dopo il sisma che il 24/08/2016 ha colpito l’Italia centrale, qualche informazione dal taglio volutamente divulgativo

1- Come misurare l’INTENSITÀ di un terremoto?
Per millenni, uomini e donne di scienza non hanno potuto far altro che annotare i danni causati dai terremoti; in epoca medievale e all’inizio di quella moderna tale compito è stato svolto soprattutto da monaci [a], che tentavano di registrare anche la durata delle scosse comparandola con la durata delle preghiere (una scossa poterva durare “una Ave Maria” o “un Miserere”, per esempio), in mancanza di strumenti atti a registrare lo scorrere del tempo.

Su questa stessa logica si sono sviluppate le prime scale sismiche moderne, da quella di Domenico Pignataro (anni 1780) a quella di Rossi-Forel (circa un secolo dopo) a quella notissima di Giuseppe Mercalli (inizi del XX secolo) fino a giungere a quelle attualmente usate (Scala Macrosismica Europea – EMS, Mercalli Modificata – MM, scala Mercalli-Cancani-Sieberg, – MCS, etc). La MCS è in realtà quella di cui si sente spesso parlare come “scala Mercalli”, e prevede 12 gradi: da “nessun effetto / non percepita” (1) a “distruzione totale” (12).

Queste scale misurano l’intensità di un terremoto, ossia gli EFFETTI del sisma nell’ambiente che esso interessa, molto spesso connessi a opere dell’essere umano. Date un’occhiata alla MCS, per esempio: http://images.slideplayer.it/8/2357203/slides/slide_6.jpg.

Pertanto la classificazione su queste scale è fortemente dipendente dalla presenza di manufatti umani in zona epicentrale: un terremoto nel deserto avrebbe una classificazione MCS inferiore rispetto a un sisma meno forte che però ha crepato delle pareti.

2- Come misurare la MAGNITUDO di un terremoto?
Come appena detto, le scale che misurano l’intensità di un terremoto non sono adatte a dare una stima univoca della sua grandezza, della sua magnitudo. Per far ciò, è stato indispensabile trovare una grandezza fisica misurabile per tutti i sismi, in modo da poter poi comparare tali misurazioni.

Charles Richter e Beno Gutenberg ci hanno lavorato su, e nel 1935 hanno introdotto un sistema per misurare la magnitudo in base all’AMPIEZZA MASSIMA della traccia sismica registrata da un sismometro in possesso di determinate caratteristiche [b].

Quindi: avviene un sisma, il sismometro registra una traccia, la cui ampiezza massima (che chiamiamo A) viene misurata.

Questa misurazione viene comparata con quella di un terremoto standard, quello di magnitudo con valore convenzionale di 0, quello che fa registrare una ampiezza massima (che chiamiamo A0) pari a 1 μm (1 micrometro, ossia un millesimo di 1 millimetro, un milionesimo di 1 metro) a un sismometro posto a 100 km dall’epicentro.

Il logaritmo in base 10 (log) del rapporto tra l’ampiezza registrata dal nostro evento sismico e quella del terremoto di riferimento fornisce la MAGNITUDO LOCALE (ML) (“di Richter”) del nostro evento sismico. La relazione è quindi:

ML = log (A/A0)

La magnitudo locale presenta diverse limitazioni: è particolarmente valida per terremoti vicini (meno di 300 km dall’epicentro e comunque non oltre 600 km) e si basa sull’utilizzo di particolari sismometri, come detto.

Per questo motivo, si utilizzano anche altre misure di magnitudo, che si basano sempre sulla misurazione dell’ampiezza del sismogramma, ma che considerano altri elementi come il periodo delle oscillazioni, la distanza dall’epicentro, la profondità dell’ipocentro. Esse sono:
– la magnitudo delle onde superficiali (MS), per terremoti lontani (epicentro a oltre 600 km);
– la magnitudo delle onde di volume (Mb), per terremoti profondi (profondità a oltre 60 km);
– la magnitudo del momento sismico (MW), la migliore per definire terremoti grandi e per questo la più usata per questi eventi;
– la magnitudo di durata (Md), che prende in considerazione la durata dell’evento sismico.

Ho descritto nel dettaglio queste misure (a parte Md) in questo documento: https://www.scribd.com/document/291217421/Magnitudo-e-meccanismo-focale-dei-terremoti [c]. Esse sono tutte logaritmiche.

3- Che c’entra il logaritmo?
Il logaritmo in base X di un numero N è l’esponente al quale X deve essere elevato per avere come risultato N.

Esempio: X = 2, N = 8: il logaritmo in base 2 di 8 è 3 (log2 8 = 3), perché 2^3 = 8.

Il logaritmo in base 10 (log) è particolarmente utile per definire delle scale. Ritornando alla relazione per ML: se A è 10 volte più grande di A0, ML = log (10/1) = log 10 = 1; se fosse 100 volte più grande, ML = log (100/1) = log 100 = 2, e così via.

Da questo consegue che un terremoto di magnitudo 6 (per esempio) causa un’oscillazione 10 volte maggiore di uno di magnitudo 5, 100 volte maggiore di uno di magnitudo 4, 1000 volte maggiore di quello di magnitudo 3, e così via.

4- Conoscendo la magnitudo, si può determinare l’energia rilasciata dal sisma?
Sì. Si può determinare, con calcoli discussi nel dettaglio di nuovo qui https://www.scribd.com/document/291217421/Magnitudo-e-meccanismo-focale-dei-terremoti, che un terremoto di magnitudo 6 (per esempio) liberi un’energia circa 32 volte maggiore di uno di magnitudo 5, circa 32 x 32 = 1024 volte maggiore di uno di magnitudo 4, circa 1024 x 32 = 32768 volte maggiore di quello di magnitudo 3, e così via.

Esistono tabelle che mettono in relazione magnitudo ed energia liberata [d].

5- Quella questione della magnitudo diversa tra INGV e USGS… ?
In molti hanno notato come la scossa principale recente del terremoto del centro Italia sia stata dichiarata con diverse intensità (l’INGV ha dichiarato MW = 6.0, altri istituti MW = 6.2). È tutto regolare, e il perché è spiegato qui https://ingvterremoti.wordpress.com/2016/08/26/terremoto-in-italia-centrale-del-24-agosto-la-stima-della-magnitudo-dellingv/

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[a] Un esempio su tutti: Padre Filippo da Secinara (sic!), autore nel 1652 del “Trattato universale di tutti li terremoti occorsi, e noti nel mondo, con le casi infausti ed’ infelici pressagiti da tali terremoti […]”, uno dei primi, forse il primo, trattato storico sui terremoti. A Padre Filippo il Comune di Secinaro ha intitolato la propria biblioteca http://www.secinaro.comnet-ra.it/focus-on/89-biblioteca-comunale-intestata-a-padre-filippo-da-secinara.html

[b] Un sismometro di tipo Wood-Anderson, con periodo proprio T = 0,8 s, amplificazione massima pari a 2800 e smorzamento h = 0,8

[c] Esistono anche altre misure, come la “weighted magnitude” e la “weighted design magnitude”, raramente utilizzate: http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/WCEE2012_3910.pdf

[d] per esempio questa tabella https://jbarbati.files.wordpress.com/2016/09/quake-joules.png?w=474 (tratta da https://qvsdata.files.wordpress.com/2010/11/quake-joules.png), che mette in relazione magnitudo ed energia liberata, misurata in kilojoule.

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