Infatti, la geofisica nasce dal connubio tra la geologia e le leggi della fisica applicate al sistema Terra.
In particolare ricordiamo quelle elettriche, magnetiche, gravimetriche, radar, ecc.
Ogni metodo, affronta lo studio del terreno in modo differente a seconda del tipo di energia utilizzata. Da ciò consegue che, in base agli obiettivi dello studio, possono adottarsi una o più metodologie geofisiche che riescono a fornire una rappresentazione geologica del sottosuolo molto soddisfacente.
Fra tutte, la sismica è attualmente molto usata anche in campo geologico-tecnico, idrogeologico, ambientale e nella ricerca di cavità sotterranee.
La prospezione sismica si basa sul fenomeno fisico secondo il quale una perturbazione prodotta naturalmente (terremoto) o artificialmente (massa battente, vibroseis, esplosivi) si propaga nel terreno con velocità dipendenti dalle caratteristiche di quest’ultimo (grado di cementazione, porosità, fratturazione, contenuto d’acqua o di gas, ecc.) e seguendo le leggi dell’ottica (legge di Snell).
Le onde che si generano in seguito a un terremoto, naturale o indotto che sia, possono essere distinte in onde di volume o interne (si generano nell’ipocentro1) e onde superficiali (si generano nell’epicentro, in corrispondenza della superficie di separazione Terra/atmosfera).
Tra le onde di volume distinguiamo:
- Onde P o di compressione o longitudinali: al loro passaggio le particelle di roccia attraversate oscillano avanti e indietro nella stessa direzione di propagazione dell’onda. In pratica la roccia subisce rapide variazioni di volume dilatandosi e comprimendosi. Sono le onde più veloci e si muovono nella crosta terrestre con una velocità tra i 4 e gli 8 Km/s.
-
Onde S o di taglio o trasversali: al loro passaggio le particelle di roccia attraversate oscillano nella direzione perpendicolare a quella di propagazione dell’onda. In pratica la roccia subisce variazioni di forma ma non di volume. Nella crosta terrestre viaggiano con una velocità variabile tra 2.3 e 4.6 Km/s. Esse hanno una caratteristica molto importante: non possono propagarsi in un mezzo fluido.
Le onde superficiali si distinguono, invece, in :
- Onde di Rayleigh: al loro propagarsi le particelle di roccia compiono orbite ellittiche in un piano verticale lungo la direzione di propagazione dell’onda. La loro velocità 2.7 Km/s.
- Onde Love : al loro passaggio le particelle oscillano trasversalmente alla direzione di propagazione dell’onda, ma solo nel piano orizzontale. Si muovono con una velocità di 3 Km/s.
Inoltre, nel loro cammino, esse non mantengono le stesse caratteristiche che avevano nel punto in cui sono state generate. Infatti, oltre a subire fenomeni di riflessione e rifrazione sulle superfici che separano materiali differenti, si attenuano ossia si produce una perdita di energia da parte dell’onda primaria, energia che viene spesa per riscaldare il mezzo di propagazione e contemporaneamente per produrre una certa quantità di onde secondarie.
Di seguito si distingue il caso delle onde di volume e quelle superficiali.
Per le onde di volume le attenuazioni sono dovute a due cause:
1. Attenuazione geometrica-
Si parte dall’ipotesi che il mezzo in cui si propaga l’onda sia un mezzo elastico perfetto.
Sotto tale premessa, si può scrivere la seguente:
con A= ampiezza dell’onda e
quindi
in cui A= ampiezza iniziale dell’onda
r = distanza dalla sorgente misurata lungo la direzione di propagazione
Quindi, all’aumentare di r, diminuisce A.
2. Attenuazione fisica-Si può, quindi, introdurre il concetto di fattore Q, ossia il FATTORE DI QUALITA’ espresso dalla seguente:
in cui rappresenta il decremento dell’energia iniziale, E.
Se (ossia il mezzo è elastico perfetto) Q
L’attenuazione fisica delle onde sismiche è descritta dalla seguente :
con
A (=) ampiezza dell’onda alla distanza r dalla sorgente
A0 = ampiezza iniziale dell’onda
R = distanza dalla sorgente
Q = f attore di qualità
lunghezza dell’onda
Quindi,
ONDE SUPERFICIALI
Per le onde superficiali, l’attenuazione è molto pronunciata con la profondità.
La formula che ne descrive lo smorzamento (onde di Rayleigh) è la seguente:
Quindi, per andare in profondità devo usare grandi e basse frequenze.
Nelle prospezioni geofisiche, qualunque sia l’argomento della ricerca, vengono di norma utilizzate le onde di volume.
La profondità fino a cui si riesce a investigare, ossia quella a cui l’onda mantiene una certa ampiezza, dipende dunque (come riportato dalla (5) dall’ampiezza dell’onda primaria, ossia dell’onda che si riesce a provocare (quindi dal quantitativo di esplosivo o dalla forza che si applica nel battere la massa).
Riferimenti bibliografici:
R.Gulli-G. Lacagnina: GUIDA ALLA REALAZIONE GEOLOGICA-Dario Flaccovio Editore
B.Accordi, E.L.Palmieri, M.Parotto: IL GLOBO TERRESTRE E LA SUA EVOLUZIONE- Zanichelli
M.Casadio,C.Elmi:IL MANUALE DEL GEOLOGO-Pitagora Editrice Bologna
Lowrie: FUNDAMENTALS OF GEOPHYSICS -Cambridge University Press.
Link utili:
http://eduseis.na.infn.it/didattica/moduloV/moduloV.htm
http://eduseis.na.infn.it/didattica/moduloIII/onde.htm
http://www.dst.unipi.it/dst/santacroce/2004/lezione56.pdf
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=6929
http://www.geomultiservice.com/sismica.htm
Il punto in superficie, posto sulla sua verticale, è detto epicentro.