Le scale sismologiche

Nella sezione:

– Hai domade o dubbi

e’ stata fatta una richiesta molto interessante che riguarda le scala sismologiche. In particolare, si chiedeva di illustrare nel blog la scala ESI 2007, ma credo che sia molto interessante parlare in generale di quali scale vengono utilizzate per classificare un sisma e quali sono le differenze tra queste.

Di principio, tutti conoscono la scala Mercalli e la scala Richter, che sono quelle apparentemente piu’ utilizzate e che sentiamo nominare in occasione di qualche sisma che avviene nel mondo. Ho detto “apparentemente” perche’ prima di tutto ci sono molte altre scale utilizzate soprattutto dai sismologi ed inoltre molte di queste riescono a classificare i terremoti in modo piu’ scientifico, basandosi proprio sulla natura fisica del fenomeno, piuttosto che, ad esempio, sui danni creati da un sisma.

Dal punto di vista storico, la prima scala basata su presupposti scientifici fu la Rossi-Forel a dieci gradi. Proprio da questa, il sismologo e vulcanologo Mercalli derivo’ una scala a 12 gradi basata sull’intensita’ di un sisma. Fate attenzione, per prima cosa, parlando di terremoti, e’ molto importante distinguere tra intensita’ e magnitudo, termini spesso confusi tra loro dai non addetti ai lavori. Per far capire questa differenza, su cui torneremo in seguito descrivendo i processi fisici, basti pensare che due terremoti di uguale magnitudo possono avere intensita’ diversa se, ad esempio, avvengono con ipocentri a profondita’ diversa tra loro.

Detto questo, la scala Mercalli e’ basata sugli effetti che un terremoto puo’ avere su persone, cose e manufatti. Alla luce di quanto detto, appare evidente che un terremoto di altissima magnitudo che avviene in una zona desertica non popolata, avra’ un grado Mercalli inferiore proprio per la mancanza di danni a cose e persone.

Per essere precisi, l’attuale scala utilizzata e’ detta Mercalli-Cancani-Siedberg ed e’ a 12 gradi. In origine, la scala Mercalli, cosi’come la Rossi-Forel, aveva solo 10 gradi. Fu proprio il sismologo Cancani ad esternderla a 12 gradi. Generalmente, i gradi piu’ bassi della scala vengono attribuiti in base alla percezione delle persone, mentre per i gradi piu’ alti ci si basa sugli effetti agli edifici e ai manufatti in generale.

Da quanto detto, appare evidente che la scala Mercalli non e’ basata su nessuna quantita’ fisica legata al terremoto, ma solo agli effetti del sisma. Se vogliamo, questo inizialmente potrebbe essere un vantaggio di questa scala dal momento che per l’attribuzione dell grado non e’ necessaria alcuna strumentazione specifica.

Proprio queste considerazioni hanno poi portato alla formulazione della scala Richter. Piccola premessa, il termine scala Richter, non e’ in realta’ molto utilizzato dalla comunita’ sismologica in quanto la scala viene detta “Magnitudo Locale”. Come e’ definita? Come anticipato, questa scala misura la magnitudo del sisma ed e’ direttamente legata all’energia rilasciata nel sottosuolo. Questo parametro viene stimato per il terremoto all’ipocentro ed e’ dunque non dipendente, come e’ evidente, dalle tecniche costruttive utilizzate in una determinata zona. A parte il particolare sismografo utilizzato per determinare il grado Richter, questa e’ una scala logaritmica in cui vengono definiti i decimi di magnitudo (M X.Y) ed in cui, ad esempio, una determinata magnitudo e’ circa 32 volte maggiore della successiva: M6=32M5, ecc.

Ora, date queste due scale, perche’ avremmo bisogno di altro? Come detto, la scala Mercalli e’ relativa ai danni del terremoto, la acala Richter invece e’ direttamente legata all’energia rilasciata dal sisma e dunque descrive la meccanica del fenomeno. In realta’, quest’ultima scala presenta dei problemi di saturazione per i gradi maggiori, dovuti al fatto che, sopra M8.5, terremoti di magnitudo diversa possono risultare nello stesso valore della scala.

Per risolvere questo problema, e’ stata poi introdotta la scala del “momento sismico”. Analogamente alla Richter, anche questa scala e’ di tipo logaritmico e si basa sulla stima dell’energia rilasciata nell’ipocentro. A differenza pero’ della prima, non presenta i problemi di saturazione.

Da quanto detto, appare evidente come queste scale siano completamente scorrelate tra loro, trattando un sisma sotto aspetti diversi. Se ci pensiamo bene, entrambi i parametri utilizzati potrebbero essere utili per una valutazione e per una comparazione, ad esempio, per sismi successivi avvenuti nello stesso luogo. Sulla base di questo, e’ stata sviluppata la “Scala Macrosismica Europea”, o EMS-98. In questa definizione, si distingue un sisma in base alla forza degli effetti di un terremoto in un luogo specifico. In questo senso, entra ovviamente l’energia del sisma, ma anche i danni provocati dal fenomeno in un determinato luogo, caratterizzato da specifiche tecniche costruttive e densita’ abitative. Anche la EMS-98 presenta 12 gradi e, passando dai livelli piu’ bassi a quelli piu’ alti, di volta in volta la percezione umana del sisma lascia spazio ai danni agli oggetti provocati dal fenomeno. Per quanto piu’ precisa e meglio utilizzabile, anche questa scala presenta delle limitazioni simili a quelle dei suoi predecessori: confusione nell’attribuzione di un livello alto, influenze soggettive nella valutazione dei danni agli edifici.

Per evitare queste problematiche, nel 2007 e’ stata sviluppata una nuova scala detta “Environmental Seismic Intensity Scale”, o ESI-2007. Come suggerisce il nome stesso, questa scala si basa sugli effetti ambientali che un sisma puo’ avere in un determinato luogo. Fate attenzione, stiamo parlando di ambiente in generale, non solo di antropizzazione. In tal senso, questa scala va proprio a valutare la fagliazione provocata nel terreno, fenomeni di subsidenza, liquefazione, frattura, ecc. Come visto in diversi articoli, questi sono tutti effetti seguenti ad un sisma e che possono essere utilizzati per descrivere il fenomeno partendo proprio dalle sue conseguenze sull’ambiente.

Qual e’ il vantaggio di questa tecnica? Come sappiamo, molto spesso un terremoto tende a ripetersi in zone in cui e’ gia’ avvenuto. Valutare, e dunque raccontare, il sisma basandosi proprio sui suoi effetti sull’ambiente, puo’ aiutarci a prevenire i danni del terremoto. In che modo? Parlare di case distrutte, non e’ di per se un parametro utilie, ad esempio, per confrontarci con fenomeni avvenuti decenni prima. Questo e’ evidente se si pensa alle diverse tecniche costruttive, ma anche al grado di antropizzazione di un determinato luogo. Parlando invece di conseguenze sull’ambiente, e’ possibile prima di tutto confrontarci con gli eventi passati, ma soprattutto ci permette di predisporre piani di emergenza mirati, conoscendo le eventuali problematiche che potrebbero verificarsi in concomitanza con un sisma di alta intensita’.

Ultima considerazione che vi sara’ venuta in mente: perche’ parliamo di nuova scala se il nome e’ qualcosa-2007? Semplicemente perche’ nel 2007 e’ stta presentata questa divisione, ma prima di poter essere utilizzata, sono richiesti 5 anni di sperimentazione, cosi’ come avvenuto.

Concludendo, esistono diverse scale sismologiche per poter valutare e distinguere tra loro i diversi terremoti. Cme visto pero’, queste presentano alcune limitazioni specifiche dovute alla stima dei danni o alla caratteristica fisica presa in considerazione. Distinzione molto importante e’ quella tra magnitudo e intensita’ che, come visto, sono due termini spesso confusi ma che in realta’ caratterizzano cose completamente diverse tra loro. La nuova scala ESI-2007, consente di valutare gli effetti provocati da un sisma sull’ambiente, determiando cosi’ un confronto diretto e sempre possibile in un luogo specifico. Come potete facilmente immaginare, per poter definire esattamente il grado ESI di un sisma, i sismologi devono recarsi sul luogo per poter stimare al meglio gli effetti ambientali lasciati. Oltre a quelle viste, vi sono poi altre scale, spesso simili alle altre, ma il cui utilizzo e’, ad esempio, specifico di un determinato luogo per motivi storici o culturali.

 

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

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Nuovi candidati per l’impatto mortale?

Alcuni utenti mi hanno chiesto di commentare una notizia apparsa proprio in queste ore su molti siti intenet. Stando a quanto riportato, la NASA avrebbe dichiarato di aver scoperto un nuovo asteroide orbitante vicino alla Terra e che potrebbe rappresentare una notevole minaccia per il genere umano. Per essere precisi, trovate scritto che questo corpo sarebbe molto piu’ pericoloso di Apophis di cui abbiamo parlato, ad esempio, in questo post:

– Attenzione, tra poche ore passa Apophis!

Come sapete bene, su Apophis si e’ speculato tantissimo per due motivi principali. Il primo e’ che questo NEO, oggetto vicino alla Terra, per lungo tempo ha avuto una probabilita’ di impatto dalle simulazioni diversa da zero, mentre la seconda ragione si deve a Margherita Hack che in alcune interviste, per smentire le fantasie sul 2012, ha espressamente detto che forse era meglio preoccuparsi di Apophis piuttosto che della fine del calendario Maya. Questa affermazione, fatta ovviamente per sminuire il 2012, ha avuto l’effetto contrario di creare uno stato d’allerta sui meteoriti.

Detto questo, sempre secondo la notizia che stiamo analizzando, il nuovo asteroide appena scoperto sarebbe “1999 RQ36”, che dovrebbe colpire la Terra nel 2182.

Premesso che il 2182 mi sembra abbastanza lontano per iniziare a preoccuparsi, le tante notizie che trovate in rete presentano alcuni punti fondamentali completamente falsi.

Cerchiamo di capire meglio.

Prima di tutto, come suggerisce il nome stesso, l’asteroide in questione e’ stato scoperto nel 1999. La prima osservazione e’ stata fatta nell’ambito del programma LINEAR e l’asteroide e’ costantemente monitorato e studiato dall’osservatorio di Arecibo.

1999 RQ36 ha una forma sferiodale con un diametro medio di 560 metri e una massa di 0.14 miliardi di tonnellate. A livello scientifico, si e’ parlato abbastanza di questo asteroide, soprattutto perche’ e’ stato possibile determinare la sua massa con estrema precisione. Questo risultato e’ stato raggiunto sfruttando le informazioni di 3 radiotelescopi nel mondo e calcolando in maniera molto precisa gli effetti gravitazionali subiti da 1999 RQ36. Come potete facilmente immaginare, questo e’ stato un compito molto arduo, dal momento che per calcoli di queto tipo, si devono considerare tutti i corpi in prossimita’ dell’asteroide, al fine di valutare precisamente le interazioni gravitazionali subite durante il moto.

Probabilmente, leggendo qualche notizia qua e la sui siti scientifici, i nostri amici catastrofisti non hanno capito bene quello di cui si stava parlando e perche’ cosi’ tanto interesse fosse concentrato su questo asteroide. Ovviamente, non dobbiamo dimenticarci il periodo storico che stiamo attraversando. Dopo il fatto russo dell’asteroide su Cheliabynsk, speculare su eventi di questo tipo e’ divenuta una moda molto proficua per tanti siti internet.

Detto questo, come possiamo verificare la reale pericolosita’ di 1999 RQ36?

Per prima cosa, per chi volesse divertirsi a simulare l’impatto di un corpo di questo tipo sulla Terra, abbiamo fatto esperimenti di questo tipo in un altro articolo:

– Effetti di un impatto con Nibiru

Seguendo i link riportati, potete accedere ad un programma di simulazione molto carino e con cui potete valutare i reali rischi che un impatto di questo tipo avrebbe per la Terra e per il genere umano.

Detto questo, per poter capire la reale probabilita’ di impatto, non solo di questo asteroide, ma di qualsiasi corpo che volete controllare, basta al solito accedere al sito della NASA sui corpi potenzialmente pericolosi:

– NASA, NEO program

In queste pagine trovate il database completo con le informazioni su tutti i NEO potenzialmente pericolosi, insieme anche ai parametri orbitali e ai dati fisici.

Cosa troviamo su 1999 RQ36?

Aprendo la pagina dedicata a questo corpo:

– NASA, 1999 RQ36

Vedete che i passaggi ravvicinati alla Terra saranno tra il 2169 e il 2199. Sempre facendo riferimento a questa tabella:

Passaggi ravvicinati per RQ36

vedete pero’ che la probabilita’ di impatto non e’ mai superiore allo 0,026%.

Molto probabilmente, un altro fattore che ha contribuito ad alimentare il sospetto su questo corpo e’ che, facendo sempre riferimento alla tabella, non compare la valutazione nella Scala Torino per questo corpo.

Come visto in questo articolo:

– L’asteroide 2012 DA14

La scala Torino e’ una classificazione del pericolo di impatto dei NEO sulla Terra. Questa scala tiene conto sia della massa dell’asteroide che della sua energia cinetica. Come capite subito, in un eventuale impatto, anche l’energia cinetica posseduta dal proiettile rappresenta un parametro di notevole importanza.

Visto che per 1999RQ36 non compare la valutazione, proviamo a valutare da noi il pericolo di impatto facendo un confronto con un altro asteroide potenzialmente pericoloso: 2007 VK184. In questo caso abbiamo un proiettile un po’ piu’ piccolo, solo 130 metri di diametro, ma che viaggia ad una velocita’ superiore a 1999 RQ36: 19 m/s contro 13 m/s.

– NASA, 2007 VK184

Perche’ abbiamo scelto questo corpo? Come vedete sempre consultantdo il sito NASA, VK184 e’ considerato l’osservato speciale per la probabilita’ di impatto sulla Terra. Con questo si intende che e’ il NEO con la probabilita’ di impatto maggiore per il futuro.

Facendo riferimento alla tabella che trovate sulla pagina riportata:

Passaggi ravvicinati per VK184

Vedete che in questo caso, la probabilita’ maggiore di impatto e’ dell’ordine di 0,055% con il valore 1 nella Scala Torino. Analogamente a quanto avvenne la prima volta con Apophis, anche questo corpo ha dunque un valore diverso da zero della Scala Torino. Proprio per questo motivo, trovate il corpo evidenziato sulla pagina NASA e VK184 viene costantemente monitorato.

Cosa significa 1 nella Scala Torino?

Definizione dei valori della Scala Torino

Se avete pensato che il valore 1 ci dia la certezza di impatto, siete fuori strada. Ovviamente 1 e’ maggiore di 0, cioe’ della probabilita’ completamente nulla di impatto con la Terra. Nnostante questo, come vedete dalla figura a lato, la scala Torino a valori che vanno da 0 a 10 e che corripondono ad un crescendo di probabilita’ di impatto.

Prendendo la definizione ufficiale della scala Torino, il valore 1 corrisponde a quanto segue:

Osservazioni occasionali possono scoprire il passaggio vicino alla Terra di oggetti che li pongono in un livello di pericolo di collisione. Calcoli e analisi mostrano che le probabilità di collisione sono estremamente basse da non meritare grande attenzione e preoccupazione nella gente comune. Nuove osservazioni molto probabilmente porteranno una riassegnazione al livello 0.

Dunque? Premesso, come visto, che stiamo parlando di passaggio ravvicinati tra piu’ di un secolo, il valore 1 non corrisponde assolutamente a nessun pericolo. Complice anche la lontananza temporale dell’evento considerato, l’orbita dell’asteroide e’ conosciuta con un’incertezza tale da non consentire una valutazione precisa della probabilita’ di impatto. Cosi’ come avvenuto per Apophis, a distanza di anni e grazie alle osservazioni continue ad opera dei tanti telescopi funzionanti a Terra, la probabilita’ di impatto, e duqnue anche il valore della Scala Torino, e’ divenuta completamente nulla.

Detto questo, siete ancora convinti che sia il caso di preoccuparsi di 1999 RQ36? Secondo me, assolutamente no. Ovviamente non vogliamo tranquillizzare per partito preso. Le nostre considerazioni nascono da un’analisi dei parametri attualmente disponibili, ma soprattutto dal tempo che ancora manca per questo passaggio ravvicinato. Molto probabilmente, tra piu’ di un secolo avremo sicuramente, anche se ne fosse richiesto l’utilizzo, un qualche sistema funzionante per poter deviare o distruggere i potenziali pericoli spaziali per la Terra. Di questi sistemi, attualmente in stato di studio, abbiamo parlato in questo post:

– Asteroidi: sappiamo difenderci?

 

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.