SISMOLOGIA

SISMOLOGIA (XXXI, p. 916)

Notevoli i progressi compiuti in sismologia negli ultimi decennî; particolarmente nello studio della propagazione delle onde superficiali in mezzi elastici o firmo-elastici, nella teoria dei raggi sismici, nella determinazione delle velocità e delle stratificazioni nell'interno della Terra, ecc.

Per quanto concerne le stratificazioni della crosta terrestre (detti rispettivamente d₁ e d₂ gli spessori del primo e secondo strato) e le velocità che in esse si osservano, recenti ricerche hanno condotto alle conclusioni qui riassunte:

Il metodo più usato per la determinazione della velocità delle onde sismiche in funzione della profondità è quello di Wiechert-Herglotz. La relativa equazione

risolta dà

dove r₀ è il raggio della Terra, r il raggio vettore contato a partire dal centro della Terra, V_Δ la velocità superficiale apparente alla distanza epicentrale Δ (in arco), V, la velocità superficiale apparente nel punto di emergenza di un raggio il cui pericentro dista di r dal centro della Terra, Δ, la distanza, in arco, del punto di emergenza di detto raggio e q = cosh^-1(V_r/V_Δ).

Il metodo di Wiechert-Herglotz non è applicabile in caso di discontinuità di 1ª specie (comportante un brusco cambiamento di velocità e la separazione del diagramma tempo-distanza in due curve indipendenti); pertanto, nella sua applicazione si suole prescindere dalle stratificazioni superficiali terrestri e limitare, nel senso della profondità, l'investigazione alla superficie esterna del nucleo centrale terrestre. Wiechert, valendosi dei tempi di tragitto Wiechert-Zöppritz, trovò che le onde longitudinali, che in prossimità della crosta presentano velocità dell'ordine di 8 km./sec alla profondità di 1500 km. raggiungono velocità di 13 km./sec., velocità che scendono sui 10 km./sec. per maggiori profondità. Sulla base di questi risultati, Wiechert fu indotto a ritenere la Terra costituita di uno spesso involucro roccioso (mantello) e di un nucleo di metallo.

I tempi di tragitto di cui si valse Wiechert nei suoi calcoli presentavano sensibili inesattezze. Le applicazioni più recenti, fatte con tempi di tragitto molto più accurati, hanno condotto a risultati più attendibili. Nella tabella 2 sono riportati quelli ottenuti da Gutenberg e Richter. Altre discontinuità capaci di determinare riflessioni di raggi sismici vengono indicate alle profondità di 450 e 950 km., mentre discontinuità di 2ª specie - intendendosi per discontinuità di 2ª specie quella cui corrisponde un subito cambiamento secondo il quale la velocità cresce o decresce con la profondità - si troverebbero alle profondità di 1200, 1900 e 2100 km.

La fig. 1 dà la rappresentazione schematica dei tragitti dei fronti d'onda delle onde longitudinali dirette nell'interno della Terra, mentre la fig. 2 schematizza le stratificazioni principali terrestri. Particolarmente interessanti le ricerche relative al nucleo centrale terrestre, iniziante alla profondità di 2900 chilometri all'incirca.

Il problema concernente la determinazione della velocità delle onde longitudinali nel nucleo V_c) fu affrontato, per la prima volta, da Wadati e Masuda, i quali, con opportuni accorgimenti, riuscirono ad applicare anche al nucleo il metodo Wiechert-Herglotz. Un procedimento analogo seguirono B. Gutenberg e C. F. Richter, i quali nelle loro ultime ricerche giunsero ai risultati riassunti nella tabella 3 (2ª e 5ª colonna).

Di eccezionale interesse le ricerche condotte sullo stesso argomento da H. Jeffreys. Di esse possiamo dare soltanto le conclusioni. Jeffreys opina che la distribuzione delle velocità nel nucleo sia tale da giustificare, per tutte le fasi interessanti la parte centrale terrestre, tempi di tragitto del tipo ECDEF (fig. 3). Questo singolare andamento dev'essere attribuito a intrinseche complicazioni nell'interno del nucleo. Jeffreys trova che i valori calcolati concordano, per le velocità delle K (onde longitudinali del nucleo) con quelli osservati quando si ammetta la possibilità di riflessioni nell'interno del nucleo, sopra una sfera di raggio Re pari a o,36 del raggio del nucleo stesso (a km. 5100 circa dalla superficie esterna della Terra). Ecco, secondo Jeffreys, la variazione della velocità delle onde longitudinali nell'interno della parte centrale del nucleo:

La fig. 4 dà la distribuzione delle velocità delle onde longitudinali nell'interno della Terra, secondo varî ricercatori, prescindendo dallo strato superficiale terrestre di spessore troppo piccolo per poter figurare in scala così ridotta.

I risultati di cui fin qui si è fatto cenno, sono stati ottenuti applicando le teorie sulla propagazione dei raggi sismici diretti, rifratti o riflessi. Per quanto si riferisce a questi ultimi, il loro studio ha particolare interesse nella determinazione della ripartizione dell'energia di un'onda sismica, incidente sopra una superficie di discontinuità. Oltre ai lavori di Knott, Slichter, H. Jeffreys, ecc. sull'argomento si ebbero ricerche conclusive da parte di H. Blut, e, più recentemente, di Gutenberg.

Consideriamo un'onda di ampiezza e di periodo assegnati, incidente contro una superficie di discontinuità, secondo un angolo determinato. In generale, a contatto della superficie, un'onda incidente longitudinale si suddivide in quattro parti. Sia I l'elemento della superficie di discontinuità sul quale l'onda incide, E il flusso di energia, A l'ampiezza, T il periodo, ρ₁ la densità del 1° mezzo, ρ₂ quella del 2° mezzo, e con i simboli il, rl, rt, dl, dt, si intenda contrassegnare l'angolo rispetto alla normale delle onde longitudinali dirette (di velocità a₁), riflesse, onde trasversali riflesse, longitudinali e trasversali rifratte rispettivamente. Blut ottiene:

nel caso di onda incidente longitudinale

Consegue

Relazioni analoghe si possono ottenere per onde incidenti trasversali con vibrazioni nel piano d'incidenza, oppure normali a detto piano.

Blut fece delle applicazioni numeriche della [1], che riguardano principalmente l'incidenza di onde longitudinali fra lo strato del granito e quello di un massiccio montano, o fra il ghiaccio e la roccia e viceversa, ecc.

Bibl.: K. Sezawa, On the decay of waves in visco-elastic solid bodies, in Bull. Earth. Res. Inst., 1927; id., Dispersion of elastic waves propagated on the surface of stratified bodies and on curved surfaces, I. c., 1927; H. Menzel, Dispersion von seismischen Oberflächenwellen, usw., in Gerlands Beitr. z. Geophys., 1939; P. Caloi, Sopra alcuni nuovi sistemi di onde sismiche a carattere superficiale oscillanti sul piano principale, in Rend. Acc. d'Italia, 1940; id., Sulla propagazione delle onde di Rayleigh in un mezzo elastico firmo-viscoso stratificato, in Rend. Acc. naz. Lincei, 1946; id., Comportamento delle onde di Rayleigh in un mezzo firmo-elastico indefinito, in Annali di Geofisica, 1948; B. Gutenberg and C. F. Richter, On seismic waves (first, second, third and fourth papers), in Gerlands Beitr. z. Geophys., 1934-35-36-39; H. Jeffreys, The times of the core waves, in Monthly Notices of R.A.S., Geophysic Supp., 1939; H. Blut, Ein Beitrag zur Theorie der Reflexion und Brechnung elastischer Wellen an Unstetigkeitsflächen, in Zeitschr. f. Geophys., 1932; B. Gutenberg, Energy ratio of reflected and refracted seismic waves, in Bull. Seism. Soc. Amer., 1944.