La sismologia (dal greco seismos = terremoto e logos = parola) è un insieme della geofisica che studia i fenomeni sismici, in particolare i terremoti e la propagazione delle onde elastiche (ed anelastiche) da essi generate (onde sismiche), interessandosi anche dello studio di eventi quali i maremoti e in generale della aree di instabilità della Terra, quali i vulcani, in comune con la vulcanologia. È inoltre il principale mezzo d'indagine per lo studio dell'interno della Terra stessa, utilizzando attualmente i concetti della meccanica newtoniana applicati alla conoscenza della Terra. Una disciplina ad essa collegata è la paleosismologia, che studia invece i grandi terremoti avvenuti in epoche passate.
Storia
I terremoti sono stati sempre in passato considerati come dei messaggi divini.
Per i cinesi, era un segno che il Cielo (gli dei) disapprovavano la legittimità dell'imperatore. In ragione del significato politico che i cinesi accordavano ai sismi e alla loro importante frequenza nella regione, molto presto essi annoteranno coscienziosamente i differenti tipi di terremoti. Uno dei primi ad essere stato reso noto è quello del 780 a.C., mentre il peggiore in costo di vite umane è quello del 1556 nelle province dello Shaanxi che fece più di vittimeAlexander E. Gates et David Ritchie, Encyclopedia Of Earthquakes and Volcanoes, Facts On File, Inc., 2007 (ISBN 0-8160-6302-8), « Appendix D - The Deadliest Earthquakes », p. 317. Sebbene non stabilissero nessuna teoria sull'origine naturale dei sismi, è un cinese, l'inventore Zhang Heng, che creerà il primo pseudo-"sismografo" nel 132.
Utilizzando il principio del pendolo, questo sismografo si presentava sotto forma di un recipiente in bronzo (di circa due metri di diametro), contenente un peso sospeso. Otto dragoni erano disposti tutto intorno al recipiente, così da puntare nelle otto direzioni di est, sud, ovest, nord, nord-est, sud-est, nord-ovest e sud-ovest, ciascuno con una sferetta in bocca mentre alla sua base erano disposte altrettante rane a bocca spalancata. Quando arrivava un'onda sismica di una certa consistenza, il pendolo oscillava in una direzione, sbloccava la sfera contenuta nella bocca del dragone ad essa corrispondente, bloccando contemporaneamente le altre per evitare che anch'esse cadessero. La sfera che cadeva veniva raccolta dalla rana sottostante: era così possibile determinare la direzione nella quale aveva avuto luogo il terremoto, ma non la sua distanza o intensità.
Per la religione greca antica, era Poseidone il responsabile di tali avvenimenti. Tuttavia, questo non impedirà a greci come Talete (VI secolo a.C.) e soprattutto Aristotele (IV secolo a.C.), di pensare che i sismi avessero un'origine naturale. Secondo Talete, sono le eruzioni d'acqua calda la causa dei terremoti, mentre le superfici emergono fluttuando sull'acqua; le eruzioni d'acqua calda molto violente potevano far muovere la terra. Da parte sua, Aristotele stabilì la sua teoria pneumatica nella quale lo pneuma (soffio) era la causa dei sismi. Lo pneuma è prodotto dal calore della terra (la cui origine è il fuoco interno) o dai raggi del Sole. Quando lo pneuma è diretto verso l'esterno forma i venti. Ma quando affonda nella terra e si accumula produce i terremoti. Per il ruolo fondamentale delle opere di Aristotele nelle scienze del Medioevo, questa teoria resterà una delle principali per molti secoli.
In Europa, durante il Rinascimento, l'origine naturale viene sempre più presa in considerazione, e diverse teorie vennero alla luce. Si può citare quella di Pierre Gassendi che, verso il 1600, pensava che il terremoto fosse dovuto a delle sacche di gas che esplodevanoQuesta teoria spiegava anche il principio dei vulcani.. Nel 1626 un determinante contributo alla spiegazione scientifica dei fenomeni sismici lo si deve al Trattato sui terremoti, opera scritta in cinese dal gesuita italiano Niccolò Longobardi. E inoltre, nel XVIII secolo, quella dell'abate Pierre Bertholon de Saint-Lazare che, nel 1779, vi vedeva un effetto dell'elettricità quando si accumulava nel suolo, provocando un tuono sotterraneo. Amico di Benjamin Franklin e avendo lavorato sull'elettricità, presentò un sistema per prevenire i sismi, utilizzando dei parafulmini inseriti nel suolo, pensando in tal modo di impedirne il loro scatenarsi tramite i colpi del loro tuono.
La vastità del terremoto di Lisbona del 1755, con una magnitudo stimata fra 8,6 e 9, dà il via a uno dei primi studi scientifici sull'argomento. Anche il grande filosofo tedesco Immanuel Kant si interessò all'argomento e nel 1756 fece pubblicare il primo dei suoi Scritti sui terremoti. L'invenzione del primo sismografo è attribuita in Italia al padre benedettino don Andrea Bina, che costruí a Perugia il suo apparecchio verso la metà del XVIII secolo.
Il 9 febbraio 1846 alla Royal Irish Academy viene presentato l'articolo On the Dynamics of Earthquakes (Sulla dinamica dei terremoti), dall' ingegnere e sismologo irlandese Robert Mallet, il padre della sismologia . Si ritiene che Robert Mallet abbia coniato i termini sismologia e epicentro , e nel 1854 pubblicò la prima carta sismica del mondo.
Un importante contributo alla fondazione della sismologia scientifica venne dagli italiani. Fu in particolare padre Timoteo Bertelli a costruire i primi strumenti in grado di rilevare fenomeni microsismici (il primo fu il tromometro realizzato nel 1868) e a rendersi conto della loro frequenza, trasformando quello che era stato lo studio occasionale di fenomeni considerati eccezionali in una rilevazione costante dell'attività sismica.
All'inizio del XX secolo risale l'inventario su scala planetaria dei terremoti di Alexis Perrey e Fernand de Montessus de Ballore tra gli altri, e con Richard Dixon Oldham si giunge ad identificare differenti tipi di onde sismiche. Vennero, inoltre, introdotte le due note scale sismiche: la scala Mercalli, scala dell'intensitá di un terremoto, proposta nel 1902 da Giuseppe Mercalli e la scala Richter, che misura la magnitudo di un terremoto, e il cui nome venne dato dal sismologo statunitense Charles Francis Richter che la propose nel 1935.
Descrizione
Terremoti
In geofisica, i terremoti (dal latino: terrae motus, che vuol dire "movimento della terra"), detti anche sismi o scosse telluriche (dal latino Tellus, dea romana della Terra), sono vibrazioni o assestamenti improvvisi della crosta terrestre, provocati dallo spostamento improvviso di una massa rocciosa nel sottosuolo.
Tale spostamento è generato dalle forze di natura tettonica che agiscono costantemente all'interno della crosta terrestre provocando una lenta deformazione fino al raggiungimento del carico di rottura con conseguente liberazione di energia elastica in una zona interna della Terra detta ipocentro, tipicamente localizzato al di sotto di fratture preesistenti della crosta dette faglie; a partire dalla frattura creatasi una serie di onde elastiche, dette onde sismiche, si propagano in tutte le direzioni dall'ipocentro, dando vita al fenomeno osservato in superficie con il luogo della superficie terrestre posto sulla verticale dell'ipocentro, detto epicentro, che è generalmente quello più interessato dal fenomeno. La branca della geofisica che studia questi fenomeni è la sismologia.
Faglie
La faglia è una frattura (planare o non planare) avvenuta entro un volume di roccia della crosta terrestre che mostra evidenze di movimento relativo tra le due masse rocciose da essa divise. La superficie lungo cui si è verificata la frattura si chiama "superficie di faglia" oppure "piano di faglia", o anche "specchio di faglia". Le rocce in prossimità di una faglia risultano spesso intensamente frantumate e si parla in questo caso di "rocce di faglia" quali le cataclasiti o le miloniti. L'energia rilasciata dopo il movimento lungo il piano di faglia è la causa della maggior parte dei terremoti.
Onde sismiche
I terremoti producono differenti tipi di onde sismiche. Queste onde, attraversando la terra, riflettendosi o rifrangendosi sulle discontinuità principali della struttura delle rocce, ci forniscono informazioni utili per comprendere non solamente gli eventi sismici ma anche le strutture profonde della terra.
Rilevazione e misurazione
La misurazione in sismologia è fondamentale sia per lo studio della propagazione delle onde che per lo studio dei sismi. In effetti, lo studio di un sisma passa attraverso lo studio dei processi in atto sulla faglia prima e durante il sisma. Ma un'osservazione diretta di questo oggetto nel suo insieme non è possibile. La sola possibilità per il momento è la trivellazione, ma è una soluzione molto costosa e non permette che un'osservazione di un punto del piano di faglia. Bisogna quindi ricorrere a delle osservazioni indirette, a partire dalle onde generate dai sismi. Queste ultime possono in effetti essere registrate anche all'altra estremità della Terra nel caso di magnitudo importanti. Queste onde al loro passaggio provocano oscillazioni nel terreno che vengono registrate grazie a dei sensori chiamati sismometri.
Il ruolo dei sismografi
Si definisce sismometro uno strumento che misura la dipendenza temporale dello spostamento, della velocità o dell'accelerazione del terreno. Se lo spostamento del terreno su cui poggia lo strumento è sufficientemente veloce, la massa sospesa (dotata di sufficiente inerzia) rimarrà immobile e fornirà un punto fisso nello spazio, rispetto al quale misurare il moto del terreno. Il sismometro produce un sismogramma, ovvero un grafico che rappresenta il movimento del terreno (solitamente sui piani orizzontale e verticale).
I sismografi sono in grado di scoprire altri fenomeni che producono vibrazioni del terreno, anche se avvengono a chilometri di distanza (es. meteoriti che colpiscono la Terra o eventuali test nucleari).
I terremoti e la struttura della Terra
I terremoti, o sismi, generano diversi tipi di onde sismiche che, viaggiando all'interno della Terra, forniscono un modo efficace di "vederne" la struttura interna.
Usando la tomografia sismica è stato possibile fornire un'immagine dell'interno della terra ad una risoluzione di alcune centinaia di chilometri. Questa tecnica ha permesso agli scienziati di identificare celle di convezione, pennacchi del mantello ed altre eterogeneità all'interno del pianeta.
Una delle prime e più importanti scoperte dovute alla sismologia fu che il nucleo esterno fosse fluido. Le onde di pressione vi passano attraverso, non così le onde trasversali, in quanto richiedono per propagarsi un materiale rigido.
Le onde elastiche indotte artificialmente da un'esplosione e rilevate da reti di geofoni sono state utilizzate per visualizzare strutture più superficiali (all'interno della crosta), quali depositi salini e rocce contenenti petrolio, faglie geologiche e crateri meteoritici sommersi. Ad esempio, il Chicxulub, prodotto dal meteorite che si suppone abbia causato l'estinzione dei dinosauri, fu localizzato in America centrale dall'analisi di anomalie nella stratificazione cretacea. La sua esistenza fu provata usando mappe sismiche per l'esplorazione petrolifera.
Predizione sismica
Più in generale, le previsioni sono effettuate per la stima del rischio sismico. In esse viene stimata la probabilità che un terremoto di magnitudo assegnata avvenga in un tempo e luogo particolari.
Esistono comunque scienziati che stanno provando a perfezionare teorie predittive dei sismi puntuali, come Wu Yih-min, ricercatore della National Taiwan University Department of Geosciences.
Prevenzione sismica