Come funziona un sismografo?

 

Come sicuramente avrete notato l'Italia rappresenta un territorio molto complesso dal punto di vista sismico. Da Nord a Sud, quasi in continuità, si trovano aree sismicamente attive che mostrano terremoti con carattere differente: il nord-est, l'Emilia Romagna e la Calabria mostrano terremoti di tipo compressivo; l'Appennino (in generale) e la Sicilia mostrano invece terremoti di tipo distensivo, come rappresentato nella figura soprastante.

L’origine dei terremoti è legata allo scivolamento di due grosse porzioni di crosta continentale lungo delle superfici di frattura preesistenti denominate “faglie”. Il forte movimento frizionale di questi due blocchi di crosta genera una altrettanto forte vibrazione che si propaga immediatamente a partire dalla zona di rottura, coincidente con quella di scivolamento principale: il luogo in cui avviene la rottura (ovvero l’immediato rilascio di energia elastica) si chiama ipocentro, la sua proiezione verso l’alto prende invece il nome di epicentro.

Maggiore è la dimensione delle faglie, maggiore sarà la vibrazione indotta e maggiori saranno i danni e la durata dell’evento sismico. Esistono due scale per rilevare l’intensità degli eventi sismici: la prima, denominata scala Mercalli (dal nome dell’italiano che l’ha ideata) si affida semplicemente ai danni generati dai terremoti e pertanto risulta essere ad oggi piuttosto approssimativa. La seconda, che si basa sull’oscillazione prodotta da un sismografo al momento della scossa, è denominata scala Richter (anche in questo caso è il cognome dell’ideatore) ed è quella più utilizzata oggi giorno.

Sono necessarie almeno 3 stazioni sismiche per avere un’idea approssimativa sulla localizzazione e sull’intensità dell’evento sismico e tante stazioni sismiche in più per avere una stima più accurata. Ecco spiegato come mai il primo dato sull’intensità e sulla localizzazione di un terremoto risulta essere spesso inesatto e approssimativo, ma sufficiente per dare un’informazione sull’entità del danno. È solo per questo motivo che si può passare da un valore iniziale Ml 6,4 a un valore finale Ml 5,9 nelle ore successive come avvenuto per il terremoto di Amatrice.

La prima onda sismica prodotta da un terremoto si chiama “onda P” o onda di compressione. È quasi impercettibile a livello di vibrazione del terreno ma può essere captata come forte rumore entrando spesso nel campo dell’udibile a bassa frequenza (è scambiata spesso per un forte boato legato alla fratturazione della roccia). Se queste frequenze sono ancora più basse abbiamo a che fare con onde sonore non udibili dal nostro apparato, ma per alcuni animali come ad esempio i cani e i gatti tale nozione è possibile: è per questo motivo che spesso li vediamo scappare!

A seguire arrivano le “onde S” o onde di taglio. Esse sono onde sismiche non trasmissibili all’interno di un liquido e per questo motivo vengono spesso utilizzate per la ricerca dei liquidi sotterranei, come il petrolio. Le ultime onde che giungono in superficie, infine, sono appunto le onde superficiali (R+L): quest’ultime rappresentano la maggior parte delle vibrazioni distruttive riscontrabili in superficie considerando che mantengono la massima intensità proprio nell’interfaccia suolo-aria. Se durante un terremoto riscontriamo dei danni anche con le onde precedenti (e se sono quelle precedenti ovviamente non possiamo saperlo) abbiamo a che fare con un terremoto particolarmente distruttivo.

I sismografi utilizzati per la rilevazione dei terremoti possono essere di tre tipi: analogici, elettromagnetici o digitali. I sismografi analogici sono basati sul principio di funzionamento di un oscillatore semplice. Una massa sostenuta da una molla può oscillare nel piano orizzontale in una data direzione. All’estremità della massa è collegato un pennino che lascia una traccia su un tamburo di carta rotante collegato ad un cronometro. In presenza di una scossa sismica, il pennino rilascia sulla carta un sismogramma. Le direzioni normalmente utilizzate per registrare gli eventi sismici in direzione orizzontale sono Nord-Sud ed Est-Ovest.

Il sismografo elettromagnetico ha di fatto un funzionamento simile a quello del sismografo analogico. La differenza sta nel fatto che una bobina è resa solidale con l’oscillatore ed è immersa in un campo magnetico permanente generato da un magnete. L’oscillazione della bobina all’interno del campo magnetico nel quale è  immersa genera delle correnti elettriche al suo interno. Gli impulsi elettrici vengono poi elaborati per ottenere la grandezza di interesse (spostamento del suolo, accelerazione etc...).

I sismografi elettromagnetici si sono poi evoluti con l’avvento dei computer che permettono di registrare i dati in forma digitale. E’ possibile applicare ai segnali rilevati dei filtri che permettono di eliminare le interferenze dovute ai fenomeni locali (traffico e altre attività dell’uomo) o alle caratteristiche del sistema di rilevamento (risonanza dello strumento). In passato i sismografi dovevano essere collocati in prossimità dei centri abitati per permettere agli operatori di eseguire le letture dei dati registrati. Al giorno d’oggi questi strumenti sono così sensibili che bisogna collocarli lontano dai centri abitati, per ridurre al massimo le interferenze. Possono essere collocati anche in luoghi di difficile accesso poiché la trasmissione dei dati rilevati avviene via radio.