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I TERREMOTI SILSIS – UNIPV A.A. 2007/08 Classe di concorso: A060 Rasero Andrea

CONTESTO DIDATTICO Liceo scientifico “Pierluigi Nervi” Piazza Sant’Antonio 23017 Morbegno (SO) Classe V B (2 ore di Scienze per settimana)

CONCETTI STRUTTURANTI Terremoti Faglie Forze di compressione, distensione e taglio Ipocentro di un sisma Epicentro di un sisma Onde sismiche longitudinali, trasversali e superficiali Distribuzione degli epicentri sulla superficie terrestre Piano di Benioff Sismografi Reti sismiche Scala Richter Scala Mercalli

PREREQUISITI Superficie terrestre e forma della Terra (geoide) Minerali e rocce Studio dell’interno della Terra: suddivisione crosta, mantello, nucleo e suddivisione litosfera, astenosfera, mesosfera Pieghe e faglie e deformazione delle rocce

QUESTIONARIO DELLE RAPPRESENTAZIONI Cosa avviene sulla superficie terrestre in occasione di un terremoto? Cos’è e come si propaga un’onda meccanica? I terremoti possono verificarsi in qualsiasi punto della superficie terrestre? Esistono zone a maggior rischio sismico? I terremoti possono avere gradi di intensità differenti? Oppure un terremoto è sempre così devastante da non essere misurabile? Motiva la risposta.

INDIVIDUAZIONE MISCONCEPTIONS Terremoti generati a livello della superficie terrestre (come se ipocentro ed epicentro coincidessero) Mancata concezione della presenza di vari tipi di onde sismiche (longitudinali, trasversali e superficiali) Terremoti casualmente distribuiti su tutta la superficie terrestre (NO regioni a maggior maggior rischio sismico) Terremoti solamente in alcune regioni particolari della superficie terrestre (impossibili nelle altre zone) Mancata valutazione dell’esistenza di vari gradi di intensità dei terremoti (  terremoto sempre disastroso)

OBIETTIVI Comprendere la natura e l’origine dei terremoti Distinguere i vari tipi di onde sismiche (longitudinali, trasversali, superficiali) Saper indicare sul planisfero le aree maggiormente soggette a terremoti Conoscere la distribuzione degli ipocentri, tipica di alcune aree della Terra, su un piano di Benioff Valutare l’esistenza dei vari gradi di intensità dei terremoti e conoscere le due scale di misura di riferimento (scala Mercalli e scala Richter)

STRATEGIE DIDATTICHE Utilizzo del libro di testo: “ Corso di geografia generale”, Matteo Filippini e Luigi Bignami, Minerva Italica, Milano, 1995 Esperienza con grossa molla di plastica colorata (direttamente in aula durante la prima lezione frontale) Visita guidata su siti web: www.wikipedia.org www.gm.ingv.it (Ist. naz. geofisica e vulcanologia) www.earthquake.it www.astrogeo.va.it/sismi.htm (Centro geofisico prealpino)

ORIGINE DEI TERREMOTI L’esistenza dei terremoti è la testimonianza più diretta della presenza, all’interno della Terra, di forze immani capaci di frantumare e spostare spessori notevoli di roccia; quando questi eventi si verificano parte dell’energia che tale fenomeno ha prodotto viene liberata sotto forma di onde meccaniche che generano un terremoto . A seconda della loro intensità, queste vibrazioni del terreno producono danni di diversa gravità.

RUOLO DELLE FAGLIE I terremoti sono sempre associati a grandi sistemi di fratture, denominati faglie ; le forze che generano e mantengono attive queste fratture nelle rocce dell’interno terrestre sono da mettere in relazione ai movimenti delle placche litosferiche (ved. Tettonica a zolle ). Nel movimento delle placche litosferiche intervengono: forze di compressione ; forze di distensione ; forze di taglio (più comuni).

AZIONE DELLE FORZE INTERNE Quando le forze che agiscono su un corpo roccioso hanno una debole intensità, le rocce si deformano senza rompersi (  comportamento plastico). Quando tali forze superano un certo valore soglia, la roccia si frattura con un movimento più o meno ampio dei due blocchi di roccia (  comportamento rigido). La probabilità che queste forze diano origine a delle faglie ed al loro movimento dipende da: tipo di roccia presente; profondità a cui la forza agisce.

IPOCENTRO ED EPICENTRO Quando la tensione a cui sono sottoposte le faglie supera un certo valore soglia, i blocchi rocciosi a ridosso della frattura si muovono l’uno rispetto all’altro e si generano delle onde sismiche . Tali onde sismiche : partono da un ipocentro , collocato al di sotto della superficie terrestre; giungono sulla superficie terrestre a livello di un epicentro .

ONDE SISMICHE Le onde sismiche che si propagano all’interno delle rocce della crosta terrestre sono distinguibili in tre categorie. 1) Onde longitudinali (o Onde P = primarie): generate da forze di compressione 2) Onde trasversali (o Onde S = secondarie): generate da forze di taglio , velocità pari a metà di quella delle Onde P , NO trasmissione nei liquidi 3) Onde superficiali : generate dalle interazioni fra Onde P ed Onde S , distinte in Onde di Love ed in Onde di Rayleigh

ONDE SISMICHE Sulla superficie terrestre, almeno teoricamente, dovrebbe essere avvertito l’arrivo per primo l’arrivo delle onde P (scosse sussultorie), poi l’arrivo delle onde S (scosse ondulatorie) ed infine l’arrivo delle onde superficiali (oscillazioni complesse). Nella realtà, però, non tutto avviene in modo così lineare: per il fatto che le onde P e le onde S vengono riflesse e rifratte molte volte dalle superfici di separazione delle rocce; per il fatto che parte dell’energia di un tipo di onde è trasferita nell’altro generando nuovi treni di onde .

PROPAGAZIONE DELLE ONDE La modalità di propagazione dei vari tipi di onde sismiche può essere illustrata con un semplice esperimento , effettuabile in aula, che consiste nel trasmettere impulsi di compressione , distensione e taglio ad una  molla di plastica colorata. Tale esperimento risulta: economico; poco dispendioso in termini di tempo; mentalmente stimolante per gli alunni.

DISTRIBUZIONE DEGLI EPICENTRI Pur sottolineando che non esiste un’area della Terra sicura dal punto di vista sismico, va notato che la maggior parte dei terremoti si concentra in aree ben definite, che sono: la cintura di fuoco circumpacifica  archi insulari del Pacifico occidentale + costa occidentale delle Americhe; le dorsali medio-oceaniche; il sistema alpino-himalayano. In Europa paesi quali Grecia, Spagna, Portogallo ed Italia costituiscono aree frequentemente sottoposte a terremoti (ved. Friuli nel 1976, Irpinia nel 1980, Umbria nel 1997).

DISTRIBUZIONE DEGLI EPICENTRI Carta sismica italiana

PIANO DI BENIOFF In alcune aree, come sulla costa occidentale delle Americhe, si è notato che gli ipocentri dei terremoti si distribuiscono in modo che la loro profondità aumenta progressivamente andando dalla fossa oceanica verso la catena montuosa continentale o l’arco insulare. È come se in queste aree gli ipocentri dei terremoti fossero posti lungo un piano che sprofonda all’interno della Terra fino ad una profondità massima di 700 Km.  Tale fenomeno è stato studiato dal sismologo americano Hugo Benioff e, quindi, questo piano inclinato è detto piano di Benioff .

SISMOGRAFO Lo studio sistematico dei fenomeni sismici è stato possibile solamente con l’introduzione di strumenti fondamentali a questo scopo: i sismografi . I sismografi sono utilizzati allo scopo di: quantificare oggettivamente l’energia che viene liberata dai diversi sismi ; localizzarne velocemente la posizione dell’ epicentro . Un sismografo è costituito fondamentalmente da una massa sospesa in modo tale che le forze che producono le oscillazioni del suolo non vengano trasferite alla massa stessa.

SISMOGRAFO Quando il suolo si muove per opera di un terremoto , la massa rimane ferma ed il pennino fissato a tale massa registra su un rotolo di carta fissato al terreno le vibrazioni del terreno; il grafico ottenuto è detto sismogramma.

RETI SISMICHE In una stazione sismologica sono compresi almeno tre sismografi , uno per ciascuna delle tre direzioni fondamentali dello spazio. Un passo fondamentale nel mondo della Sismologia è stato compiuto quando si sono realizzate delle reti sismiche , costituite da un insieme di stazioni sismologiche distribuite secondo opportuni criteri su un certo territorio. Compito di tali reti sismiche è di: individuare l’ epicentro di un terremoto per permettere l’intervento della protezione civile; raccogliere dati allo scopo di analizzarli a livello scientifico.

SCALA RICHTER (1935) Un sismografo misura l’intensità di un terremoto secondo la scala Richter (o scala delle magnitudo ). Magnitudo = logaritmo in base 10 della massima ampiezza di onda sismica registrata da un sismografo a 100 Km dall’ epicentro di un terremoto M = Log a + C • Log d + D dove si ha che: a = ampiezza MAX in millesimi di mm dell’ onda sismica d = distanza in gradi del sismografo dall’ epicentro (C e D sono parametri legati alla natura delle rocce.)

SCALA MERCALLI (1902) Precedentemente alla scala Richter era stata elaborata un’altra scala di misura dei terremoti : la scala Mercalli . La scala Mercalli comprendeva inizialmente 10 gradi; poi Wood e Neumann misero a punto una scala detta « Intensità Mercalli modificata », comprendente 12 gradi. Questa scala è, però, solamente di tipo descrittivo ed è basata sulla percezione soggettiva delle oscillazioni del terreno e dei danni subiti dagli edifici.

SCALA MERCALLI MODIFICATA �� 12 gradi di intensità sismica riconosciuti Grado I : Debole Grado VII : fortissima Grado II : Leggerissima Grado VIII : rovinosa Grado III : Leggera Grado IX : disastrosa Grado IV : Mediocre Grado X : disastrosissima Grado V : Forte Grado XI : catastrofica Grado VI : Molto forte Grado XII : apocalittica

QUALE SCALA UTILIZZARE? Le due scale di misura analizzate presentano ciascuna i propri pregi (e difetti). La scala Richter : dà una misura oggettiva dell’intensità del terremoto ; permette di ottenere l’oscillazione massima a cui è sottoposto il suolo in caso di terremoto . Invece la scala Mercalli : offre un’idea immediata degli effetti che il terremoto ha avuto in un determinato territorio; è l’unica applicabile in alcune aree estese della Terra interessate da terremoti e nelle quali non esistono sismografi .

LABORATORIO IN SALA COMPUTER Ricerca in internet di approfondimenti su: Origine e natura dei terremoti Effetto di onde sismiche P , S e superficiali Regioni della superficie terrestre a maggior interesse sismico I sismi più catastrofici della storia

MATERIALI Libro di testo: “ Corso di geografia generale”, Matteo Filippini e Luigi Bignami, Minerva Italica, Milano, 1995 Grossa molla di plastica colorata Collegamento web

TEMPI e SPAZI Tempi: 6 ore totali (2 ore per settimana) 1 ora per l’esecuzione e la discussione collettiva del QUESTIONARIO DELLE RAPPRESENTAZIONI 3 ore di lezione frontale 1 ora in sala computer 1 ora per verifica dell’apprendimento Spazi: aula, sala computer

VERIFICHE DELL’APPRENDIMENTO Spiega come le forze di compressione, distensione e taglio agiscono sulle rocce terrestri fino a 100 Km di profondità. Quando si verifica un terremoto? Descrivi come si propagano e come vengono percepiti sulla superficie terrestre i vari tipi di onda: longitudinale, trasversale e superficiale. Elenca le regioni della superficie terrestre più colpite da fenomeni sismici. Cosa rappresenta il piano di Benioff? Illustra brevemente su cosa si basano la Scala Mercalli e la Scala Richter. Perché la Scala Mercalli è ancora utilizzata dai sismologi?

OSTACOLI RISCONTRATI Problemi nel concepire come e quando un certo tipo di roccia possa passare da comportamento plastico a comportamento rigido Difficoltà nella rappresentazione mentale dell’effetto complessivo di forze di compressione, distensione e taglio (con relativi tipi di onde sismiche) sulle rocce della crosta Mancate basi per poter comprendere per bene il perché della distribuzione tipica di zone maggiormente interessate a terremoti (poiché non ancora affrontata la teoria della tettonica a zolle) Poca chiarezza nella comprensione del processo alla base della formazione di un piano di Benioff (per lo stesso motivo del punto precedente)

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Esame Compl. Scienze Della Terra + Lab I Terremoti

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