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Cascadia e Tsunami orfano

10 Giu

Solo qualche giorno fa, parlando di previsioni catastrofische per il futuro, eravamo tornati sul discorso terremoti. In particolare, in questo post:

Se arrivasse il Big One?

abbiamo parlato del grande terremoto “atteso”, ovviamente per modo di dire, in California. Come sappiamo, la presenza della Faglia di Sant’Andrea genera da sempre terremoti lungo la costa occidentale degli Stati Uniti, e, come noto a tutti, nell’arco di un periodo non definito, che spazia fino a centinaia di anni, si potrebbe verificare un terremoto talmente distruttivo da abbattere gran parte delle costruzioni della zona.

Proprio su questo articolo, e’ stato fatto un commento molto interessante, che ci offre la possibilita’ di parlare di un altro fenomeno sismico, meno noto, ma forse ben piu’ distruttivo. Ci stiamo riferendo alle placche che convergono nella zona della Cascadia e che, negli ultimi anni, stanno richiamando sempre piu’ l’attenzione degli esperti.

Movimento di Subduzione tra placche

Movimento di Subduzione tra placche

Per Cascadia si intende quella zona che corre lungo le coste occidentali nord americane e che va dal Canada meridionale fino alla California Settentrionale. In termini geologici, questa e’ una zona detta di “subduzione”, cioe’ una parte di crosta terrestre in cui due placche scorrono passando una sull’altra. Per meglio comprendere questo fenomeno, potete fare riferimento alla figura riportata a lato.

La configurazione della Cascadia e’ estremamente interessante ed unica. In questa zona infatti, le placche pacifiche minori, dette Juan de Fuga, Explorer e Gorda, subducono, cioe’ si infilano sotto, alla piu’ grande placca Nord Americana. Questo lento movimento avviene da sempre con velocita’ comprese tra i 3 ed i 4 cm all’anno.

Nell’immagine seguente viene mostrata la situazione delle placche della Cascadia:

Placche convergenti in Cascadia

Placche convergenti in Cascadia

Cosa c’entra la Cascadia con i terremoti?

Fino a qualche decina di anni fa, si pensava che questa struttura fosse in grado di generare solo eventi di piccola intensita’ a causa della continua frammentazione delle rocce dovute al movimento.

Come evidenziato da recenti studi, questa idea e’ letteralmente sbagliata. Anche se fenomeni di grande intensita’ avvengono con intervalli di tempo molto lunghi, zone di subduzione come quelle della Cascadia, possono generare terremoti di notevole intensita’. In particolare, i piu’ grandi eventi registrati nel corso dei secoli, sono proprio dovuti a movimenti di questo tipo. Geologicamente infatti, la continua spinta tra le placche provoca un alto accumulo di energia elastica che puo’ portare ad una frattura estesa e profonda. Risultato di questo e’ l’insorgere di sismi di elevata magnitudo accompagnati anche da Tsunami molto alti.

Parlando direttamente della Cascadia, si pensa che eventi di questo tipo potrebbero avvenire con tempi che vanno dai 250 fino ai 350 anni ma con terremoti che possono tranquillamente superare magnitudo M8.

Perche’ e’ importante studiare questa zona?

Come potete immaginare pensando alla posizione delle placche, lungo la costa del continente americano interessata, sorgono grandi centri abitati: Vancouver, Seattle, Portland, tutti centri densamente popolati e ricchi anche di edifici storici. Dalle analisi condotte, e’ risultato infatti che molti dei grattacieli costruiti fino al 1970, non resisterebbero ad un evento cosi’ intenso. Tra l’altro, a causa proprio della subduzione, un eventuale terremoto di forte intensita’ avrebbe anche una durata prolungata nel tempo ed accompagnata da onde di Tsunami.

Ovviamente, dopo questi studi, i grandi centri degli Stati Uniti e del Canada stanno correndo ai ripari cercando di rendere piu’ resistenti gli edifici storici, proprio per evitare danni a seguito di un eventuale terremoto.

Quando dovrebbe avvenire il prossimo terremoto?

Come sappiamo bene, e come abbiamo discusso tante volte, e’ impossibile prevedere con precisione i terremoti. Nonostante questo, ricorrendo al solito alla statistica, e’ possibile avere un’idea con delle finestre di probabilita’. Prima parlavamo di periodi di 250-350 anni. Quando e’ avvenuto il precedente sisma causato alla Cascadia?

Proprio nell’ambito degli ultimi studi condotti su questa zona, e’ stato possibile determinare come il precedente grande sisma sia avvenuto nel 1700. E’ pero’ interessante raccontare come questa determinazione cosi’ precisa e’ avvenuta.

Nelle cronache giapponesi, si racconta di un cosiddetto “tsunami orfano”. Cosa significa? La popolazione giapponese e’ da sempre abituata a convivere sia con i terremoti che con le conseguenti onde di Tsunami che si abbattono sulle loro coste. Come e’ facile immaginare, a seguito di un violento sisma avvertito, dopo un certo tempo, ci si aspetta l’onda dall’oceano. Bene, nelle cronache si riporta di uno tsunami, avvenuto appunto nel 1700, che pero’ non era stato anticipato da nessun terremoto. Per moltissimi anni questo evento e’ rimasto un mistero al punto che, come anticipato, esiste tantissima documentazione storica che parla di questo Tsunami generato da niente.

In realta’, come scoperto solo pochi anni fa, lo Tsunami del 1700 fu generato proprio da un violento sisma, si pensa alcmeno M8.5, provocato dai movimenti delle placche della Cascadia. In quegli anni, la colonizzazione delle coste occidentali degli Stati Uniti era ancora molto scarsa per cui non esiste una vera e propria documentazione dall’altra parte del Pacifico.

La prova definitiva a sostegno del terremoto in Cascadia e’ venuta dallo studio dei reperti fossili nei terreni di fronte alla Cascadia e dallo studio delle cosiddette “foreste fossili”. Queste altro non sono che prove indirette dello Tsunami che ovviamente ha colpito anche le coste americane e canadesi. Per foreste fossili si intendono proprio i resti di alberi morti dopo essere stati sommersi delle acque salate dell’oceano. In questi casi, si osservano dei tronchi che restano al loro posto ma che muoiono tutti improvvisamente allo stesso istante. Proprio la presenza di queste foreste fossili el a datazione fatta studiando i tronchi ha permesso di datare lo Tsunami in corrispondenza dell’evento orfano sulle coste giapponesi.

Per chiudere, tutta la zona intorno all’Oceano Pacifico e’ altamente sismica e molto strutturata dal punto di vista geologico:

Cintura di Fuoco nell'Oceano Pacifico

Cintura di Fuoco nell’Oceano Pacifico

Come si vede dall’immagine, questa zona e’ comunemente detta”cerchio di fuoco”. Il nome deriva ovviamente dalla presenza di numerosi vulcani generati e alimentati proprio dai continui movimenti tellurici di subduzione e che interessano tutte le coste dell’Oceano Pacifico. L’ultima grande eruzione che si riporta e’ quella del 1980 avvenuta nell’isola di Sant’Elena, anche questa formata in realta’ da un vulcano molto attivo e potenzialmente pericoloso.

Concludendo, oltre alla gia’ citata Faglia di Sant’Andrea, negli ultimi anni molto si sta discutendo della Cascadia. Questa zona e’ interessata da fenomeni di subduzione dovuti al moviemnto di diverse placche in continuo e lento spostamento. Ad oggi, si pensa che questa zona potrebbe generare terremoti di altissima magnitudo ogni 250-350 anni. Dal momento che l’ultimo grande sisma, come scoperto studiando il conseguente Tsunami in Giappone, e’ avvenuto nel 1700, un nuovo sisma potrebbe avvenire nel giro di 50 anni da oggi. Al solito, stiamo parlando di statistica e analisi storiche, studi interessanti, che ci fanno capire tante cose, ma che non possono, in alcun caso, essere utilizzati per fare previsioni sui terremoti.

 

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Le scale sismologiche

6 Giu

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.

 

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Numerosi sinkhole a Samara

11 Apr

In diversi articoli abbiamo parlato del fenomeno dei sinkhole, cioe’ di quegli enormi buchi che si formano nel terreno, apparentemente da un momento all’altro, e che spesso raggiungono dimensioni anche elevate:

Enorme cratere si apre in Cina

Enormi voragini si aprono in Florida

Come visto in questi articoli, i crateri formati molto spesso raggiungono diametri anche di qualche metro e sono in grado di inghiottire macchine, camion, autobus, e purtroppo, cosi’ come avvenuto nel caso della Florida, anche persone.

Perche’ torniamo sull’argomento?

Negli ultimi tempi, il fenomeno dei sinkhole sta creando non pochi problemi nella citta’ di Samara in Russia. Qui infatti, si sono creati diversi crateri causando non pochi problemi alla popolazione locale. Fortunatamente, c’e’ da dire che, almeno al momento ma speriamo il dato non cambi, non ci sono state vittime. Praticamente, i giornali locali parlano di qualcosa come una decina di sinkhole formati a Samara, con dimensioni che vanno da 1 metro, fino anche a 10. Anche la profondita’ e’ abbastanza variabile, arrivando pero’ a toccare punte di 20 metri nei casi maggiori.

Come detto, al momento non ci sono vittime tra la popolazione, ma diversi automobilisti hanno visto letteralmente sprofondare la propria auto, inghiottita dalla Terra che improvvisamente sembra aprirsi. Ecco alcune foto trovate su web:

Foto dei sinkhole di Samara

Foto dei sinkhole di Samara

Come vedete, il fenomeno sta causando ingenti danni economici. Diversi giornali parlano addirittura di una citta’ che sta sprofondando. Pensate che solo qualche giorno fa, i cittadini spaventati hanno addirittura organizzato una raccolta firme da inviare al governo per “salvare la citta’ di Samara”.

Cosa sta succedendo?

Ovviamente la notizia non e’ passata inosservata su tanti siti catastrofisti. Al solito, c’e’ chi parla di fine del mondo e del nostro pianeta che ci sta inviando chiari segnali inequivocabili del cambiamento in atto. Inoltre, i fenomeni di Samara hanno riacceso anche molti animi complottisti e ufologici. Come ricorderete, a febbraio, sempre in Russia ma nella citta’ di Chelyabinsk, e’ esploso un meteorite in atmosfera causando molti feriti. Anche se io dico “meteorite”, molti siti hanno fantasticato sull’evento tirando fuori assurde teorie del complotto ma anche ipotizzando che invece di un corpo celeste, quello caduto sugli Urali fosse un disco volante.

Al solito, ci vuole sempre troppo poco a distorcere la realta’.

Lasciando da parte queste fantasie, occupiamoci invece del fenomeno dal punto di vista scientifico. Come visto negli articoli riportati, i sinkhole sono un fenomeno noto e che purtroppo si concentra in diverse localita’ del pianeta. La causa che crea la voragine non e’ sempre univoca, ma sono stati osservati fenomeni simili nel risultato, ma con origini diverse.

Nel caso di Samara, i crateri che si formano sono dovuti ad una combinazione tra morfologia del terreno e clima della zona. L’acqua delle pioggie cadute durante l’inverno, a contatto con il suolo, assorbe il biossido di carbonio causato da attivita’ antropiche e dalla vegetazione, divenendo leggermente acida. Questa acqua penetra poi nel terreno, generalmente poroso, giungengo fino allo strato delle rocce solubili. A questo punto, grazie anche all’acidita’, l’acqua corrode molto facilmente lo strato creando degli ampi spazi vuoti sotterranei. Ora, come e’ facilmente immaginabile, a lungo andare il terreno e’ destinato a cedere sotto il suo stesso peso.

In geologia questo feomeno e’ noto come subsidenza. L’intero processo puo’ durare anche decine di anni, fino al momento in cui il terreno cede creando appunto i sinkhole. Ovviamente, queste tempistiche non sono facilmente valutabili. Nel caso di Samara, si deve prendere in cosiderazione, oltre alla stratigrafia e alla struttura del terreno, la quantita’ di acqua caduta durante i mesi invernali.

Per essere precisi, la subsidenza non avviene solo con questo meccanismo. Oltre a quello visto, lo sfruttamento del terreno per l’estrazione di risorse naturali puo’ provocare il fenomeno dei sinkhole. In particolare, sia l’estrazione di petrolio e gas naturale che la creazione di miniere possono risultare in vasti svuotamenti sotterranei che possono provocare il cedimento del terreno.

In questa figura vengono riportate ed illustrate le principali cause all’origine dei sinkhole:

Meccanismi di formazione della subsidenza

Meccanismi di formazione della subsidenza

Come anticipato, anche in funzione della specifica causa, la formazione delle voragini puo’ richiedere piu’ o meno tempo. Tornando al caso di Samara, la zona e’ fortemente sfruttata e ricca di miniere che possono provocare fenomeni come quelli riportati.

Per completezza, vi dico che questo genere di fenomeni, ripeto completamente noti dal punto di vista scientifico e geologico, vengono monitorati continuamente nelle zone considerate piu’ sensibili. A tale scopo, viene utilizzata la telemetria laser, la livellazione del terreno ma anche, come visto in questo post:

Il sistema di posizionamento Galileo

la rivelazione continua GPS. Il nuovo sistema europeo Galileo, dovrebbe dunque offrire uno strumento ancora piu’ preciso anche per lo studio di questi fenomeni.

Per inciso, anche in Italia abbiamo fenomeni di subsidenza. Il caso piu’ importante e’ forse quello del delta del Po. Questa zona e’ ricca di giacimeti di gas naturale e per diverso tempo, almeno fino agli anni ’60, l’estrazione della risorsa e’ avvenuta senza una seria regolamentazione. Risultato di questo e’ un abbassamento del terremo anche fino a 3.5 metri. Proprio queste evidenze hanno portato ad interrompere l’attivita’ di estrazione che nel 1959 si attestava a circa 300 milioni di metri cubi estratti ogni anno.

Concludendo, diversi sinkhole si sono aperti nella citta’ russa di Samara. Questi fenomeni non sono assolutamente correlabili a fantasie complottiste, ma la loro spiegazione e’ nota dal punto di vista scientifico. In questo genere di fenomeni la conformazione del terreno, ma anche le precipitazioni annuali, possono creare svuotamenti sotterranei destinati, prima o poi, a cedere creando appunto le voragini che abbiamo visto.

 

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