4. Le onde sismiche

4. Le onde sismiche

1. Definizione generale

La rottura di equilibrio degli ammassi rocciosi produce diversi tipi di onde. Ci sono diversi modi di propagazione delle onde sismiche, come pure ci sono diverse velocità di propagazione, secondo la densità delle rocce attraversate e secondo la profondità dell’ipocentro.

2. Onde longitudinali

Ci sono innanzitutto le onde primarie (o onde longitudinali), che producono dilatazioni e compressioni alternate nelle rocce e viaggiano con velocità comprese tra 6 e 13,6 km al secondo (anche in relazione al periodo in cui si verificano). Le onde primarie si propagano nei solidi, nei liquidi e nei gas, ma la loro velocità varia in relazione allo stato fisico e alla natura litologica dei materiali attraversati. Esse, inoltre, modificano bruscamente la loro direzione quando, all’interno della Terra, incontrano unasuperficie di discontinuità, cioè passano da uno strato di rocce a un altro, con caratteristiche meccaniche totalmente differenti. Nella crosta terrestre si muovono a una velocità che può variare da 4 a 8 km/s.

le onde sismiche
Onde sismiche longitudinali, Fonte: https://view.genial.ly/

3. Onde trasversali

Ci sono poi le onde secondarie (o onde trasversali), che producono delle torsioni nelle rocce che attraversano; sono più lente di quelle primarie, e viaggiano con velocità comprese tra 3,3 e 7,2 km al secondo. Le onde primarie e quelle secondarie sono dette onde di volume, e generano nella zona dell’epicentro, dei movimenti a componente verticale che si manifestano sotto forma di scosse sussultorie.  Le onde secondarie si propagano solo nei solidi e non nei fluidi, perché questi modificano la loro forma senza rispondere elasticamente. Nei fluidi le forze di coesione tra le particelle sono deboli e 

instabili, perciò le eventuali deformazioni o vibrazioni di una particella non si trasmettono alle altre. Anche la velocità delle onde S cambia a seconda delle caratteristiche fisiche e della composizione dei blocchi rocciosi, pur restando sempre inferiore (a parità di condizioni chimico-fisiche) alla velocità delle onde P: nella crosta si muovono a una velocità che varia da 2,3 a 4,6 km/s; esse, inoltre, come le onde P, subiscono brusche deviazioni quando incontrano una discontinuità.

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Onde sismiche trasversali, Fonte: https://view.genial.ly/

3. Onde superficiali

Ci sono infine le onde superficiali (o onde lunghe), che si originano dalla sovrapposizione delle onde longitudinali e delle onde trasversali; sono le onde più lente di tutte e producono scosse ondulatorie distruttive. e onde L si generano sempre quando le primarie e le secondarie raggiungono la superficie terrestre, dove provocano oscillazioni di varia forma: alcune fanno vibrare il terreno con oscillazioni di forma ellittica (onde di Rayleigh), altre con un movimento trasversale, ma sul piano orizzontale rispetto alla direzione di propagazione (onde di Love). Viaggiano con una velocità costante pari a circa 3,5 km/s, e percorrono distanze lunghissime. 

In poche ore possono fare il giro della Terra e ripetere diverse volte prima di smorzarsi. Rispetto alle onde P e S, l’energia trasportata dalle onde L si disperde più lentamente con la distanza; esse, pertanto, sono quelle che nei terremoti provocano i danni maggiori, anche a notevoli distanze. Effetti secondari del passaggio di queste onde sono scuotimenti, frane, liquefazioni, fratture, crolli ecc. Analoghe alle onde L, inoltre, sono quelle che si formano nelle acque degli oceani quando avviene un maremoto.

Quando le onde sismiche passano da un ammasso roccioso ad un altro di maggior densità, la loro velocità di propagazione cambia; poiché la densità dei materiali rocciosi che costituiscono l’interno del globo terrestre aumenta con la profondità, la propagazione delle onde sismiche non avviene mai in linea retta, ma il loro cammino è fatto da una serie di raggi curvilinei, a curvatura crescente. 

Accade così che le onde sismiche che vengono riflesse verso l’alto e ritornino verso la superficie. È questa la ragione per cui a volte si ricevono onde sismiche provenienti da terremoti verificatisi a grande distanza.

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Onde sismiche superficiali, Fonte: https://view.genial.ly/

3. Studio delle onde sismiche ed interno del globo

Come facciamo a sapere che la Terra è formata da una crosta, un mantello, un nucleo esterno liquido e un nucleo interno solido? Questi megastrati concentrici vengono studiati dai bambini sin dalle scuole elementari, ma spesso viene tralasciato come si è arrivati a tale risultato. A mio avviso è proprio il «come» che ne racchiude tutto il fascino.

La struttura della Terra è stata dedotta grazie allo studio delle onde sismiche sprigionate dai terremoti. Queste onde possono viaggiare nella roccia per migliaia di chilometri, e riescono dunque ad arrivare anche al centro della Terra. 

Le onde si dividono in due tipi: le P (quelle più veloci, onde primarie) e le S (sono più lente, onde secondarie).

Non appena avvenuto un sisma, le Onde P e le Onde S cominceranno a propagarsi in profondità sempre più velocemente. Questo è un primo interessante risultato perché́ la velocità aumenta con l’aumento della densità.

Improvvisamente, alla profondità di circa 2900 chilometri, succede qualcosa di strano: le Onde P rallentano di colpo e le Onde S scompaiono. Questa zona, chiamata zona d’ombra delle onde P, è rappresentata nella figura sottostante.  Avviene esattamente ciò che avverrebbe in un liquido e quindi non possiamo fare altro che dedurre un secondo risultato: a 2900 chilometri di profondità c’è una discontinuità che separa uno strato solido da uno strato liquido. 

È così che abbiamo dedotto il passaggio dal mantello al nucleo esterno (liquido).

Proseguendo verso l’interno, a circa 5170 chilometri, le Onde P aumentano nuovamente e repentinamente la loro velocità. Questo ci fa dedurre che esiste un’altra discontinuità che separa il nucleo esterno dal nucleo interno, che è solido e molto denso.

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Zona d’ombra per onde P e onde S, Fonte: https://slideplayer.it/

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