Come si originano i terremoti

Il terremoto si genera quando le rocce che sono sottoposte a uno sforzo (legato al movimento tra placche litosferiche) si rompono all’improvviso. Questa rottura può avvenire lungo un piano (chiamato piano di faglia) nuovo o già esistente (che è temporaneamente ‘bloccato’ dalle forze di attrito). La rottura genera delle vibrazioni (onde sismiche) che si propagano dal punto di origine del terremoto (ipocentro) e che si attenuano con la distanza. Questa esperienza permette di misurare l'arrivo delle onde generate da un 'terremoto' in due differenti 'stazioni di misura' e di fare delle considerazioni sulla velocità di propagazione delle onde.

In questa esperienza viene realizzato come di genera un terremoto e come le vibrazioni prodotte vengono registrate da due stazioni di misura. L'esperienza viene realizzata con una strumentazione che fa parte del kit didattico Sismo-box, presentato nell'ambito del progetto LS-OSA durante i laboratori itineranti in diverse scuole italiane e la cui guida è disponibile sulla piattaforma LS-OSA nella sezione 'Laboratori Itineranti'. Per realizzare l'esperienza non è necessario possedere il kit. Si devono realizzare solo i componenti del sismometro acquistando il materiale necessario in negozi di bricolage/cartoleria/elettronica (tutto descritto e dettagliato nella guida). Attraverso procedure molto semplici  si ottengono i singoli componenti del sismometro. Una volta l'esperimento è allestito, è possibile vederlo 'in funzione' attraverso la registrazione di un segnale 'sismico' visualizzabile in forma di sismogramma. Si rompe una lasagna (formazione di una nuova faglia) o si fa scorrere un blocco di syporex su carta vetrata (riattivazione di un piano di faglia); la rottura genera delle vibrazioni (onde sismiche) che si propagano dal punto di origine del terremoto (ipocentro) in tutte le direzioni; tali onde vengono misurate da due stazioni (sensori piezoelettrici) posti a distanza differente dall'ipocentro per visualizzare come le onde  si attenuano con la distanza. Nota la distanza tra i due sensori e il tempo che intercorre tra una stazione di misura e l'altra si può calcolare la velocità delle onde sismiche nel mezzo di propagazione (es. tavolo) usato per l'esperienza.

Per la realizzazione dell'esperienza sull'origine dei terremoti e su come vengono misurate le onde in due stazioni differenti,  si può fare riferimento alla descrizione riportata nella guida del Kit didattico 'Sismo-box' (pagine 13-15), disponibile nella parte della piattaforma LS-OSA dedicata ai Laboratori Itineranti oppure cliccando  qui
Il Kit contiene tutte le parti necessarie per la realizzazione di un sismometro (figura 1) ma non è necessario avere l'intero Kit, i singoli componenti possono essere realizzati separatamente seguendo le istruzioni riportare nella guida alle pagine 42-43 e 59-60. 
Per realizzare questo esperimento si utilizza:

Comprendere l'origine di un terremoto;
saper registrare un terremoto;
comprendere come si propagano le onde sismiche nei mezzi.

Nessuna

Si configura l'esperimento allestendo la disposizione dei sensori piezoelettrici in relazione a quale sarà 'l'ipocentro' del terremoto (figura 2). Si utilizza il programma SISMO LOGIC (clicca qui per scaricarlo oppure consulta la guida della Sismo-box), aprendo dal menu a tendina il sotto-programma ‘Audacity for speed wave’, configurando la registrazione su ‘2 (stereo) canali di ingresso’, e attivando la registrazione cliccando nell’area microfono.

Avviare la registrazione con il tasto rosso e applicare una pressione forte e decisa sulla lasagna in modo tala da romperla di netto. Questa esperienza simula la formazione di una nuova superficie di rottura (faglia). I due sensori piezoelettrici hanno il ruolo di trasformare l’energia meccanica dovuta alle vibrazioni del tavolo (terra) in energia elettrica. Il segnale così rilevato viene trasmesso al computer e visualizzato come sismogramma. Si ottengono due sismogrammi, uno per piezoelettrico (figura 3). 
Misurando la distanza tra i due piezoelettrici Δs la differenza temporale tra gli arrivi del primo impulso del segnale rilevato dai due piezometri Δt, è possibile valutare la velocità di propagazione delle onde elastiche nel mezzo in studio: v =Δs/Δt (nell’esperimento in foto il tavolo da lavoro). Si ripete l'esperienza con il blocco di syporex che scorre sulla carta vetrata. 

Per calcolare la velocità di propagazione delle onde nel mezzo, è necessario conoscere il tempo che intercorre tra gli arrivi delle onde nei due sismogrammi. Per fare questo selezionare sul monitor (figura 3) l’intervallo di tempo tra i due sensori piezoelettrici (si fa cliccando col tasto sinistro sul primo arrivo di onda nel primo sismogramma e trascinando il cursore fino al primo arrivo di onda nel secondo sismogramma). Si legge poi in basso alla schermata il numero di campioni e si moltiplica x 1/22050 (frequenza di acquisizione impostata per il progetto). Si ottiene così il valore di tempo in secondi.

Variando la velocità delle onde sismiche in funzione del mezzo attraversato, si può ripetere l’esperimento utilizzando piani d’appoggio di materiale differente (tavolo in legno, polistirene, cemento, ecc.)  per apprezzare come la velocità varia in funzione del mezzo.

Cifelli Francesca