Seismologie

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Efectele de suprafață ale unui cutremur

Seismologia (din grecescul seismos = cutremur și logos = cuvânt) este ramura geofizicii care studiază fenomenele seismice, în special cutremurele și propagarea undelor elastice (și inelastice ) generate de acestea ( unde seismice ), interesate și de studiul evenimente precum tsunami și, în general, a zonelor de instabilitate ale Pământului , cum ar fi vulcanii , în comun cu vulcanologia . Este, de asemenea, principalul mijloc de investigație pentru studiul interiorului Pământului în sine, utilizând în prezent conceptele de mecanică newtoniană aplicate cunoașterii Pământului . O disciplină înrudită este paleoseismologia , care studiază în schimb marile cutremure care au avut loc în epocile trecute.

Istorie

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Istoria geologiei .
Copie a seismografului lui Zhang Heng
Diagrama unui cutremur pe o defecțiune

În trecut, cutremurele au fost întotdeauna privite ca mesaje divine.

Pentru chinezi , era un semn că Raiul (zeii) dezaprobă legitimitatea împăratului. Datorită semnificației politice pe care chinezii l-au acordat cutremurelor și frecvența lor importantă în regiune, foarte curând vor nota conștiincios diferitele tipuri de cutremure. Una dintre primele care a fost făcută cunoscută este cea din 780 î.Hr. , în timp ce cea mai gravă valoare a vieții umane este cea din 1556 în provinciile Shaanxi, care au avut peste 830.000 de victime [1] . Deși nu au stabilit nicio teorie cu privire la originea naturală a cutremurelor, este un chinez, inventatorul Zhang Heng , care va crea primul pseudo- " seismograf " în 132 .

Folosind principiul pendulului , acest seismograf a fost prezentat sub forma unui vas de bronz (aproximativ doi metri în diametru), conținând o greutate suspendată. Opt dragoni au fost aranjați în jurul navei, astfel încât să indice în cele opt direcții de est, sud, vest, nord, nord-est, sud-est, nord-vest și sud-vest, fiecare cu o sferă în gură în timp ce la baza sa.câte broaște cu gura largă erau dispuse. Când a sosit o undă seismică de o anumită consistență, pendulul a oscilat într-o direcție, deblocând sfera conținută în gura dragonului corespunzătoare acesteia, blocând simultan celelalte pentru a preveni căderea lor. Sfera care a căzut a fost ridicată de broasca de mai jos: a fost astfel posibil să se determine direcția în care a avut loc cutremurul, dar nu distanța sau intensitatea acestuia.

Pentru vechea religie greacă , Poseidon a fost responsabil pentru aceste evenimente. Cu toate acestea, acest lucru nu va împiedica grecii precum Thales ( secolul al VI-lea î.Hr. ) și mai ales Aristotel ( secolul al IV-lea î.Hr. ) să creadă că cutremurele au o origine naturală. Potrivit lui Thales, erupțiile cu apă caldă sunt cauza cutremurelor, în timp ce suprafețele ies plutind pe apă; erupțiile foarte violente de apă fierbinte ar putea provoca mișcarea pământului. La rândul său, Aristotel și-a stabilit teoria pneumatică în care pneuma (respirația) a fost cauza cutremurelor. Pneuma este produsă de căldura pământului (a cărei origine este focul intern) sau de razele Soarelui. Când pneuma este îndreptată spre exterior, formează vânturi. Dar când se scufundă în pământ și se acumulează, produce cutremure. Datorită rolului fundamental al operelor lui Aristotel în științele Evului Mediu, această teorie va rămâne una dintre principalele timp de multe secole.

În Europa, în timpul Renașterii , originea naturală a fost luată din ce în ce mai mult în considerare și au apărut mai multe teorii. O putem menționa pe cea a lui Pierre Gassendi care, în jurul anului 1600 , a crezut că cutremurul se datorează pungilor de gaz care au explodat [2] . În 1626, o contribuție decisivă la explicația științifică a fenomenelor seismice s-a datorat Tratatului privind cutremurele , o lucrare scrisă în chineză de către iezuitul italian Niccolò Longobardi . Și, de asemenea, în secolul al XVIII-lea, cel al starețului Pierre Bertholon de Saint-Lazare care, în 1779 , a văzut un efect al electricității atunci când s-a acumulat în pământ, provocând un tunet subteran. Prieten al lui Benjamin Franklin și după ce a lucrat la electricitate, el a prezentat un sistem de prevenire a cutremurelor, folosind paratrăsnetele introduse în pământ, gândindu-se astfel să prevină dezlănțuirea lor prin loviturile tunetului lor.

Magnitudinea cutremurului de la Lisabona din 1755 , cu o magnitudine estimată între 8,6 și 9, a dat locul unuia dintre primele studii științifice pe această temă. În 1854 , geologul Robert Mallet a publicat prima hartă seismică din lume.

O contribuție importantă la fundamentarea seismologiei științifice a venit de la italieni. În special părintele Timoteo Bertelli a construit primele instrumente capabile să detecteze fenomene microseismice (primul a fost tromometrul realizat în 1868) și să realizeze frecvența acestora, transformând ceea ce fusese studiul ocazional al fenomenelor considerate excepționale într-o activitate seismică de detectare constantă. .

Inventarul cutremurelor de către Alexis Perrey și Fernand de Montessus de Ballore, printre altele, datează de la începutul secolului al XX-lea , iar cu Richard Dixon Oldham este posibil să se identifice diferite tipuri de unde seismice.

Descriere

Tipuri de erori

Cutremure

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: cutremur și teoria reacției elastice .

În geofizică, cutremurele (din latină: terrae motus, care înseamnă „mișcarea pământului”), numite și cutremure sau cutremure (din latina Tellus, zeița romană a Pământului), sunt vibrații sau așezări bruște ale scoarței terestre, cauzată de deplasarea bruscă a unei mase de roci subterane.

Această deplasare este generată de forțele tectonice care acționează în mod constant în interiorul scoarței terestre provocând o deformare lentă până când se atinge sarcina de rupere cu eliberarea consecventă a energiei elastice într-o zonă internă a Pământului numită hipocentr, situată de obicei sub scoarța preexistentă. fracturi numite defecte; pornind de la fractură a creat o serie de unde elastice, numite unde seismice, care se propagă în toate direcțiile de la hipocentr, dând viață fenomenului observat la suprafață cu locul suprafeței terestre plasat pe verticala hipocentrului, numit epicentru , care este în general cel mai afectat de fenomen. Ramura geofizicii care studiază aceste fenomene este seismologia.

Defecte

Diagrama reprezentativă a undelor seismice în propagare
Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Defecțiuni și defecțiuni .

Vina este o fractură (plană sau neplană) care a avut loc într-un volum de rocă al scoarței terestre care arată dovezi ale mișcării relative între cele două mase de roci împărțite la aceasta. Suprafața de-a lungul căreia s-a produs fractura se numește „suprafață de defect” sau „plan de defect” sau „oglindă de defect”. Pietrele din vecinătatea unei defecțiuni sunt adesea spulberate intens și în acest caz vorbim de „pietre de defect”, cum ar fi cataclasite sau mioniți. Energia eliberată după mișcare de-a lungul planului de avarie este cauza majorității cutremurelor.

Unde seismice

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Undele seismice .

Cutremurele produc diferite tipuri de unde seismice . Aceste unde, care traversează pământul, reflectând sau refractându-se asupra principalelor discontinuități ale structurii rocilor, ne oferă informații utile pentru a înțelege nu numai evenimentele seismice, ci și structurile profunde ale pământului .

Detectare și măsurare

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: măsurători în seismologie , scară seismică și răspuns seismic local .
Seismograf

Măsurarea în seismologie este fundamentală atât pentru studiul propagării undelor, cât și pentru studiul cutremurelor . De fapt, studiul unui cutremur trece prin studiul proceselor care au loc în avarie înainte și în timpul cutremurului. Dar o observare directă a acestui obiect în ansamblu nu este posibilă. Singura posibilitate pentru moment este forarea , dar este o soluție foarte costisitoare și permite doar observarea unui punct al planului de avarie. Prin urmare, este necesar să se recurgă la observații indirecte, pornind de la valurile generate de cutremure. Acesta din urmă poate fi, de fapt, înregistrat și la celălalt capăt al Pământului în cazul unor magnitudini semnificative. Aceste unde, pe măsură ce trec, provoacă oscilații în sol, care sunt înregistrate datorită senzorilor numiți seismometri .

Rolul seismografelor

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Seismograf și Seismogram .
Seismogramă

Un seismometru este un instrument care măsoară dependența temporală a deplasării, vitezei sau accelerației solului. Dacă mișcarea solului pe care se sprijină instrumentul este suficient de rapidă, masa suspendată (cu o inerție suficientă) va rămâne imobilă și va oferi un punct fix în spațiu, cu privire la care să se măsoare mișcarea solului. Seismometrul produce o seismogramă , care este un grafic care reprezintă mișcarea solului (de obicei în planurile orizontală și verticală).

Seismografele sunt capabile să descopere alte fenomene care produc vibrații ale solului, chiar dacă apar de la kilometri distanță (de exemplu, meteoriții care lovesc Pământul sau orice teste nucleare ).

Cutremurele și structura Pământului

Seismogramă interpretată

Cutremurele sau cutremurele generează diferite tipuri de unde seismice care, călătorind în interiorul Pământului, oferă un mod eficient de „a vedea” structura sa internă.

Folosind tomografia seismică a fost posibil să se furnizeze o imagine a interiorului pământului la o rezoluție de câteva sute de kilometri. Această tehnică le-a permis oamenilor de știință să identifice celulele de convecție , penele de manta și alte eterogenități de pe planetă.

Una dintre cele mai vechi și mai importante descoperiri datorate seismologiei a fost că miezul exterior era fluid . Undele de presiune trec prin el, dar undele transversale nu, deoarece necesită un material rigid pentru a se propaga.

Undele elastice induse artificial de o explozie și detectate de rețele de geofoane au fost folosite pentru a vizualiza structuri mai superficiale (în interiorul scoarței), cum ar fi depozitele de sare și roci care conțin petrol , defecte geologice și cratere de meteorit scufundate. De exemplu, Chicxulub , produs de meteorit despre care se presupune că a provocat dispariția dinozaurilor , a fost localizat în America Centrală din analiza anomaliilor din stratificarea Cretacicului . Existența sa a fost dovedită folosind hărți seismice pentru explorarea petrolului .

Predicția seismică

Exemplu de hartă de pericol simic
Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Pericolul seismic, Pericolul seismic și Precursorul seismic .

Majoritatea seismologilor cred că un sistem general de predicție este un obiectiv imposibil bazat pe starea actuală a cunoașterii. [ citație necesară ] Mai general, se fac prognoze pentru a estima riscul seismic . Ei estimează probabilitatea ca un cutremur cu o magnitudine atribuită să aibă loc într-un anumit timp și loc.

Cu toate acestea, există oameni de știință care încearcă să perfecționeze teoriile predictive ale cutremurelor punctuale, cum ar fi Wu Yih-min, cercetător la Departamentul de Geoștiințe al Universității Naționale din Taiwan [3] .

Prevenirea seismică

Izolator seismic
Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Ajustarea seismică și ingineria seismică .

Dacă în practică predicția exactă a unui cutremur este, în stadiul actual al cercetării științifice, încă departe, cel mai practic și mai înțelept remediu împotriva daunelor materiale și umane cauzate de cutremure este reprezentat de protecția activă sau de utilizarea unor tehnici eficiente. construcția anti-seismică a clădirilor tipice ingineriei seismice, cum ar fi izolarea seismică: aceste tehnici în stadiul actual sunt capabile să minimizeze daunele chiar și la cutremure extrem de puternice și sunt utilizate pe scară largă în unele dintre cele mai seismice zone din lume, cum ar fi Japonia .

Pentru a identifica zonele cu un pericol seismic semnificativ și cu un risc seismic consecvent, sunt utilizate de obicei studii istorice de seismologie, paleoseismologie și tehnici de microzonare seismică, oferind hărți de risc aferente, în timp ce tehnici de simulare pot fi utilizate pentru a evalua efectele unui cutremur (a se vedea simularea cutremurului).

Disciplinele

Este posibil să se pregătească o listă, cu siguranță nu complet exhaustivă, a diferitelor domenii de interes ale seismologiei:

Unda acustică la soare
  • seismogeneza
  • seismotectonica
  • seismologie globală
  • seismic activ
  • seismologie spațială
  • Geotehnică
  • Helioseismologie
  • seismologie teoretică : studiază cauzele evenimentelor seismice, oferă modele de surse seismice și seismograme sintetice, adică simulate pornind de la ipoteze asupra mecanismului focal și a condițiilor de propagare a undelor, determinate de caracteristicile fizice ale materialelor încrucișate.
  • seismologie experimentală : este ramura seismologiei care se ocupă cu inversarea datelor experimentale. Din inversarea informațiilor conținute în formele de undă, el încearcă să obțină:
a) caracteristicile elastice și inelastice ale mediului în care se propagă undele;
b) parametrii cinematici sau dinamici care caracterizează procesul de rupere la sursă.
  • seismologie instrumentală : analizează înregistrările seismice realizate de instrumente numite seismografe . Aceste înregistrări permit o evaluare cantitativă a energiei eliberate de un cutremur, precum și determinarea locației geografice și a profunzimii evenimentului.
  • paleoseismologie : studiază evenimentele seismice din trecut, utilizând în principal indicatori geologici .
  • arheoseismologie : studiază evenimentele seismice din trecut folosind în principal indicatori arheologici .
  • seismologie istorică : studiază evenimentele seismice din trecut, utilizând în principal indicatori din surse scrise.

Seismogeneza

Diagrama unei rupturi seismice la un moment dat:
1. Direcția nord
2. Epicentrul
3. Azimutul (direcția) defectului față de nord
4. Panta sau panta defectului
5. Punctul de nucleație sau hipocentrul
6. Planul de defect
7. O parte din defecțiunea în mișcare
8. Rupe fața
9. Faza vindecării
10. O parte a defecțiunii deja ruptă
11. marginea zonei afectate de cutremur

Seismogeneza studiază mecanismele care provoacă cutremure . Această disciplină încearcă să înțeleagă nu numai ce se întâmplă atunci când se produce un cutremur pe una sau mai multe defecțiuni implicite, dar încearcă, de asemenea, să învețe (dacă este posibil) condițiile asociate declanșării (termenul tehnic este nucleația ) unui cutremur în timp. spaţiu.

În exemplul său cel mai extrem, sursa unui cutremur poate fi considerată ca un punct care reprezintă poziția de nucleație (numită și vatră sau hipocentru ); faza inițială a oricărei cercetări seismogene este de a găsi poziția sau localizarea acestui punct. Diagrama de radiații energetice de joasă frecvență a unui cutremur corespunde cu cea a unei perechi de forță dublă în care unul dintre cele două planuri nodale corespunde planului de defect . Orientarea spațială a acestei perechi duble se numește mecanismul hipocentrului . Acesta din urmă ne permite să știm dacă este vorba despre o eroare inversă, normală sau transcurentă. A doua fază a studiului seismogen constă, prin urmare, în recunoașterea mecanismului hipocentrului . Disponibilitatea datelor seismologice în timp real la scară planetară face posibilă obținerea acestor informații foarte rapid după un eveniment (mai puțin de o oră pentru cutremure majore).

În realitate, sursa unui cutremur nu este un punct. Cele mai mari cutremure sunt generate de rupturi de defecte de multe sute de kilometri . Sismologul vorbește despre o sursă extinsă atunci când descrie cutremurul nu ca pe un punct simplu, ci ca pe o suprafață bidimensională mai mult sau mai puțin complexă.

Seismogeneza utilizează două tipuri de reprezentare a sursei seismice care tind să se unească treptat. Abordarea cinematică reprezintă cutremurul pornind de la diferența de stare a defectului înainte și după rupere. Sursa seismică este apoi descrisă în principal prin viteza (și variațiile sale) de alunecare a unui punct pe defect (de ordinul ms −1 ) în momentul cutremurului și de viteza la care se propagă ruptura pe acest aceeași defecțiune (de ordinul câtorva km.s −1 ). A doua reprezentare este dinamică. Această reprezentare începe de la o stare inițială a defectului care este adusă într-o stare critică în care începe ruptura ( nucleație ). Ruptura se dezvoltă în urma unor legi constitutive (de exemplu legea care leagă viteza de alunecare de frecare). Reprezentarea dinamică are cu siguranță mai mult simț fizic decât reprezentarea cinematică, dar este mult mai complexă de manipulat. În cele mai multe cazuri, o reprezentare cinematică poate fi dedusă dintr-o reprezentare dinamică (nu este posibil opusul).

Înțelegerea sursei seismice este esențială pentru a spera într-o zi să prezicem cutremurele. Unele grupuri de cercetători estimează că este posibil să se prezică anumite evenimente seismice, dar aceste cercetări nu au consensul întregii comunități seismologice și sunt adesea sursa unor dezbateri aprinse.

Harta mondială de seismicitate după 1973 . [4]

Seismotectonica

Seismotectonica este ramura geologiei și a geofizicii care studiază structurile și mișcările tectonice grație cutremurelor , precum și relațiile dintre cutremure și tectonică. Într-adevăr, distribuția spațială a cutremurelor (seismicitate) nu este aleatorie. Privind seismicitatea la scară planetară, majoritatea cutremurelor sunt situate la marginile plăcilor tectonice . Variația adâncimii hipocentrilor subliniază prezența zonelor de subducție .

Această analiză simplă la scară globală poate fi realizată la toate scările. Cu ajutorul diferitelor stații seismice dispuse în jurul unui cutremur, este posibil să se găsească parametrii fizici ai unui cutremur, cum ar fi coordonatele sale, adâncimea sa (adesea dificil de determinat) și mecanismul său de hipocentru ; astfel se determină tipul de defecțiune implicat . Pornind de la analiza simplă a seismogramelor care au înregistrat un tremur, există încă o îndoială cu privire la orientarea defectului principal, distincția dintre planul de defect și planul nodal (planul teoretic orientat perpendicular pe planul de defect) nu poate fi obținută că din cunoștințele geologice și / sau studiul replicilor cutremurului principal. Mecanismele hipocentrului (parametrii geometrici ai rupturii) sunt legate de orientarea și variațiile câmpului de solicitare din crustă .

Localizarea precisă a cutremurelor necesită o cunoaștere foarte detaliată a variațiilor vitezei undelor seismice din subsol. Aceste viteze sunt direct legate de proprietățile elastice și fizice ale mediului. În general, variațiile de viteză pe Pământ sunt o funcție de adâncime. Acesta este motivul pentru care, la prima analiză, mediul în care se propagă undele (mediu de propagare) este adesea asimilat unui mediu orizontal stratificat (stivuirea straturilor orizontale; termenul tehnic este mediu unidimensional ). Dar luarea în considerare a mijloacelor complexe tridimensionale este în prezent o practică obișnuită. Astfel, determinarea mediului de propagare și localizarea cutremurelor sunt obținute în comun prin intermediul așa-numitelor tehnici de tomografie pasivă (sursele sunt naturale).

Un cutremur este, de asemenea, mărturia prezenței unui defect (dacă excludem unele surse foarte particulare). Dar o defecțiune nu produce întotdeauna cutremure. Vom vorbi apoi despre defecte inactive, dacă acestea nu provoacă nicio deformare. Pe de altă parte, o defecțiune sau un segment de defecțiune poate fi activ, dar nu poate genera niciun cutremur (sau chiar o seismicitate difuză de magnitudine foarte mică). Vina este apoi numită asismică . Mișcarea pe defect are loc apoi foarte încet (câțiva milimetri pe an). Termenul tehnic este „târâtor” (literalmente însemnând „târâtor”). Această deformare poate fi evidențiată numai prin intermediul datelor geodezice (de exemplu, cu măsurători GPS sau imagini InSAR ). Același tip de date a făcut recent posibilă detectarea alunecărilor pe defecte cu durate foarte lungi (de la câteva săptămâni la mai multe luni). Aceste evenimente sunt numite „cutremure lente”, [5] [6] .

Relația dintre activitatea seismică și defect este importantă pentru predicția seismică. Într-o vedere simplificată, deformarea datorată tectonicii mărește tensiunile asupra defectului. Când atinge un anumit prag, se declanșează o pauză și defecțiunea generează un cutremur, eliberând tensiunile acumulate. Defecțiunea este apoi gata pentru un nou ciclu de acumulare . Astfel, pe un sistem de defecțiuni în care sarcina sub tensiune este omogenă, defectul sau segmentul defectului care nu a fost puternic zdruncinat după mult timp devine un bun candidat pentru următorul cutremur. Acest candidat este numit „decalajul” seismic, [7] [8] . Această simplificare nu este adesea verificată, deoarece câmpul de tensiune nu este omogen și geometria defectelor este complexă.

Sismologie globală

Sismologia globală studiază structura Pământului folosind înregistrările undelor produse de cutremure pe distanțe foarte mari. Într-adevăr, atunci când magnitudinea unui cutremur este suficientă (mai mare de 5), undele pe care le emite pot fi măsurate pe întreaga suprafață a Pământului .

Viteza undelor P și a undelor S conform modelului PREM.
A: Viteza (km.s -1 ). B: adâncime (km). 1: crusta. 2: interfață nucleu-manta. 3: mantaua superioară. 4: mantaua inferioară. 5: miez exterior. 6: miez interior.

Undele de volum și undele de forfecare, numite unde P (volum) și unde S (forfecare ), traversează Pământul și se reflectă pe discontinuitățile majore ( interfața miez-manta , Moho , suprafața pământului). Fiecare reflecție produce faze diferite, iar studiul timpului lor de călătorie între sursă și seismometru oferă informații despre structura încrucișată. De exemplu, absența undelor de forfecare S care trec prin miezul exterior i-a permis lui Richard Dixon Oldham să concluzioneze că este lichid.

Primul model de referință a fost dedus pe bună dreptate din studiul timpilor de deplasare a undelor seismice . Este un model unidimensional [9] care definește variația vitezei undelor seismice și a densității în funcție de adâncime.

Dar aproximarea parametrilor dependenți de adâncime este doar de ordinul întâi. Variabilitatea tridimensională a structurii interne, din punct de vedere seismologic, are multiple cauze. Principala este eterogenitatea asociată discontinuităților majore. Geometria lor este complexă. Acestea sunt zone de schimb care creează variații importante în parametrii fizici la care undele seismice sunt sensibile. De exemplu, studiul fazelor reflectate de granița dintre miez și manta oferă informații nu numai despre topografia sa, ci și despre comportamentul său, care este foarte important pentru dinamica planetei Pământ . Folosind instrumentul tomografic, ultimele studii arată imagini din ce în ce mai clare ale mantalei , ale zonelor de subducție și propun răspunsuri cu privire la originea penelor mantalei .

Undele de volum nu sunt singurele sensibile la scară planetară. Când apar cutremure mari, valurile de suprafață pot înconjura Pământul de mai multe ori. Utilizarea acestui tip de date este utilă și pentru cunoașterea structurii Pământului în primele sute de kilometri. Într-adevăr, amplitudinea undelor de suprafață se atenuează cu adâncimea.

În cele din urmă, Pământul este un volum finit și poate rezona. Pentru cutremurele majore, interacțiunea constructivă a undelor de suprafață care înconjoară Pământul își excită propriile căi. Pământul începe apoi să sune ca un clopot. Cel mai scăzut sunet emis de pământ are o perioadă de aproximativ 53,83 min [10] . Acest sunet durează zile înainte de decolorare. Perioada diferitelor moduri este direct legată de structura internă a Pământului. Cel mai utilizat model de referință până în prezent se numește PREM ( Preliminary Reference Earth Model ) [11] . Multe alte modele ușor diferite sunt, de asemenea, utilizate în zilele noastre.

Explorare seismică

Progresele seismice de explorare sunt strâns legate de explorarea petrolului și controlul rezervoarelor. Cu toate acestea, tehnicile dezvoltate în acest domeniu sunt utilizate și pentru cunoașterea structurii generale a scării de laborator până la scara pământului .

Adesea, această activitate este numită și seismică activă, deoarece sursele utilizate sunt foarte adesea artificiale (de la lovitura de ciocan până la explozia nucleară ). Explorarea seismică se realizează din ce în ce mai mult cu surse naturale și / sau induse în caz de rezerve .

Configurațiile dispozitivului sursă-receptor sunt critice în acest domeniu. De fapt, ele definesc tipul de date obținute și, prin urmare, tipul de metodă care trebuie utilizată și tipul de rezultat dorit. Prima distincție este dimensionalitatea achiziției care poate fi: 1D (o sursă și mai mulți senzori aliniați sau opuși), 2D (sursele și receptorii sunt conținuți într-un plan în general vertical), 3D și 4D (studiul variației problema 3D în timp). Fiecare pas în dimensiune implică o creștere substanțială a costului achiziției, dar și a costului prelucrării datelor și a interpretării acestora.

Cealaltă caracteristică importantă a configurației este tipul de transport [12] (distanța sursă-senzor pe o linie seismică) utilizat. Când reportările sunt mici, energia înregistrată pe senzor provine în principal din reflexia energiei asupra discontinuităților de impedanță ale mediului, vorbim de reflexie seismică . Când reportările sunt mari, energia înregistrată provine din fazele seismice care traversează mediul sau care mărginesc discontinuitățile (unde refractate). Vorbim apoi de refracție seismică .

Aceste două concepte sunt legate în principal de prospectarea pe mare. Per la riflessione sismica l'imbarcazione progredendo trascina una linea di sensori detti flauti che insieme emettono energia ( tiri ) grazie a dei cannoni ad aria . Nel caso della rifrazione sismica, il sensore è fisso e il battello si allontana tirando. Queste acquisizioni sono principalmente 2D o 3D nel senso di multi 2D. Sempre più le prospezioni scombinano ormai questi due concetti in una sola acquisizione (riflessione sismica a grande angolo). L'acquisizione di dati a terra è molto più costosa ei mezzi riescono in genere più difficilmente a interpretare.

Archeosismologia

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Paleosismologia .

L'archeosismologia è lo studio dei sismi che hanno avuto luogo durante la preistoria o protostoria , basandosi sugli studi archeologici , in particolare sulla distruzione delle costruzioni umane o sulla presenza di faglie, permettenso inoltre d'avere accesso ad eventi estremamente rari, e quindi estremamente violenti: in queste zone l'energia elastica immagazzinata è liberata molto raramente, comprendendo dunque una grandissima estensione.

Sismologia spaziale

In primo piano, il sismometro passivo installato sulla Luna durante la missione Apollo 16

La sismologia ei suoi strumenti non sono più confinati al pianeta blu dopo la fine degli anni '60 grazie al programma Apollo . All'epoca della missione Apollo 12 , il primo sismometro extra-terrestre fu installato sulla Luna il 19 novembre 1969 . Da allora ciascuno dei tre atterraggi seguenti ( Apollo 14 , 15 e 16 ), installò un sismometro. Un sismografo passivo era già stato installato nel corso della missione Apollo 11 [13] . Questi strumenti hanno formato la prima (e unica per il momento) rete sismologica extra-terrestre. L'esperienza finisce il 30 settembre 1977 .

Le sorgenti sismiche registrate sulla luna sono di cinque tipi differenti:

  • impatto dei meteoriti ;
  • impatti artificiali;
  • sorgenti termiche molto superficiali causate dalla variazione di temperatura giornaliera in superficie;
  • sismi superficiali ad alta frequenza dovuti al raffreddamento termico ( magnitudo osservata fino a 5.5 [14] - numero di osservazioni: 28) ;
  • sismi profondi (detti terremoti lunari) (numero: 3145) causati dalle maree lunari . Essi sono localizzati tra 800 e 1200 km di profondità.

L'analisi di questi dati unici ha permesso di dimostrare che la struttura della Luna è differenziata (esistenza di una crosta, di un mantello e di un ipotetico nucleo ). Le velocità delle onde sismiche hanno apportato delle tensioni sulla composizione chimica e mineralogica , compatibile con l'ipotesi di una collisione fra due astri. Le registrazioni dei terremoti lunari durano per molto tempo (fino a un'ora). Questa caratteristica è spiegata con la grande dispersione (grande eterogeneità) e scarsa attenuazione che si ha nella crosta lunare.

Il programma Apollo non fu il solo a tentare di mettere un sismometro sulla Luna . Il programma Ranger nel 1962 tenta di posizionare uno strumento con le sonde Ranger 3 e 4. Sfortunatamente la prima manca la Luna e la seconda si fracassa. Per quel che concerne Marte , la sonda Viking installa con successo un sismometro nel 1976 . Un difetto di regolazione dello strumento associato a forti venti marziani rese questi dati non usufruibili. Nel quadro della missione Mars 96 , i due sismometri Optimism previsti per l'installazione su Marte furono perduti con il vettore il 16 novembre 1996 .

La sismologia è stata applicata anche agli astri non solidi. L'impatto della cometa Shoemaker-Levy 9 su Giove nel 1994 genererà delle onde sismiche di compressione e onde di superficie osservabili nelle immagini infrarosse . Inoltre lo studio delle onde P , di superficie e di gravità osservate nel Sole è attualmente una disciplina stabilita che si chiama eliosismologia . Queste onde sono generate dai movimenti convettivi turbolenti all'interno della stella.

I futuri programmi spaziali parlano di nuove misure sismologiche sulla Luna , d'inviare dei sismometri su una cometa ( Sonda Rosetta per un « accometaggio » [15] nel 2016 ) e su Mercurio (missione BepiColombo in progetto). Il primo sismometro marziano è atteso per il 2013 con la missione ExoMars .

Rischio sismico

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Rischio sismico e Pericolo sismico .
Carta del rischio sismico per l'Europa del Nord. La scala dei colori indica l'accelerazione del suolo avente il 10% di probabilità di essere superata in 50 anni. Fonte GSHAP

L'analisi del rischio sismico studia gli eventi dei terremoti ei movimenti forti del suolo che ne derivano. Si distinguono in generale due approcci differenti: l' analisi probabilistica del rischio sismico (in inglese PSHA per Probabilistic Seismic Hazard Analysis ) e l'approccio deterministico. [16] Questi due approcci sono complementari e spesso vengono utilizzati insieme.

L'approccio deterministico permette di fare studi di un canovaccio quando la maggior parte dei parametri del problema sono fissati. In pratica, permette di rispondere a domande del tipo: « Quali saranno le accelerazioni del suolo attese ad Aix-en-Provence nel caso di un sisma di magnitudo 6 sulla Faglia della Trévarese ? ». La risposta a questa questione si basa sovente sulle conoscenze acquisite grazie alla sismicità storica. Se il canovaccio è inedito e non trova risposta in base ai dati, allora è richiesta una simulazione numerica del problema.

L'approccio probabilistico fa intervenire la nozione di tempo e d'occorrenza. Essa necessita della conoscenza della variazione del tasso di sismicità sul territorio. La domanda tipica è la seguente: « Quali sono le possibilità di superare un'accelerazione del suolo di 2 ms -2 ad Aix-en-Provence nei prossimi 50 anni? ». Questo approccio permette anche di realizzare una carta del rischio sismico quando la questione è leggermente modificata: « Quale è l'accelerazione del suolo in questo punto avendo il 10% di possibilità di essere oltrepassata nei prossimi 50 anni? ».

È necessario fare distinzione tra alea sismica e rischio sismico . In effetti il rischio sismico è l'effetto dell'alea sismica sull'attività umana in generale. Così si parla di un'alea sismica elevata per una regione avente un'attività sismica considerevole. Ma ad un'alea sismica elevata non corrisponde necessariamente un rischio sismico elevato, se la regione è deserta e non comporta costruzione. In compenso anche una zona che ha una sismicità moderata può essere considerata ad alto rischio a causa della densità della popolazione, dell'importanza delle strutture o anche della presenza di edifici sensibili (centrali nucleari, stabilimenti chimici, depositi di carburante, ecc.).

Alcuni sismologi celebri e loro contributi

Note

  1. ^ Alexander E. Gates et David Ritchie, Encyclopedia Of Earthquakes and Volcanoes , Facts On File, Inc., 2007 ( ISBN 0-8160-6302-8 ), « Appendix D - The Deadliest Earthquakes », p. 317
  2. ^ Questa teoria spiegava anche il principio dei vulcani .
  3. ^ Fonte: Reuters, 06.04.2009, "Taiwan researchers say invent quake sensing tool "
  4. ^ USGS-NEIC Archiviato il 16 settembre 2008 in Internet Archive .
  5. ^ ( EN ) Hirose, H., K. Hirahara, F. Kimata, N. Fujii, et S. Miyazaki (1999). A slow thrust slip event following the two 1996 hyuganada earthquakes beneath the Bungo Channel, southwest Japan, Geophys. Res. Lett. , 26 , 3237–3240.
  6. ^ ( EN ) Dragert, H., K. Wang, et TS James (2001). A silent slip event on the deeper Cascadia subduction interface, Science , 292, 1525–1528.
  7. ^ ( EN ) McCann, WR, SP Nishenko, LR Sykes et J. Krause (1979). Seismic gaps and plate tectonics: seismic potential for major boundaries, Pure Appl. Geophys. , 117 , 1082-1147.
  8. ^ ( EN ) Kagan, YY et DD Jackson (1991). Seismic gap hypothesis: ten years after, J. Geophys. Res. , 96 , 21 419-21 431.
  9. ^ ( EN ) Jeffreys, H. et KE Bullen (1940). Seismological tables. British Association for the Advancement of Science, London .
  10. ^ ( EN ) Park J., Song TRA, Tromp J., Okal E., Stein S., Roult G., Clévédé É., Laske G., Kanamori H., Davis P., Berger J., Braitenberg C., Van Camp M., Lei X., Sun H., Xu H. et S. Rosat (2005). Earth's free oscillations excited by the 26 December 2004 Sumatra-Andaman earthquake, Science , 308 , pp 1139-1144
  11. ^ ( EN ) Dziewonski, AM et DL Anderson (1981). Preliminary reference Earth model, Phys. Earth Planet. Inter. , 25 , pp 297-356.
  12. ^ Traduzione impropria del termine francese déport
  13. ^ Due ore sulla Luna con Neil Armstrong , su lastampa.it . URL consultato il 7 giugno 2013 (archiviato dall' url originale il 4 maggio 2013) .
  14. ^ ( EN ) Nakamura, Y., GV Latham, HJ Dorman, AK Ibrahim, J. Koyama et P. Horvath (1979). Shallow moonquakes : depth, distribution and implications as to the present state of the lunar interior, Proc. Lunar Planet. Sci. Conf. 10th , 2299-2309
  15. ^ in fr. acomètissage
  16. ^ ( EN ) L. Reiter (1991). Earthquake hazard analysis, Columbia University Press , 254 p. ( ISBN 0-231-06534-5 )

Bibliografia

I libri in lingua francese citati qui sotto sono in generale opere di volgarizzazione, mentre i libri in lingua inglese, a parte il libro di B. Bolt, fanno riferimento ad un livello avanzato.

Voci correlate

Altri progetti

Collegamenti esterni

Rischio sismico
Storia
Pedagogia
Controllo di autorità Thesaurus BNCF 26725 · LCCN ( EN ) sh85119634 · GND ( DE ) 4379341-1 · BNF ( FR ) cb11933257q (data) · NDL ( EN , JA ) 00574861
Estratto da " https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Sismologia&oldid=119896540 "