Effetti del terremoto, onde sismiche ed oscillazione dei lampadari

Fonte articolo: ingvterremoti.com

 

Un elemento spesso considerato distintivo dell’occorrenza di un terremoto è l’oscillazione del lampadario, ma è sempre vero che lo scuotimento dovuto ad un evento sismico produce questo effetto?

Figura 1 – Esempio di questionario macrosismico compilato da un volontario sul sito HSIT dell’INGV che riporta effetti lievi di un terremoto.

 

Per lo studio di questo aspetto è stata fondamentale la collaborazione dei cittadini. I dati delle osservazioni fornite volontariamente dai cittadini sono raccolti attraverso un questionario dell’INGV, accessibile tramite il sito web www.haisentitoilterremoto.it (HSIT, Tosi et al., 2007), che riporta le domande sui diversi effetti causati dal terremoto (Figura 1). I dati forniti dai cittadini concorrono, attraverso analisi statistiche (Tosi et al., 2015), alla stima del grado di intensità macrosismica in scala Mercalli – Cancani – Sieberg (MCS) del Comune nel quale è avvenuta l’osservazione.

Il movimento del terreno sotto la spinta delle onde sismiche è un fenomeno complesso e la molteplicità dei parametri strumentali usati per descriverlo (ad es.: massimo dell’accelerazione, della velocità o dello spostamento nelle tre direzioni spaziali, spettro di ampiezza, spettro di risposta, durata, ecc.) fa capire le difficoltà che si incontrano anche considerando una singola stazione sismica. A tutto ciò si aggiunge poi l’estrema variabilità dovuta sia al tipo di suolo che al percorso delle onde sismiche nelle diverse rocce all’interno della Terra.

 

Figura 2 – Mappa dell’intensità macrosismica in scala Mercalli – Cancani – Sieberg del terremoto del 30 ottobre 2016 di magnitudo Mw 6.5. La stella indica l’epicentro.

 

L’intensità macrosismica misura l’entità degli effetti in un intero centro abitato ed è un parametro che, per sua natura, rappresenta una sorta di media sui vari effetti, luoghi e condizioni presenti entro il Comune o centro abitato di indagine, risultando essere una stima dello scuotimento del suolo di facile lettura. Come esempio, le Figure 2 e 3 mostrano le mappe del campo macrosismico per due casi: il forte terremoto (magnitudo momento M6.5) del centro Italia del 30 ottobre 2016 (Figura 2) e un piccolo evento (magnitudo Richter M3.0) avvenuto nei pressi del Lago di Garda il 18 giugno 2013 (Figura 3). Le distribuzioni dell’intensità macrosismica di questi terremoti nelle aree vicine ai rispettivi epicentri sono molto diverse e all’aumentare della distanza si arriva alle intensità più basse della scala MCS (I, II, III) caratterizzate dalla piccola percentuale di persone in grado di avvertire il terremoto (<25%). Nel primo caso (Figura 2) l’intensità del III grado MCS (in blu) viene avvertita in media tra i 200 e i 300 chilometri di distanza, mentre nel secondo (Figura 3) la stessa intensità è quasi la massima percepita e si estende fino ai primi 25 chilometri di distanza dall’epicentro.

 

Figura 3 – Mappa dell’intensità macrosismica in scala Mercalli – Cancani – Sieberg del terremoto del 18 giugno 2013 di magnitudo ML 3.0. La stella indica l’epicentro.

 

Essendo l’intensità macrosismica un indicatore comprensivo di molti effetti, la sua correlazione con entità e tipo di scuotimento dipende da molteplici fattori e può essere quindi utile indagare singolarmente gli effetti che concorrono a definirla. In Figura 4 sono mostrate, per i due terremoti esaminati, la distribuzione della percentuale di persone che ha rilevato la presenza di specifici effetti; in particolare, da sinistra a destra: avvertimento dell’effetto acustico (comunemente chiamato anche rombo sismico), vibrazione di porte e finestre e oscillazione dei lampadari.

 

Figura 4 – Mappe della percentuale di persone (in colore) che ha osservato o avvertito un particolare effetto nelle diverse località per i terremoti del 30 ottobre 2016 di magnitudo Mw 6.5 (in alto) e del 18 giugno 2013 di magnitudo ML 3.0 (in basso). Gli effetti mostrati sono: effetto acustico (a sinistra), vibrazione di porte e finestre (al centro), oscillazione dei lampadari (a destra). La dimensione del cerchietto aumenta con il numero di dati su cui la percentuale è stata calcolata.

 

Considerando il forte terremoto del centro Italia (Figura 4, in alto), è interessante confrontare la distribuzione di questi effetti. L’effetto acustico (Figura 4a) è stato avvertito dalla maggior parte delle persone (70%) in vicinanza dell’epicentro e all’aumentare della distanza la percentuale scende abbastanza rapidamente a zero. La vibrazione di porte e finestre (Figura 4b) è stata riportata da un’alta percentuale di osservatori (90%) nella zona epicentrale e la percezione dell’effetto mostra un’accentuata permanenza all’aumentare della distanza. L’oscillazione dei lampadari (Figura 4c) è stata osservata da quasi la totalità delle persone (~100%) in buona parte della penisola. Considerando il piccolo terremoto avvenuto nei pressi del Lago di Garda (Figura 4, in basso), si può notare che le percentuali di osservazione degli stessi effetti nei pressi dell’epicentro mostrano un comportamento diverso rispetto al forte terremoto precedente, infatti molte persone hanno avvertito l’effetto acustico (Figura 4d), ma la vibrazione di porte e finestre (Figura 4e) e l’oscillazione dei lampadari (Figura 4f) è stata riportata da una percentuale di osservatori via via minore. Quest’ultimo caso mostra che vi possono essere piccoli terremoti che, pur se distintamente avvertiti, non fanno entrare in oscillazione i lampadari.

Tale osservazione viene supportata anche dall’analisi statistica effettuata su tutti i questionari ricevuti dal sistema HSIT fino al 2015 (Tosi et al., 2017). In Figura 5 vengono comparati, rispetto alla magnitudo e la distanza dal terremoto, gli andamenti medi della percentuale di persone che riporta i tre effetti considerati: effetto acustico (Figura 5, in alto), vibrazione di porte e finestre (Figura 5, al centro), oscillazione dei lampadari (Figura 5, in basso). In tutti i casi appare la naturale attenuazione del fenomeno (in colore da rosso a blu) con l’aumento della distanza dall’epicentro (in ascissa), ma le linee nere, che delimitano percentuali di osservazione simili per le diverse magnitudo (in ordinata), hanno pendenze diverse.

 

Figura 5 – Andamento medio della percentuale di persone (in colore) che ha riferito un particolare effetto (effetto acustico: in alto; vibrazione di porte e finestre: al centro; oscillazione dei lampadari: in basso) rispetto alla distanza dall’ipocentro (in ascissa) e alla magnitudo del terremoto (in ordinata). Le linee nere racchiudono percentuali simili e le loro inclinazioni ed equidistanze denotano l’andamento dell’attenuazione del fenomeno.

 

I tre andamenti mostrati si accordano con quelli dello scuotimento del suolo registrato, rispettivamente, ad alte (>10Hz), medie (2 Hz) e basse frequenze (<0.1 Hz). Questo indica che, a differenza degli altri due effetti, l’oscillazione dei lampadari è causata principalmente da onde sismiche a bassa frequenza, le quali sono scarsamente prodotte dai piccoli terremoti. Quindi l’oscillazione del lampadario non è sempre presente in caso di terremoto e un leggero scuotimento senza questo effetto indica, con maggiore probabilità, l’occorrenza di un piccolo terremoto nelle vicinanze. Viceversa un leggero scuotimento accompagnato da un notevole movimento oscillatorio degli oggetti appesi è indicatore di un terremoto più forte con epicentro distante.

L’analisi di Tosi et al., 2015 ha inoltre mostrato che la maggior parte degli altri effetti considerati diagnostici per la stima dell’intensità macrosismica (paura provata, spavento degli animali, vibrazione delle porcellane, spostamento di soprammobili, quadri, vasi e mobili) è correlata con le frequenze medie dello scuotimento (da 0.5 a 2 Hz) e che la capacità di percepire un terremoto di lieve entità avviene quando il proprio corpo vibra con una frequenza di circa 2.5 Hz. Per quanto riguarda infine l’oscillazione dei liquidi e la sensazione di capogiro, l’analisi mostra una correlazione con frequenze più basse (0.2 Hz).

Si osserva quindi che, anche nel lessico comune, la differenza tra vibrazione e oscillazione mostra una corrispondenza con le frequenze alte o basse tipiche del movimento.

Come riportato in un articolo della Newsletter INGV, il contributo dei cittadini alle attività di HSIT è stato fondamentale per ottenere questi risultati e l’accordo mostrato con le registrazioni strumentali rivela l’affidabilità delle loro osservazioni.

A cura di Patrizia TosiValerio De Rubeis e Paola Sbarra, INGV.Roma1