Come si misurano i terremoti

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Come si misurano i terremoti? Qual è la scala più opportuna da adottare e che differenza c’è tra Mercalli e Richter? Scopriamolo in questo articolo

Come si misurano i terremoti? Molto spesso si confondono i valori relativi all’entità di un terremoto, in quanto non si conosce esattamente cosa rappresenta la scala con cui sono misurati. L’intensità di un terremoto, infatti,  può essere valutata mediante l’impiego di diverse scale, basate su ipotesi diverse.

In questo articolo analizziamo in dettaglio le due principali scale (scala Richter e scala Mercalli), ampiamente utilizzate per descrivere i fenomeni sismici.

Come si misurano i terremoti: la scala Richter

Charles Richter

Charles Richter

A differenza della scala Mercalli, che misura l’entità di un terremoto in base ai danni provocati e a valutazioni soggettive, la magnitudo Richter misura l’energia sprigionata dal sisma su base strumentale.

La magnitudo Richter è nasce allo scopo di essere indipendente dal luogo in cui avviene in termini di tecniche costruttive e tipologia di costruzioni.

La scala Richter fu creata nel 1935 da Charles Richter, al fine di utilizzarla in una particolare area della California e solo su sismogrammi registrati da un particolare modello di sismografo (sismografo torsione di Wood-Anderson).

Richter usò inizialmente valori arrotondati al più vicino quarto di magnitudo, ma in seguito si usarono i decimi di magnitudo.

Definizione di magnitudo

Nella definizione data da Richter, la magnitudo di un terremoto è data dal logaritmo in base dieci del massimo spostamento della traccia (rispetto allo zero) espresso in micrometri registrato dal sismografo a torsione di Wood-Anderson, se l’evento si fosse verificato a una distanza epicentrale di 100 km.

Richter scelse arbitrariamente una magnitudo pari a zero per un terremoto che mostrasse uno spostamento massimo di un micrometro (1/1000 di mm) sul sismografo di Wood-Anderson, se posto a 100 km di distanza dall’epicentro del terremoto. In pratica un terremoto debolissimo.

Questa scelta permetteva di evitare i numeri negativi, perlomeno con gli strumenti dell’epoca.

La scala Richter però concettualmente non ha limite inferiore o superiore e i sismografi moderni, molto più sensibili, registrano normalmente terremoti con magnitudini negative.

Limiti della scala Richter

Il problema maggiore della scala Richter è che i valori sono solo debolmente correlati con le caratteristiche fisiche della causa dei terremoti.

Inoltre, vi è un effetto di saturazione verso le magnitudini 8,3-8,5, dovuto alla legge di scala dello spettro dei terremoti: ciò fa sì che i tradizionali metodi forniscano lo stesso valore per eventi che sono chiaramente differenti.

Lo stesso Charles Richter non considerava la scala che prendeva il suo nome uno strumento ideale per la misurazione di ogni terremoto.

Per i terremoti più forti, come quelli di magnitudo superiore a 6,0, per esempio, la magnitudo Richter non è considerata perfettamente attendibile.

Momento sismico – magnitudo momento

All’inizio del XXI secolo, la maggior parte dei sismologi ha considerato i metodi tradizionali obsoleti e li ha rimpiazzate con una misura chiamata momento sismico, più direttamente relazionata con i parametri fisici del terremoto.

Nel 1979 il sismologo Hiroo Kanamori propose la Moment Magnitude Scale (MW), grazie alla quale è possibile esprimere il momento sismico in termini simili alle precedenti scale di magnitudo.

Magnitudo e intensità

La magnitudo è il rapporto tra la grandezza in esame e una grandezza campione a essa omogenea, misurato su scala logaritmica.

Si noti come nel rapporto, essendo le grandezze in questione omogenee, la loro unità di misura si elida e perda quindi importanza ai fini della misurazione stessa.

Essa non va dunque confusa con l’intensità, ovvero il rapporto tra potenza e superficie di applicazione, in quanto la magnitudo è espressa con un numero adimensionale.

Eventi con magnitudo di 4,5 o superiore sono abbastanza forti da essere registrati dai sismografi di tutto il mondo.

I terremoti più potenti registrati sono di magnitudo 8 o 9 e avvengono con frequenza di circa uno all’anno.

Il più grande mai registrato si verificò il 22 maggio 1960 in Cile ed ebbe una magnitudo di 9,5.

L’energia rilasciata da un terremoto, a cui è strettamente correlato il suo potere distruttivo teorico, è proporzionale all’ampiezza di oscillazione elevata a 3/2.

Quindi, in termini di energia rilasciata, una differenza di magnitudo pari a 1,0 è equivalente a un fattore 31,6, mentre una differenza di magnitudo pari a 2,0 è equivalente a un fattore 1000.

Un raddoppio dell’energia rilasciata è rappresentato da un aumento di magnitudo pari a 0,2.

Una magnitudo 4,0 è quindi pari a 1000 volte quella di una magnitudo 2,0.

Per inciso, una magnitudo 4,0 è analoga all’esplosione nel raggio di 100 km di una piccola bomba atomica (1000 tonnellate di tritolo), inferiore a quella della bomba di Hiroshima (pari a circa 13 000 tonnellate di TNT, 55 TJ).

La maggior parte dell’energia è stata dissipata nell’atmosfera. La scossa sismica è stata stimata in 5,0-5,2 il più grande evento vulcanico a noi noto.

 

Magnitudo

TNT equivalente

Energia

Frequenza

Esempio

0 15 grammi 63 kJ circa 8 000 al giorno  
1 0,48 chilogrammi 2 MJ    
1,5 2,7 chilogrammi 11 MJ   impatto sismico della tipica piccola esplosione utilizzata nelle costruzioni
2 15 chilogrammi 63 MJ circa 1 000 al giorno esplosione della West Fertilizer Company
2,5 85 chilogrammi 355 MJ    
3 477 chilogrammi 2.0 GJ circa 130 al giorno Attentato di Oklahoma City, 1995
3,5 2,7 tonnellate 11 GJ   disastro di PEPCON, 1988
4 15 tonnellate 63 GJ circa 15 al giorno GBU-43 Massive Ordnance Air Blast bomb
4,5 85 tonnellate 355 GJ    
5 477 tonnellate 2 TJ 2-3 al giorno  
5,5 2682 tonnellate 11 TJ    
6 15 000 tonnellate 63 TJ 120 all’anno bomba atomica Little Boy sganciata su Hiroshima (~ 16 kt)
6,5 85 000 tonnellate 354 TJ    
7 477 000 tonnellate 2 PJ 18 all’anno  
7,5 2,7 milioni di tonnellate 11 PJ    
8 15 milioni di tonnellate 63 PJ 1 all’anno evento di Tunguska
8,35 50,5 milioni di tonnellate 211 PJ   bomba Zar – l’arma termonucleare più grande mai testata. La maggior parte dell’energia è stata dissipata nell’atmosfera. La scossa sismica è stata stimata in 5,0-5,2
8,5 85 milioni di tonnellate 355 PJ    
9 477 milioni di tonnellate 2 EJ 1 ogni 20 anni  
9,15 800 milioni di tonnellate 3,35 EJ   catastrofe di Toba 75.000 anni fa; il più grande evento vulcanico a noi noto
9,5 2,7 miliardi tonnellate 11 EJ    
10 15 miliardi tonnellate 63 EJ sconosciuto  
13 476 880 miliardi di tonnellate 2 YJ   impatto della Penisola dello Yucatan in Messico (Cratere di Chicxulub) 65 milioni di anni fa

[fonte: Wikipedia]

 

Come si misurano i terremoti: la scala Mercalli

mercalli

La scala Mercalli è una scala che misura l’intensità di un terremoto in base agli effetti prodotti su:

  • superficie terrestre
  • persone
  • cose
  • manufatti

Due terremoti di identica magnitudo possono avere diverse intensità su scala Mercalli: ad esempio, se  hanno ipocentri posti a differenti profondità, oppure si verificano in zone con una diversa antropizzazione.

L’esempio classico è quello del terremoto di altissima magnitudo che però avviene in mezzo al deserto. In tal caso, non sono presenti costruzioni e quindi il terremoto avrà bassa intensità. Al contrario, se lo stesso terremoto se si manifestasse in una zona densamente abitata con costruzioni non antisismiche, i danni sarebbero certamente maggiori, con intensità più alta.

Non ha alcun senso dunque trovare equivalenze tra i valori della scala Richter (che misura una grandezza fisica) con quelli della scala Mercalli (basata sugli effetti prodotti).

La scala Mercalli trae origine dalla semplice scala Rossi-Forel, di 10 gradi, derivando poi il nome da Giuseppe Mercalli, sismologo e vulcanologo famoso in tutto il mondo.

Venne riveduta e aggiornata nel 1883 e nel 1902, anno in cui Mercalli la espose alla comunità scientifica.

Nello stesso 1902 la Scala Mercalli di 10 gradi venne espansa a 12 gradi dal fisico italiano Adolfo Cancani. In seguito fi completamente riscritta da Sieberg e divenne nota come scala Mercalli-Cancani-Sieberg (MCS) e detta brevemente Scala Mercalli.

I gradi più bassi della scala MCS generalmente affrontano la maniera in cui il terremoto è avvertito dalla popolazione. I valori più alti della scala sono basati sui danni strutturali osservati.

Grado

Scossa

Descrizione

I impercettibile Avvertita solo dagli strumenti sismici.
II molto leggera Avvertita solo da qualche persona in opportune condizioni.
III leggera Avvertita da poche persone. Oscillano oggetti appesi con vibrazioni simili a quelle del passaggio di un’automobile.
IV moderata Avvertita da molte persone; tremito di infissi e cristalli, e leggere oscillazioni di oggetti appesi.
V piuttosto forte Avvertita anche da persone addormentate; caduta di oggetti.
VI forte Qualche leggera lesione negli edifici e finestre in frantumi.
VII molto forte Caduta di fumaioli, lesioni negli edifici.
VIII rovinosa Rovina parziale di qualche edificio; qualche vittima isolata.
IX distruttiva Rovina totale di alcuni edifici e gravi lesioni in molti altri; vittime umane sparse ma non numerose.
X completamente distruttiva Rovina di molti edifici; molte vittime umane; crepacci nel suolo.
XI catastrofica Distruzione di agglomerati urbani; moltissime vittime; crepacci e frane nel suolo; maremoto.
XII apocalittica Distruzione di ogni manufatto; pochi superstiti; sconvolgimento del suolo; maremoto distruttivo; fuoriuscita di lava dal terreno.