Propagazione e analisi delle onde sismiche nel terreno

Si usa distinguere le sorgenti sismiche in artificiali e naturali a seconda che esse siano prodotte dall’uomo o legate all’occorrenza di fenomeni naturali. Le sorgenti artificiali più note sono le esplosioni, utilizzate ai fini di esplorazione sismica o, purtroppo, per scopi militari. Esse vengono di solito caratterizzate attraverso il peso della quantità di carica utilizzata. Oltre ai terremoti esistono numerose sorgenti naturali di vibrazione sismica, sia interne che esterne alla Terra: azione del vento, impatto delle onde marine sulla costa, marea, rumore ambientale dovuto ad attività industriale ed antropica più in generale, impatto di meteoriti, eruzioni vulcaniche, frane, circolazione acque sotterranee, etc. La grandezza del terremoto oltre ad essere misurata mediante magnitudo e intensità, è misurata anche tramite il momento sismico. Quest’ultimo, così come la magnitudo, è determinato da misure sul segnale sismico registrato e quindi più direttamente connesso alle dimensioni della sorgente di emissione delle onde sismiche. In particolare, il momento sismico esprime il momento di una delle due coppie di forze che rappresentano la frattura sismica e quindi è una quantità direttamente legata al meccanismo di sorgente di un terremoto. Considerando il momento sismico come stimolatore della dimensione di un sisma, le osservazioni attualmente disponibili indicano un intervallo di variazione compreso tra 10-2 Nm, valore che si riscontra nell’analisi di micro-fratture in laboratorio, e 1023 Nm, valore che corrisponde al momento sismico del più grosso terremoto osservato in epoca strumentale e cioè il terremoto del Cile del 1960. Per fare un raffronto con un evento più vicino nel tempo, per il terremoto distruttivo di Sumatra del 26 dicembre 2004 è stato stimato un momento sismico di 4x1022 Nm, di poco inferiore quindi a quello del terremoto del Cile del 1960. Una caratteristica generale dei fenomeni di fratturazione che danno luogo ai terremoti è la relazione che esista tra il momento sismico (e quindi la grandezza del terremoto) e la frequenza dominante delle onde sismiche emesse. Sebbene la radiazione sismica di un terremoto copra una banda spettrale piuttosto ampia, la forma caratteristica degli spettri di Fourier della velocità del moto del suolo durante un terremoto mostra un picco ad una frequenza caratteristica detta frequenza d’angolo o frequenza dominante (frequenza che varia da 10-3 a 103 Hz). L’osservazione generale è che i terremoti più grandi emettono onde la cui frequenza dominante è minore di quella associata a terremoti di più piccola dimensione.