Come si misurano i terremoti? Che differenza c’è tra Richter e Mercalli?

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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

015 grammi63 kJcirca 8 000 al giorno
10,48 chilogrammi2 MJ
1,52,7 chilogrammi11 MJimpatto sismico della tipica piccola esplosione utilizzata nelle costruzioni
215 chilogrammi63 MJcirca 1 000 al giornoesplosione della West Fertilizer Company
2,585 chilogrammi355 MJ
3477 chilogrammi2.0 GJcirca 130 al giornoAttentato di Oklahoma City, 1995
3,52,7 tonnellate11 GJdisastro di PEPCON, 1988
415 tonnellate63 GJcirca 15 al giornoGBU-43 Massive Ordnance Air Blast bomb
4,585 tonnellate355 GJ
5477 tonnellate2 TJ2-3 al giorno
5,52682 tonnellate11 TJ
615 000 tonnellate63 TJ120 all’annobomba atomica Little Boy sganciata su Hiroshima (~ 16 kt)
6,585 000 tonnellate354 TJ
7477 000 tonnellate2 PJ18 all’anno
7,52,7 milioni di tonnellate11 PJ
815 milioni di tonnellate63 PJ1 all’annoevento di Tunguska
8,3550,5 milioni di tonnellate211 PJbomba 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
8,585 milioni di tonnellate355 PJ
9477 milioni di tonnellate2 EJ1 ogni 20 anni
9,15800 milioni di tonnellate3,35 EJcatastrofe di Toba 75.000 anni fa; il più grande evento vulcanico a noi noto
9,52,7 miliardi tonnellate11 EJ
1015 miliardi tonnellate63 EJsconosciuto
13476 880 miliardi di tonnellate2 YJimpatto della Penisola dello Yucatan in Messico (Cratere di Chicxulub) 65 milioni di anni fa

[fonte: Wikipedia]

Come si misurano i terremoti: la scala Mercalli

mercalliLa 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

IimpercettibileAvvertita solo dagli strumenti sismici.
IImolto leggeraAvvertita solo da qualche persona in opportune condizioni.
IIIleggeraAvvertita da poche persone. Oscillano oggetti appesi con vibrazioni simili a quelle del passaggio di un’automobile.
IVmoderataAvvertita da molte persone; tremito di infissi e cristalli, e leggere oscillazioni di oggetti appesi.
Vpiuttosto forteAvvertita anche da persone addormentate; caduta di oggetti.
VIforteQualche leggera lesione negli edifici e finestre in frantumi.
VIImolto forteCaduta di fumaioli, lesioni negli edifici.
VIIIrovinosaRovina parziale di qualche edificio; qualche vittima isolata.
IXdistruttivaRovina totale di alcuni edifici e gravi lesioni in molti altri; vittime umane sparse ma non numerose.
Xcompletamente distruttivaRovina di molti edifici; molte vittime umane; crepacci nel suolo.
XIcatastroficaDistruzione di agglomerati urbani; moltissime vittime; crepacci e frane nel suolo; maremoto.
XIIapocalitticaDistruzione di ogni manufatto; pochi superstiti; sconvolgimento del suolo; maremoto distruttivo; fuoriuscita di lava dal terreno.

 

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