del terremoto, diminuiscono i terremoti, fino ad avere ogni anno almeno 2.000 terremoti di magnitudo 5, 200 terremoti di magnitudo 6, 20 terremoti di magnitudo 7, 3 terremoti di magnitudo 8 e meno di un terremoto all'anno di magnitudo 9.

[10:26]Quindi, vedete come man mano che aumenta la forza e l'energia del terremoto, diminuiscono i terremoti che ci sono nel mondo.

[10:33]Quindi, per questo che, anche se abbiamo un milione di terremoti nel mondo, poi in realtà non è che tutti i giorni c'è un terremoto che distrugge una città.

[10:40]Semplicemente, ogni anno ci sono almeno due o tre o poco più eventi sismici che possono colpire zone abitate e in alcuni casi, questi terremoti possono avere anche effetti devastanti.

[10:51]Però per il 99,9% tutti i terremoti del mondo sono molto piccoli e non fanno danni.

[10:57]Ora, la situazione si complica un pochino, perché in realtà, quando fu sviluppato questo metodo della magnitudo, era sviluppato per terremoti locali.

[11:04]Infatti, questo signore, Richter, ha studiato questi terremoti in California e, ovviamente, veniva utilizzata questa scala per terremoti locali della California, con una bassa profondità e con una distanza più o meno intorno a un raggio di 600 km.

[11:18]Ora che questa scala è stata estesa allo studio di tutti i terremoti del mondo, risente delle conseguenze delle riflessioni e rifrazioni delle onde, quindi a volte lo stesso terremoto rimbalza più volte dentro il pianeta e riemerge più volte in superficie.

[11:35]Quindi un terremoto che avviene in Nuova Zelanda, ma viene registrato in America, subirà una registrazione di treni di onde differenti, dovuti a diversi echi.

[11:45]E allora cosa hanno fatto gli scienziati? Hanno visto che questa formula non è più valida a livello globale, e viene considerata come magnitudo locale, e si vanno a studiare altre formule per poter valutare meglio tutte le onde sismiche proveniente da un terremoto.

[12:00]Dobbiamo considerare che nelle normali stazioni sismometriche vengono considerati due tipi di onde, che sono le MB e le MS, ovvero le onde superficiali e le onde di volume.

[12:12]Quindi c'è una magnitudo diversa per calcolare queste onde. La scala della MB è considerata per le onde di volume, quindi P ed S, e si misura in questo modo: Log10 (A/T) + Q(D,h).

[12:27]Che cosa sono questi valori? Allora, A è l'ampiezza espressa in micron delle onde P. T è il periodo di oscillazione in secondi di queste onde, di onde P, perché sono onde di volume. Q è la distanza dall'epicentro ricavata dall'intervallo S-P del tomocrom e l'ho già spiegato prima.

[12:44]E poi, questa Q è anche in funzione della profondità dall'ipocentro in chilometri.

[12:49]Quindi, vedete come diventa più complicato il calcolo della magnitudo. Questa è per le onde di volume.

[12:57]Poi arriveranno sicuramente il treno di onde superficiali e allora si utilizza la scala MS, MS magnitudo per le onde superficiali. Log10 (A/T) + 1,66 Log10 (D) + 3,30.

[13:11]Vediamo cosa sono questi valori. A è l'ampiezza delle onde di Rayleigh, quindi le onde superficiali, T è il periodo e D è la distanza dall'epicentro.

[13:20]Quindi, vedete come da questa formula semplice, che è la formula della magnitudo locale, che ci dà una buona approssimazione dell'energia del terremoto, se questo avviene più o meno nell'arco di 600 km dalla registrazione, ha calcoli più complessi per poter valutare terremoti con distanze maggiori.

[13:35]Quindi, vedete che ogni stazione sismometrica, che oggi è tutta digitale e questi conti li fa il computerino che ha al suo interno, deve valutare tutti questi parametri per poter avere un valore effettivo o una misurazione abbastanza idonea del terremoto che sta valutando.

[13:52]Però, per semplificare e creare un ordine su tutti questi dati che otteniamo, gli scienziati hanno sviluppato un altro tipo di magnitudo.

[14:00]Abbiamo, quindi, una magnitudo che si basa su un concetto chiamato momento del terremoto. Che cos'è la magnitudo di un momento?

[14:08]Questo perché, in base al tipo di onde che si misurano, spesso si hanno valutazioni di magnitudo diverse per lo stesso evento sismico.

[14:15]Allora gli scienziati hanno così sviluppato la magnitudo di momento. Il momento di un terremoto, o momento sismico, è il lavoro svolto dal terremoto, misurato come prodotto tra l'area, chiamata S, della porzione di faglia che genera il terremoto, e il suo spostamento, chiamato D, e un parametro che tiene conto della resistenza alla rottura per sforzo di taglio della roccia fagliata.

[14:58]Questo valore viene immesso in questo calcolo. Questo è il momento magnitudo: 2/3 Log10 del momento sismico - 10,7.

[15:10]Questo valore di magnitudo prende in considerazione tutti i tipi di onde possibili.

[15:17]Quindi, di fatto, al posto della magnitudo locale vista prima, possiamo omettere questo valore che utilizza la stessa scala, quindi la scala magnitudo vista prima.

[15:26]Infatti, la magnitudo di momento usa la stessa scala della Richter già vista precedentemente per quello locale, ma è una misura più significativa perché tiene conto di tutti i valori, e soprattutto, perché il suo valore non dipende dal modo con cui le onde sismiche arrivano e come lo strumento di registrazione viene posizionato.

[15:47]Ma dipende unicamente dal momento sismico, che è un valore più intrinseco del terremoto stesso, perché deriva unicamente dal reale movimento della roccia sulla faglia.

[15:59]Quindi, questo è un calcolo che tende ad aggiornare la formula vista prima del magnitudo locale, a terremoti che possono essere registrati in qualsiasi parte del mondo.

[16:08]Ogni anno ci sono nel mondo almeno un milione di terremoti, ma solamente pochi di essi emettono la maggior parte dell'energia complessiva che ogni anno sembra girarsi intorno a 10 alla 26 erg.

[16:21]Questo è il modo con cui oggi si misura l'energia di un terremoto, però, come detto prima, esiste anche un'altra scala, quella relativa ai danni, che è la scala Mercalli.

[16:31]Questa è una scala relativa al danno. Non dipende solo dall'energia del terremoto, ma anche dai terreni attraversati e dalla fragilità degli edifici.

[16:41]Quindi è una scala relativa in cui lo stesso evento sismico può creare danni diversi in territori diversi. Lo stesso terremoto, infatti, può avere diverse valutazioni e della scala Mercalli in base alla diversa tipologia di danni che lo stesso evento sismico ha generato in aree differenti.

[16:58]Per convenzione si identifica il grado massimo raggiunto nel punto raggiunto dal danno maggiore, quindi vedete, queste sono delle isosismiche, ovvero delle linee che uniscono punti che hanno subito lo stesso danno, e praticamente queste isosismiche delimitano delle isoaree sismiche, ovvero delle zone ad area sismica che hanno subito lo stesso danno.

[17:19]Vedete che sono molto varie in base al territorio colpito.

[17:23]Ancora, perché dico relativo al territorio? Perché non è solamente la fragilità degli edifici.

[17:27]Per esempio, lo stesso terremoto può danneggiare una città fatta di fango e paglia in Afghanistan e non fare nemmeno un graffio ai grattacieli in cemento armato in Giappone.

[17:38]Quindi, vedete che dipende moltissimo dalla fragilità degli edifici, però anche dal terreno che questi attraversano, perché, come vediamo in questa immagine, terreni consolidati, rocce madri, tendono a smorzare le onde sismiche.

[17:50]Terreni sciolti, o sabbie chiare e argille intrisi d'acqua tendono ad amplificare. Lo stesso edificio posizionato su terreni diversi subisce, percepisce il terremoto in modi diversi, ma vedremo questo concetto meglio a breve.

[18:03]Queste sono le isosismiche, ovvero le linee che uniscono i punti che hanno avuto lo stesso danno sismico, che delimitano le isoaree sismiche, ovvero aree che hanno avuto lo stesso danno sismico.

[18:15]Vedete questi numeri romani? Questi numeri romani sono i numeri della scala Mercalli che abbiamo visto qua.

[18:20]Quindi, vedete come in base al numero, abbiamo diverse tipologie di percezione del terremoto. Infatti, abbiamo dalla semplice percezione strumentale o debole, fino a quella che fa praticamente tabula rasa, distrugge tutto.

[18:32]Perché ci interessa tutto questo? Perché questo ci permette di poter valutare il rischio, il pericolo che c'è in una data area sismica.

[18:40]Questa è una mappa dell'Italia che viene misurata in base all'accelerazione che può avere il terreno, ovvero i sismometri misurano le accelerazioni del terreno e questa carta ci dice quali sono le accelerazioni massime registrate nelle varie aree.

[18:56]Ovviamente, sono accelerazioni misurate in frazioni di g.

[19:02]Se vi ricordate, quando abbiamo fatto fisica, G è l'accelerazione di gravità, 9,81 m/s². Per dare un'idea, questa accelerazione corrisponde a quella che un'automobile ha quando percorre 100 metri partendo da ferma in 4,5 secondi.

[19:18]I sismologi monitorizzano il territorio, il terreno, in frazioni di G. I terremoti hanno valori compresi tra il 5% e il 35% della forza di gravità della Terra, quindi di G.

[19:30]Però ci sono anche i casi limiti. Ad esempio, c'è stato un terremoto ad Ancona, che nel '72 ha registrato un'accelerazione di gravità pari al 60% di G, che era un terremoto di magnitudo 4.5.

[19:43]Oppure addirittura c'è stato un terremoto in Uzbekistan, dove l'accelerazione verticale, quindi la G verticale, era superiore addirittura a quella della gravità, quindi gli oggetti venivano letteralmente lanciati per aria, pari a 1.3.

[19:57]Queste informazioni vengono usate per poi progettare strutture ed edifici che possano assorbire o resistere a queste accelerazioni.

[20:06]E qui abbiamo degli esempi. Questi sono laboratori reali, dove vengono costruiti edifici test per poter poi vedere come questi edifici resistono alle varie accelerazioni sismiche.

[20:16]Questa è una telecamera all'interno di un edificio costruito su una piattaforma mobile che vibra e qui vediamo una soluzione alternativa in cui abbiamo queste fondamenta ammortizzate, che tendono per inerzia a isolare l'edificio dalle onde sismiche del territorio.

[20:30]Quindi, queste mappe di accelerazioni sismiche registrate servono poi agli ingegneri per poter progettare soluzioni e poter resistere al terremoto.

[20:39]Infatti, l'unico modo che si ha per difendersi da un terremoto è costruire in modo adeguato, perché il terremoto non si può prevenire, non si può fermare.

[20:47]Ci si può solamente difendere costruendo strutture che possano reggere queste accelerazioni.

[20:53]Riassumendo, possiamo dire che la forza di un terremoto ci dà la sua intensità, la sua magnitudo e l'accelerazione del suolo.

[21:01]L'intensità misura solamente gli effetti su manufatti e territorio e quindi è una misura relativa alla zona e agli edifici che subiscono quell'evento sismico.

[21:11]E si misura, per confronto, con le scale Mercalli e si rappresenta con le linee isosismiche, ovvero quelle linee che delimitano zone che hanno subito gli stessi danni, le isoaree sismiche.

[21:25]Poi abbiamo la magnitudo, che invece misura la forza effettiva di un terremoto, quindi è un valore intrinseco del terremoto che avviene nell'ipocentro del sisma.

[21:34]Si ottiene confrontando il valore tra un terremoto standard, chiamato A0, questa è l'ampiezza del terremoto standard, che corrisponde all'oscillazione di 0,001 mm, misurato a una distanza di 100 km dall'epicentro, con il terremoto che stiamo misurando.

[21:52]E ci dà un unico valore riferito all'ipocentro e determinate con le varie magnitudo, la magnitudo locale, la magnitudo per le onde di volume, quella per le onde superficiali e il momento magnitudo.

[22:04]Quindi, sono tutte queste scale spiegate poco fa, sono tutti questi metodi per poter misurare il valore intrinseco del terremoto.

[22:11]E poi, è importante vedere misurare l'accelerazione del suolo, cioè i reali movimenti del suolo, del terreno, che corrisponde di fatto all'ampiezza dell'onda sismica.

[22:20]Viene misurata in frazioni di G, G è l'accelerazione di gravità corrispondente a 9,81 m/s², e da questi dati vengono create le carte della pericolosità sismica, ovvero quelle carte che mostrano l'accelerazione massima che può subire un terreno in una data area, con cui poi progetteremo le infrastrutture che possono essere costruite in quella data area sismica.

[22:47]Questo è solo un estratto della lezione completa dedicata ai terremoti. Nella lezione completa vedremo che cos'è un terremoto,

[22:55]vedremo quali sono le onde sismiche che lo caratterizzano e come queste si muovono all'interno del pianeta e come, grazie a loro, è stato possibile ricostruire la struttura interna della Terra.

[23:06]Poi vedremo come si registrano le onde sismiche e in che modo si possono misurare i terremoti con la magnitudo Richter e la scala Mercalli, e poi parleremo del rischio sismico, in particolare d'Italia, perché l'Italia è un paese fortemente sismico.

[23:21]Che cos'è il concetto del rischio e come si possono prevenire o limitare i danni in una zona sismica.

[23:28]Potete trovare questo ed altro ancora nella lezione completa di Scienze della Terra, la numero 26, sui terremoti, nel mio canale YouTube e sulle mie pagine social, Prof Antonio Loiacono. Grazie.