Per avere tutte le componenti del movimento generato da un terremoto occorrono 3 sismografi per stazione: uno registra le oscillazioni con direzione Nord Sud (che significa??), uno registra quelle con oscillazioni Est-Ovest (che significa??), il terzo registra i movimenti verticali del terreno.

sismografi

Si veda anche la risposta precedente sulle onde sismiche:

http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=7034

Il terremoto è una vibrazione più o meno forte della terra prodotta da una rapida liberazione di energia meccanica in qualche punto al suo interno. È definito ipocentro o fuoco del terremoto il punto all’interno della terra in cui si libera energia. L’energia si propaga da esso per onde sferiche che attraversano tutta la terra indebolendosi man mano con la distanza; in particolare la grandezza che misura l’ampiezza di un’onda è la densità di energia (energia per unità di superficie), aumentando la distanza dalla sorgente l’energia liberata si distribuisce su una sfera di raggio sempre maggiore, e la superficie della sfera aumenta con il quadrato del raggio, quindi l’ampiezza dell’onda diminuisce con il quadrato della distanza.
Queste onde possono essere registrate dagli strumenti in tutto il mondo; sono onde meccaniche (elastiche) dello stesso tipo cioè delle onde sonore.
I movimenti all’ipocentro generano differenti tipi di deformazioni cui corrispondono differenti tipi di onde. Nella zona posta in superficie sulla verticale dell’ipocentro, definito epicentro del terremoto (vedi fig. 1), arriva un groviglio di onde di ogni frequenza e velocità e il terreno vibra a lungo e più violentemente che se fosse raggiunto da una singola sequenza di onde. È per questo che gli strumenti posti in vicinanza dell’epicentro vanno fuori scala o forniscono registrazioni confuse.



Figura 1 – Ipocentro ed epicentro del terremoto (tratta da [1]).

Per riconoscere i tipi di onde emesse da un terremoto occorre portarsi ad una certa distanza dall’epicentro in quanto i vari tipi di onde si muovono a velocità diverse e quindi arrivano in tempi successivi.
Si distinguono tre tipi di onde:
onde di compressione (o longitudinali);
onde di taglio (o trasversali);
onde superficiali.

Le onde longitudinali sono quelle al cui passaggio le particelle di roccia oscillano avanti e indietro nella direzione di propagazione dell’onda stessa, la roccia subisce rapide variazioni di volume comprimendosi e dilatandosi alternativamente. Sono le onde più veloci dette anche prime o onde P e si muovono nella crosta con una velocità tra i 4 e gli 8 km/s. Sono in grado di propagarsi in ogni mezzo, sia nelle rocce più compatte sia nel magma fuso nell’acqua e nell’aria (causando il tipico rombo che accompagna l’inizio del terremoto).
Le onde trasversali sono provocate dallo scivolamento delle masse rocciose lungo il piano di faglia che determina deformazioni di taglio; al loro passaggio le particelle di roccia compiono delle oscillazioni perpendicolari alla direzione di propagazione dell’onda. La roccia subisce variazioni di forma man non di volume. Sono più lente delle onde P e nella crosta viaggiano a velocità tra 2.3 e 4 km/s. Sono anche definite onde seconde o S. Non sono in grado di propagarsi attraverso i fluidi perciò nel loro movimento se incontrano una massa di magma fuso si smorzano rapidamente. Le onde S e P che si generano nell’ipocentro sono chiamate complessivamente onde di volume o interne (vedi fig. 2).


Figura 2 – Onde di volume (tratto da [1]).

Quando le onde interne raggiungono la superficie si trasformano in parte in onde superficiali, suddivisibili in onde di Rayleigh e onde di Love. Nelle prime le particelle di roccia compiono movimenti ellittici nel piano verticale lungo la direzione di propagazione dell’onda, come avviene per le onde del mare.
Per le onde L le particelle di roccia oscillano trasversalmente alla direzione di propagazione, come per le onde S, ma solo nel piano orizzontale (vedi fig. 3).


Figura 3 – Onde Superficiali (tratto da [2]).

Il sismografo
Il sismografo è uno strumento che trasforma il complesso movimento del suolo durante un terremoto in una registrazione permanente, per cui consente di analizzare in qualunque momento il groviglio di onde che raggiungono la superficie nel breve tempo che dura un terremoto. Un sismografo si basa sull’inerzia di una massa sospesa, che tende a rimanere immobile anche quando il supporto inizia a muoversi insieme al suolo per il manifestarsi di una vibrazione; un pennino scrivente, solidale con la massa, lascia una traccia su una striscia di carta che ruota a mezzo di un rullo solidale con il suolo: si registrano così le vibrazioni del suolo rispetto alla massa, teoricamente ferma nello spazio.
In pratica alla massa vengono trasmesse delle sollecitazioni dall’attrito del pennino sul rullo e dai supporti (molle e smorzatori), per far sì che questa si muova il meno possibile è necessario utilizzare masse elevate. Inoltre il sistema di smorzamento deve avere un periodo lungo rispetto ai tempi in gioco (quindi decine di secondi), e in un sistema massa-molla il periodo è proporzionale alla massa:
, (T è il periodo, m è la massa, k è la costante elastica della molla).
Per analizzare in maniera completa il movimento del suolo se ne registrano separatamente le componenti secondo un sistema di tre assi perpendicolari. In ogni stazione sismica, quindi, sono contemporaneamente in funzione tre sismografi: uno in grado di muoversi solo lungo la verticale, per cui è sensibile solo alla parte di movimenti del suolo verso l’alto o verso il basso; gli altri due liberi di muoversi solo sul piano orizzontale, lungo due direzioni tra loro perpendicolari (in genere, Nord-Sud ed Est-Ovest), per cui sono sensibili solo alla parte del movimento del suolo lungo tali direzioni; dalla combinazione delle 3 componenti si risale al reale movimento del suolo momento per momento. Questi movimenti sono le oscillazioni che le particelle di roccia subiscono al passaggio di un’onda, come spiegato in precedenza.
La registrazione delle oscillazioni, che un tempo era a stilo (punta che lascia una traccia chiara su carta affumicata), negli strumenti moderni molto sensibili può essere addirittura in forma numerica o su nastro magnetico. Poiché le onde sismiche hanno un’ampia gamma di frequenze, per raccogliere tutte le informazioni fornite da un terremoto sono necessari più tipi di strumenti.


Figura 4 – Principio di funzionamento del sismografo (tratto da [1]).

Bibliografia
1. E.L.Palmieri, M.Parotto – La terra nello spazio e nel tempo – Zanichelli 2002.
2. B.Accordi, E.L.Palmieri – Il globo terrestre e la sua evoluzione – Zanichelli 1987.