Come nasce e muore un terremoto - Giulio Di Toro La sismicità in Provincia di Treviso e risvolti applicativi
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Come nasce e muore un
terremoto
Giulio Di Toro
Istituto
Nazionale di
Geofisica e
Vulcanologia
La sismicità in Provincia di Treviso e risvolti applicativi
Provincia di Treviso, 4 Luglio 2014
Indice
• Cos’è un terremoto
2. Faglie e terremoti
Come nasce un terremoto
Come si propaga un terremoto
Come si arresta un terremoto
Il terremoto è uno scuotimento improvviso del suolo
prodotto da una rottura che si propaga lungo una
superficie all’incirca planare (faglia).
faglia I terremoti dannosi
per l’uomo sono generati a 5-25 km di profondità.
Faglia
k m
10
Ipocentro
I terremoti sono prodotti da scivolamento su superfici:
attrito (+ rottura) e geometria della faglie controllano la
fisica dei terremoti.
Attrito tra
σn
rocce e
produzione
di calore
τ
2m
Attrito Geometria delle faglie
µ = τ / σn Esempio dalle Alpi
Più è grande la faglia, più è grande il terremoto (energia
e magnitudo)
Dimensioni
faglia
2004
Sumatra
Faglia
Hiroshima
6.3x1013 J
Italia per scala
1946
Nankaido
1944
Tonankai 2003
Hokkaido 1995 1980 1976 2009
Kobe Irpinia Friuli L’Aquila
Energia
0.03
x 1020 J
Magnitudo 6.5 6.3
Aumento di un grado in magnitudo = aumento di ca. 30 volte energia terremoto.
L’Aquila 2009: ca. 40.000 bombe di Hiroshima (ma
Indice
• Cos’è un terremoto
2. Faglie e terremoti
Come nasce un terremoto
Come si propaga un terremoto
Come si ferma un terremoto
Come nasce un terremoto:
terremoto il ciclo sismico.
Le placche scorrono lungo le faglie a velocità comprese
tra mm e cm anno. Lo scorrimento è bloccato in alcune
aree della faglia chiamate asperità.
isola
island
fagl
i
placca
a
lock
ed
asp
erit
placca à
Cortesia di James Jackson
Se lo scorrimento della faglia è impedito dall’asperità,
le rocce si caricano elasticamente come delle
gigantesche molle….
placca
lock
ed
asp
erit
placca à
Cortesia di James Jackson
… fin quando l’asperità cede. La rottura si propaga
lungo la faglia e l’energia elastica accumulata in secoli
è liberata in pochi secondi: il terremoto. Solo una
piccola frazione (ca. 1%) di quest’energia è liberata in
onde sismiche.
rroutptu
placca
turrae
placca
Cortesia di James Jackson
Cedimento delle asperità per instabilità dell’attrito….
Cortesia di Andre Neimeijer….descritte da.. complicate equazioni!
V θ V0
µ = µ 0 + a ln + b ln
V0 Dc
Ma torniamo all’energia di deformazione elastica
rilasciata dal terremoto…Il confronto delle immagini da satellite raccolte prima (1/2/09) 1/2/09 e dopo (12/4/09) 12/4/09 il terremoto del Faglia di 6/4/2009 Paganica dell’Aquila mostra l’effetto del rilascio dell’energia di deformazione 6 Aprile elastica. Mw6.3 Ogni frangia corrisponde ad uno spostamento di 2.5 cm. Fonte INGV
Come si propaga un terremoto Esempio del terremoto M 6.9 di Northridge, area di Los Angeles (1994), 57 morti Los Angeles
Come si
propaga
un
terremoto
epicentro
Northridge,
Los Angeles,
1994, M 6.9
57 morti Los Angeles
Faglia
ipocentroCome si propaga un terremoto
(1994, Northridge, California, M 6.9)
Superficie
di faglia
270 km2
Rigetto (m)
Profondità (km)
Tempo (s)
Lunghezza (km)
http://www.data.scec.org/Module/links/northrup.htm
lIn un terremoto, la rottura si propaga lungo la faglia ad
una velocità di 1-5 km/s. Le superfici di faglia sfregano
una contro l’altra ad una velocità di ca. 1-10 m/s...
[Di Toro et al., 2009]…lasciando le
cicatrici dei
terremoti Vetri sismici
V rottura ~ 3 km/s
V scivol. ~ 1 m/s
Fusione Propagazione
Frammentazione
per attrito rottura
[Swanson, Tectonophysics 1992]…lasciando le
cicatrici dei
terremoti Vetri sismici
Immagine al
microscopio a
scansione
elettronica del
vetro prodotto dai
0.05 mm Frammentazione terremoti in naturaPossiamo far funzionare il motore dei terremoti in condizioni controllate? 2m Superficie di faglia
Le prestazioni del motore dei
terremoti sono impressionanti
1. Velocità >1 m/s
2. Spostamenti fino a 60 m
3. Spinte da colonne di roccia
alte > 10 km )
Queste prestazioni sono così
estreme che appartengono a
una nuova frontiera nella
scienza dei materiali.
L’apparato al mondo che
meglio le approssima è…
SHIVASHIVA (Slow to HIgh Velocity Apparatus )
(progettata e costruita in Italia)
σn < 70 MPa
v = 1 µm/s - 9 m/s
rigetto = infinito
Potenza 300 kW
Coppia 1100 Nm
3.5 m
4 tons
Di Toro et al., Rendiconti Lincei, 2010
5 cmSHIVA come è oggi (videocamera ad alta velocità, ecc.)
Di Toro et al., 2010Cosa accade in una faglia durante un terremoto?
20 mm“Il rapido sfregamento delle rocce produce
il fuoco”
Leonardo da Vinci
1452-1519E’ un fuoco… che diventa vetro quando solidifica! Immagine al microscopio a scansione elettronica del vetro dei terremoti 0.05 mm prodotto in lab.
Fusione per attrito: camera ad alta velocità
v = 5 m/s, σn = 25 MPa, 0 a 5 m/s in 0.1 s
20 mmRispetto a Leonardo, abbiamo dati meccanici! 10 mm
E possiamo descrivere quantitativamente gli effetti della
lubrificazione delle faglie operata dai fusi di attrito
A log(2V / W )
τ ss = σ 0.25
n
R V /W
Niemeijer, Di Toro et al., JGR 2011 Nielsen, Di Toro et al., JGR 2008I vetri sismici prodotti negli esperimenti sono molto simili
a quelli naturali.
50 µm 50 µm
Vetri sisimici
5 mm 5 mm
Natura Esperim.Le faglie pattinano durante la propagazione di un terremoto Come la lama di acciaio del pattino scivola su di un sottile strato di acqua liquida prodotta dalla fusione per attrito del ghiaccio, così una faglia scivola su un sottile strato di fuso di roccia durante un terremoto. Carolina Kostner (ITA)
Come si ferma un terremoto:
terremoto il caso dell’Aquila. Carta
geologica.
9 Aprile
Mw5.4
Faglie
Rieti L’Aquila
6 Aprile
Mw6.3 7 Aprile
Mw5.6
40 km
FucinoIl reticolato di faglie ostacola la propagazione della
rottura durante un terremoto. Vista in pianta.
9 Aprile
Mw5.4
Faglie
Rieti L’Aquila
6 Aprile
Mw6.3 7 Aprile
Mw5.6
40 km
FucinoDistribuzione degli epicentri dei terremoti dopo il 6 Aprile 2009. Se
le faglie fossero state continue, il terremoto avrebbe superato M 7.
Epicentri
eventi
principali
Epicentri 9 Apr.
repliche
6 Apr.
7 Apr.
Chiarabba et al., 2009Ma queste cose di cui vi ho parlato sono pura «accademia»? Servono a qualcosa? In realtà, capire l’attrito nei materiali è di interesse, grande interesse…. Il 2% del PIL di un paese industrializzato è speso per processi che hanno a che fare con l’attrito!
La versatilità e la potenza di SHIVA consente di
investigare altri processi di attrito (e usura) di interesse
geologico (frane, messa in posto di duomi lavici, ecc.)
1963 Frana del Vaiont 2004-2008 Mt. St. Helens,
USA: messa in posto di
Ferri, Di Toro et al., JGR 2011 duomi lavici
Ferri, Di Toro et al., TerraNova, 2010 Kendrick, Di Toro et al., Nature Geos.
2014E tanto altro: sismicità indotta dall’uomo…
Fracking (sequenza sismica dell’Oklahoma,
USA, 2011)
Estrazione e
stoccaggio di
gas
(e.g.,
Groningen
gas field, NL)
Campi
geotermici
Stoccaggio
di CO2… e applicazioni industriali Test di PDC (polycrystalline diamond cutters) e altri materiali di interesse industriale per produzione di freni, ecc. Esperimenti preliminari in collaborazione con VAREL Ltd. in Houston
Concludo…. i terremoti: •Sono il risultato di rotture che nascono in aree di pochi m2 e si propagano su aree di centinaia o migliaia di km2 a seconda della magnitudo. •La propagazione delle rotture sismiche è agevolata da processi di lubrificazione delle faglie, tra cui la fusione. 3) Liberano in pochi secondi l’energia elastica accumulata nelle rocce in centinaia di anni. 4) Si arrestano quando hanno scaricato l’energia elastica accumulata o in presenza di barriere geometriche.
Perchè abbiamo i terremoti (e perché in Italia?)
PLACCA EUROASIATICA La parte più
superficiale della
Terra è divisa in
placche.
1-2 mm/a
L’Italia è stretta in
una morsa formata
dalla placca
4-5 mm/a
Africana a sud ed
Euroasiatica a
Nord.
Queste spinte
PLACCA AFRICANA caricano come
gigantesche molle
le rocce.
Mantovani, Le Scienze, 1991Epicentri dei terremoti Italiani tra il 1981 e il Emilia 2001 2012- Una cintura continua di L’Aquila terremoti con 2008-2009 alcune lacune. N.B: molti sono Pollino terremoti piccoli 2010- non avvertiti dalla popolazione. . Chiarabba et al., 2005
Epicentro (area = 220 km2)
Ipocentro L’Aquila M 6.3
a 9 km di Si rompe la faglia di Paganica
profondità liberando l’energia di 40.000
bombe atomiche sotto la città de
l’Aquila.
La superficie di enucleazione a 9
km di profondità può essere
grande come una scrivania!Possibili sorgenti di terremoti M > 5.5 nel Nord-Est
Sequals 1976
Gemona
1776
Maniago
1873 Medea
Alpago-
Cansiglio
Montello
1936
Bassano 1695 Polcenigo
Asolo-
Bassano-
Cornuda
DISS WORKING GROUP
(2007) dell’INGV
50 km
(http://diss.rm.ingv.it/diss)Effetti delle onde sismiche su edifici in scala 1:1
Di Takashi FurumuraFissare i mobili alle pareti....
Di Takashi FurumuraIl terremoto, prodotto in una frazione di secondo, rimane
congelato nelle rocce per milioni di anni.
Un approccio alternativo alla sismologia per lo studio
dei terremoti potrebbe unire...
Vetri sismici
10 cmSomething we learnt thousands of years ago!
Nel mondo Statistica terremoti nel mondo
(ultimi 10 anni) Magnitudo Media annua
• 80.000 morti / anno >8
In Italia
(dall’Unità ad oggi)
• un M > 5.5 ogni 5 anni
• 1000 morti / anno
Non stiamo vivendo una
particolare emergenza
terremoti
Fonte USGSPuoi anche leggere
