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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Non ne bastava uno …

In questo blog, molte volte abbiamo parlato di terremoti. In particolare, piu’ volte abbiamo discusso circa la previsione di questo genere di fenomeni, mostrando come la scienza allo stato attuale non sia in grado di prevedere quando, ma soprattutto dove, si verifichera’ un sisma:

– Allineamenti, terremoti e … Bendandi

– Riassunto sui terremoti

– Analisi statistica dei terremoti

– Dati falsi sui terremoti

– Terremoti, basta chiacchiere. Parliamo di numeri.

– Terremoti: nuove analisi statistiche

Molte volte, ci siamo soffermati su previsioni azzardate ad opera di siti internet o quasi-veggenti, che altro non fanno che creare panico nelle persone annunciando terremoti piu’ o meno violenti in diverse parti del globo.

In particolare, abbiamo visto come la scienza sia ancora alla ricerca dei cosiddetti “precursori sismici”, cioe’ di quel o quegli eventi che possono annunciare o far presagire in un determinato luogo un prossimo terremoto. Uno dei precursori sismici maggiormente discussi negli ultimi tempi e’ ovviamente il radon. Il maggior sostenitore di questa strada e’, come tutti sapete, Giampaolo Giuliani.

Come discusso in questo post:

– Terremoti, Pollino, Giuliani, Radon, L’Aquila …

Il radon non puo’ essere considerato un precursore sismico, dal momento che non e’ stata verificata una correlazione sistematica tra emissioni di radon dal sottosuolo e manifestazione di terremoti. Con questo si intende, come abbiamo visto, che possono esserci emissioni di radon con terremoti, emissioni di radon senza terremoti, ma soprattutto terremoti senza emissioni di radon. Questo fa si che questo gas non possa essere utilizzato come una prova certa antecedente all’insorgere di fenomeni sismici.

Nei post precedenti, molto spesso ci siamo rivolti alla statistica per cercare di togliere un po’ di nebbia su questi fenomeni, ma soprattutto per smentire tutti quelli che vorrebbero un aumento sistematico dei terremoti nel mondo in vista del 21/12.

Come abbiamo visto, una possibile analisi di questi fenomeni puo’ essere fatta in termini statistici studiando proprio la frequenza annuale dei fenomeni di diverse magnitudo.

Se partiamo dal presupposto che in media all’anno ci sono tanti fenomeni di una certa magnitudo, possiamo capire piu’ o meno un andamento medio dei fenomeni. Ovviamente questo prescinde da qualsiasi tipo di previsione reale. Il discorso e’ relativo alla media globale dei fenomeni, assolutamente non possiamo prevedere nessun fenomeno di una certa intensita’, ma soprattutto non esiste nessuna correlazione sul luogo dei sismi.

Perche’ sto facendo questo discorso?

Su internet, ma soprattutto su facebook, sta facendo molto discutere un’analisi statistica fatta proprio da uno stretto collaboratore di Giuliani. Stiamo parlando di Leonardo Nicoli’, portavoce della “fondazione Giuliani”, che negli ultimi tempi sta rubando la scena al padrone di casa.

Proprio attraverso la sua pagina facebook, Nicoli’ sta pubblicando una serie di analisi statistiche, basate proprio su quanto abbiamo mostrato nei post precedenti.

Cerco di farvi capire meglio.

Se in media ci sono 10 eventi all’anno di magnitudo tra 6 e 7 nel mondo, ovviamente sto mettendo numeri a caso, possiamo calcolare statisticamente la probabilita’ che nei prossimi mesi ci sara’ uno di questi eventi da qualche parte.

Proviamo a fare un esempio semplice. Immaginate di lanciare un dado da gioco dieci volte e di voler contare il numero di volte in cui esce un numero pari o un numero dispari. Come sappiamo bene, “in media” ci si aspetta che esca 5 volte un numero pari e 5 volte un numero dispari. Ora, sempre pensado che il dado non sia truccato, puo’ accadere che con dieci lanci escano sempre numeri pari. La statistica e’ in grado di prevedere questa probabilita’.

Sempre tenendo a mente l’esempio del dado, se dopo 3 lanci e’ uscito un numero pari, potete calcolare la probabilita’ che al prossimo lancio esca un numero dispari.

Questa e’ la statistica. Ovviamente stiamo parlando di probabilita’ medie. Se vi aspettate 10 terremoti di intensita’ tra magnitudo 6 e 7  all’anno, e a Dicembre ne avete avuti solo 5, ci sara’ una probabilita’ alta che nei prossimi giorni avvenga uno di questi eventi.

Come capite bene pero’, c’e’ anche la probabilita’ che questo evento non accada perche’ la natura decide che non deve accadere.

Di calcoli di questo tipo, abbiamo parlato in questo post:

– Terremoti: nuove analisi statistiche

dicendo espressamente che la statistica non puo’ essere utilizzata per prevedere un terremoto.

Cosa sta invece accadendo sulle pagine di Nicoli’? Semplice, si stanno proponendo questi calcoli statistici e molte persone stanno accogliendo questi calcoli come una previsione di terremoti futuri. Questo perche’ alcune probabilita’ sono state rispettate.

Per farvi capire, i commenti che trovate sono del tipo: “allora i terremoti si possono prevedere”, “la scienza ufficiale sta facendo una copertura a riguardo” e “finalmente una voce indipendente e lontana dalla copertura scientifica”.

Questo e’ il link alla pagina di facebook, intitolata “la matematica dei terremoti”:

– La matematica dei terremoti

Come vedete nella parte iniziale, si parla di probabilita’ vicina al 100% che nei prossimi giorni ci possa essere un fenomeno di magnitudo tra 7 e 7.9, cosi’ come di uno tra 6 e 6.9.

Da quanto detto, e’ d’obbligo sottolineare una cosa: si tratta di calcoli statistici fini a se stessi. La statistica ci puo’ dare un’idea di massima dell’andamento del numero di fenomeni nel mondo, ma assolutamente non ci consente di prevedere terremoti.

Personalmente credo che in una pagina del genere, ma soprattutto vedendo commenti di questo tipo, si dovrebbe scrivere esplicitamente che non si tratta di previsioni certe. Parlare in questi termini di probabilita’ del 100%, significa convincere la gente che i terremoti possano essere predetti.

Come potete verificare da soli, non si hanno assolutamente indicazioni riguardo al luogo in cui avverra’ il sisma, ma soprattutto non si avra’ mai la certezza.

Secondo voi, se la statistica ci dicesse che da oggi al 21/12 c’e’ una probabilita’ vicina al 100% che ci sara’ un terremoto di magnitudo M8, cosa dovremmo fare? Come detto sono calcoli statistici, senza nessuna indicazione del luogo. La probilita’ vicina al 100% non va assolutamente letta come una certezza.

Come potete capire bene da soli, si sta facendo speculazione su questi calcoli, cercando di convincere le persone che esistano leggi statistiche in grado di prevedere i terremoti.

Vi faccio un ultimo esempio che spesso viene utilizzato per spiegare come funziona la statistica. Se due persone hanno due mele per sopravvivere, la prima persona magia due mele e vive, la seconda non mangia niente e muore, secondo la statistica hanno mangiato in media una mela ciascuno e sono entrambe vive. Credo che questo esempio sia molto utile per capire i limiti della statistica nelle applicazioni reali.

Concludendo, diffidate dei numerosi link che trovate in rete circa la previsione dei terremoti. Come detto, ad oggi la scienza non e’ in grado di prevedere con certezza quando, dove e con che intensita’ avverra’ un terremoto. Qualsiasi previsione vi venga proposta e’ senza ombra di dubbio campata in aria o inventata di sana pianta.

Per analizzare tutte le profezie sul 2012, ma soprattutto per parlare scientificamente di eventi sempre attuali e molto spesso poco divulgati, non perdete in libreria “Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.

 

Tromba d’aria a Taranto

Questa mattina, intorno alle 10.30, si e’ verificata una violenta tromba d’aria a Taranto. Attualmente c’e’ un disperso e numerosi feriti. Il fenomeno ha causato ingenti danni strutturali, soprattutto alle acciaierie dell’Ilva.

In passato, abbiamo gia’ parlato di tornado in questo post:

– Tornado di Fuoco in Australia

In queste ultime ore, ho ricevuto diversi messaggi da parte di utenti, che mi chiedevano il mio punto di vista sulla cosa. Come potete facilmente immaginare, questo fenomeno e’ stato subito messo in relazione con gli eventi del 21 Dicembre e molte fonti web vedrebbero nella tromba d’aria un chiaro segnale premonitore della prossima fine del mondo.

Ora, alla luce dei dispersi e, secondo alcune fonti, anche delle vittime da accertare, lungi da me ridurre il discorso ad un semplicistico ragionamento scientifico. Quello che pero’ vorrei discutere e’ il perche’ si formano le trombe d’aria e se effettivamente questo fenomeno ha un significato di eccezionalita’.

Prima di tutto, come si forma una tromba d’aria?

L’insorgere di questo genere di fenomeni e’ strettamente legato alle condizioni atmosferiche. Quando si e’ in presenza di correnti d’aria calda negli strati inferiori e di correnti d’aria fredda negli strati piu’ alti, possono innescarsi fenomeni turbolenti. A causa della differenza di peso, l’aria calda degli strati sottostanti tende a salire verso l’alto, mentre quella fredda e’ spinta verso il basso. Se le condizioni delle correnti lo consentono, questo movimento di masse d’aria puo’ provocare un cilindro d’aria rotante intorno ad un asse perpendicolare al terreno.

Processo di formazione di una tromba d’aria

A questo punto, la continua spinta delle correnti d’aria calda verso l’alto, puo’ allungare il cilindro d’aria verso l’alto creando appunto la tromba d’aria.

Le condizioni atmosferiche migliori per la formazione di una tromba d’aria si hanno in concomitanza con un forte temporale. In questo caso, la presenza di cumulonembi puo’ offrire le condizioni di temperatura e pressione migliori per la creazione del turbine iniziale.

Il diametro alla base di una tromba d’aria puo’ variare tra le decine di metri fino anche a 500 metri, con altezze che vanno dai 100 metri fino anche ad 1 Km. Queste formazioni ventose, una volta create, possono resistere per tempi anche lunghi, percorrendo tragitti dell’ordine anche di qualche kilometro.

A differenza di quanto si potrebbe pensare, le trombe d’aria sono un fenomeno possibile nella zona mediterranea, anche se con probabilita’ di formazione diversa in base alla regione considerata. Per completezza, vi riporto anche una mappa del NOAA con l’indicazione delle aree mondiali di maggior incidenza di trombe d’aria:

Zone del mondo con maggior incidenza di trombe d’aria

Come vedete, l’Italia non e’ assolutamente immune a questo genere di fenomeni.

Cosi’ come avviene per i terremoti, anche le trombe d’aria vengono classificate in una scala specifica in base al loro potere distruttivo. Questa classificazione prende il nome di scala Fujita e presenta 6 livelli distinti da F0, il meno distruttivo, fino a F5, considerato catastrofico. Da quanto detto, capite bene come la classificazione di questo fenomeni richieda l’analisi di diversi fattori, quali la durata della tromba d’aria, la velocita’ dei venti, il diametro alla base, ecc. A titolo di esempio, una tromba d’aria di classe F0, per intenderci in grado solo di spezzare i rami degli alberi, presenta venti fino ad un centinaio di Km/h.

Per quanto riguarda la probabilita’ di formazione, la maggior parte delle trombe d’aria ricade nel grado F0. Solo il 5% dei fenomeni supera il grado F3 e di queste solo lo 0.1% ha il grado F5 di distruzione massima.

Come sappiamo bene, il maggior numero e la maggior intensita’ di questi fenomeni avvengono, ad esempio, negli Stati Uniti. In questo caso, a differenza dell’Italia, la maggior intensita’ e’ proprio dovuta alla geomorfologia del terreno che offre le condizioni ottimali per la formazione e la propagazione dei vortici.

Fatta questa doverosa premessa, torniamo al caso di Taranto.

Alla luce di quanto detto, capiamo subito che la formazione di una tromba d’aria in queste regioni, non ha assolutamente carattere di eccezionalita’. A questo punto pero’, si potrebbe obiettare dicendo che l’intensita’ del fenomeno e’ stata molto superiore rispetto a quelle a cui siamo abituati.

Cosa possiamo dire a riguardo?

La tromba d’aria di Taranto e’ stata classificata come F2 nella scala Fujita. Ripensiamo a quanto detto riguardo alla formazione delle trombe d’aria. Ruolo fondamentale in questi processi e’ la presenza di aria calda negli strati bassi e di correnti di aria fredda negli strati piu’ alti. Se ci pensiamo bene, nei giorni scorsi, le temperature in Italia sono state decisamente sopra la media. Proprio in queste ultime ore invece, stiamo assistendo all’arrivo di correnti d’aria da nord molto piu’ fredde e che stanno causando una diminuzione delle temperature in tutta la penisola. Detto questo, capite bene che le condizioni di temperatura richiesta per la formazione di una tromba d’aria erano sicuramente presenti.

Riguardo invece all’intensita’ del fenomeno, possiamo consultare gli archivi storici per cercare di capire quali sono le intensita’ che si sono verificate nel passato in Italia.

Nel 1957 nella zona dell’Oltrepo’ Pavese si e’ verificata una tromba d’aria stimata di grado F4. Nel 1970, a Venezia, si e’ verificato un altro fenomeno, sempre di intensita’ F4, che causo’ diverse vittime. Esistono poi moltissimi altri esempi documentati in Italia di trombe d’aria di intensita’ F2 ed F3, cioe’ uguali o superiori a quello di Taranto. Senza ombra di dubbio poi, il tornado piu’ violento registrato in Italia fu quello che si scateno’ nel 1930 in provincia di Treviso, stimato di grado F5, il massimo della scala Fujita, con venti fino a 500 Km/h. Ovviamente in questo caso si tratto’ di un fenomeno del tutto eccezionale per il nostro paese.

Come vedete, i nostri archivi storici sono ricchi di fenomeni di questo tipo, anche di intensita’ superiori a quelle di Taranto, avvenuti in diverse zone della penisola.

Concludendo, da quanto visto in questo articolo, le condizioni meteo presenti in questi giorni offrivano sicuramente le caratteristiche adatte per la formazione di trombe d’aria. La nostra penisola e’ soggetta a fenomeni di questo tipo e, come visto consultando gli archivi storici, ci sono moltissime testimonianze e documenti che mostrano fenomeni anche piu’ violenti avvenuti negli anni passati. Grazie a queste considerazioni, possiamo smentire l’eccezionalita’ del fenomeno di Taranto e ovviamente ogni possibile connessione con la fine del mondo e con il 21 Dicembre.

Per analizzare i fenomeni attesi per la fine del lungo computo Maya, ma soprattutto per parlare in modo semplice ed accessibile a tutti di scienza, non perdete in libreria “Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.