Come si formano i terremoti: Tettonica delle placche, stress e onde sismiche spiegate

La crosta terrestre è un puzzle in movimento

Secondo l'U.S. Geological Survey (USGS), il guscio esterno della Terra è suddiviso in grandi pezzi chiamati placche tettoniche che si incastrano insieme come un puzzle. Queste placche si muovono costantemente, lentamente — scivolando l'una accanto all'altra, l'una sopra o sotto l'altra. La maggior parte dei terremoti del pianeta si verificano ai confini dove queste placche si incontrano, perché è qui che le faglie — fratture nella crosta — si concentrano.

Le placche stesse raramente si muovono in modo fluido. L'USGS spiega che l'attrito ai bordi di una faglia causa lo scorrimento della roccia, anche mentre il resto della placca continua a muoversi. Questa discrepanza è il punto di partenza di ogni terremoto tettonico.

Come lo stress si accumula lungo una faglia

Mentre una faglia è bloccata dall'attrito, la crosta circostante si piega e si deforma elasticamente, come una molla sotto tensione. Secondo l'USGS, questo stress viene immagazzinato nella roccia mentre la faglia rimane bloccata. Più a lungo la faglia rimane bloccata, più la deformazione si accumula — questo può accadere nell'arco di anni in alcune zone o nel corso di secoli in altre.

L'USGS cita la Faglia di San Andreas della California come un esempio pratico di questo processo. La Placca del Pacifico si muove a nord-ovest rispetto alla Placca nordamericana di circa due pollici (circa 5 cm) all'anno, secondo l'USGS, e la faglia stessa si estende per più di 650 miglia (circa 1.050 km) e si sprofonda per più di 10 miglia (16 km). Lungo alcuni tratti, le placche si muovono lentamente e producono frequenti piccoli tremori; in altri, rimangono bloccate per lunghi periodi, accumulando la deformazione che viene infine rilasciata in un grande terremoto.

Il momento della rottura: ipocentro ed epicentro

Quando lo stress accumulato supera infine l'attrito che tiene insieme una faglia, la roccia si rompe e rilascia l'energia immagazzinata verso l'esterno come onde sismiche, secondo l'USGS. Il punto sotterraneo dove inizia la rottura è l'ipocentro; il punto sulla superficie direttamente sopra è l'epicentro — la posizione solitamente riportata nella copertura giornalistica.

L'USGS osserva che tremori più piccoli chiamati foreshock possono precedere la rottura principale, mentre gli aftershock — scosse più piccole lungo la stessa faglia — possono continuare per giorni fino ad anni dopo mentre la crosta circostante si adatta alla nuova distribuzione dello stress.

Come l'energia rilasciata viaggia: onde sismiche

L'energia rilasciata all'ipocentro si diffonde verso l'esterno in diversi tipi di onde distinti, ognuno con velocità e comportamento diversi. L'USGS confronta il pattern di diffusione con le ondulazioni in uno stagno, mentre Caltech's Science Exchange raggruppa le onde in due ampie classi: onde di corpo, che viaggiano attraverso l'interno della Terra, e onde di superficie, che viaggiano lungo il terreno.

L'USGS paragona il divario tra onde P e S al ritardo tra il vedere un lampo e sentire un tuono: quanto maggiore è il tempo tra i due arrivi a una stazione sismica, tanto più lontano si è verificato il terremoto. Caltech osserva che le onde di superficie — onde Love e onde Rayleigh — arrivano per ultime ma sono tipicamente le più distruttive perché trasportano più energia vicino alla superficie, dove si trovano edifici e infrastrutture.

Dove e a che profondità si verificano i terremoti

L'USGS afferma che i terremoti si verificano all'interno della crosta o del mantello superiore, in un intervallo di profondità dalla superficie fino a circa 800 chilometri (circa 500 miglia). Caltech's Science Exchange riferisce che circa l'80% dei più grandi terremoti mondiali si verifica lungo la cintura sismica circum-pacifica, spesso chiamata "Anello di fuoco", che traccia i confini delle placche intorno all'Oceano Pacifico.

Non ogni terremoto ha origine tettonica. Caltech's Science Exchange elenca anche i terremoti vulcanici, i terremoti da collasso e i terremoti legati a esplosioni come altre categorie riconosciute, e osserva che attività come il fracking o lo smaltimento delle acque reflue sono state occasionalmente collegate a eventi sismici indotti più piccoli in alcune regioni.

Come gli scienziati misurano quello che è successo

Poiché le faglie sono solitamente troppo profonde per essere osservate direttamente, l'USGS spiega che i sismologi si affidano invece alle registrazioni dei sismografi. Una linea breve e ondulata su un sismogramma indica un piccolo terremoto, mentre una linea lunga e ondulata indica uno più grande — la lunghezza dell'ondulazione è correlata alla dimensione della faglia che si è rotta, e la sua ampiezza è correlata a quanto lontano la roccia è scivolata.

• I terremoti iniziano quando lo stress su una faglia bloccata supera l'attrito che la mantiene in posizione (USGS).
• L'ipocentro è il punto sotterraneo di rottura; l'epicentro è il punto sulla superficie direttamente sopra (USGS).
• Le onde P arrivano per prime e comprimono la roccia nella direzione di propagazione; le onde S arrivano per seconde e si muovono solo attraverso i solidi (USGS, Caltech).
• Le onde di superficie — onde Love e onde Rayleigh — arrivano per ultime ma tipicamente causano i danni strutturali maggiori (Caltech).
• Circa l'80% dei terremoti più grandi si verifica lungo l'Anello di fuoco circum-pacifico (Caltech).