0:00Introduzione
Nel giugno 1929, un forte terremoto scosse l'Isola del Sud della Nuova Zelanda. A Copenaghen, una sismologa di nome Inge Lehmann studiò le registrazioni che aveva lasciato nelle stazioni di tutto il mondo. Deboli onde avevano raggiunto alcune stazioni in Russia, in una zona dove, secondo tutte le teorie dell'epoca, il nucleo della Terra avrebbe dovuto impedire loro di arrivare.
Dedicò anni a quell'enigma. Nel 1936 pubblicò la sua risposta. Nel profondo del nucleo liquido deve esserci un secondo nucleo, interno, in cui le onde viaggiano più velocemente. Era stato quel nucleo interno a deviare quelle onde nella zona proibita. Nessuno ci è mai stato. Glielo mostrò un terremoto, e alla fine di questa lezione vedrai come.
In questa lezione seguiremo un terremoto dall'inizio alla fine. Vedremo come una faglia si carica e si rompe, e come gli scienziati leggono le sue onde. Poi vedremo come un terremoto porta al successivo, e che cosa rivelano le onde nel profondo del pianeta.
1:00Il caricamento
Il guscio esterno della Terra è spezzato in placche che si spostano di qualche centimetro all'anno. Dove due placche si incontrano, il confine tra loro è una faglia, e la maggior parte del tempo i due lati restano bloccati l'uno contro l'altro, anche mentre le placche continuano a muoversi.
1:13La roccia vicino a una faglia bloccata si piega lentamente, come un trampolino sotto un peso che cresce. Nel 1910 un geologo di nome Harry Fielding Reid lo dimostrò grazie ai rilievi del terreno eseguiti prima e dopo il grande terremoto di San Francisco del 1906. Lo chiamò rimbalzo elastico: decenni di lenta flessione, poi uno scatto improvviso all'indietro.
1:34È il ciclo sismico. La faglia si carica per decenni o secoli, si rompe in pochi secondi o minuti, poi si blocca e ricomincia a caricarsi. Ogni grande terremoto è un giro di quel ciclo.
1:48Gli scienziati possono osservare il caricamento mentre avviene. Ricevitori GPS ancorati al terreno seguono la propria posizione con la precisione di una frazione di pollice, pochi millimetri. Lontano da una faglia bloccata, le stazioni si spostano insieme alle loro placche, ma quelle vicine alla faglia restano indietro. Il terreno si sta piegando.
2:06Il grado di blocco di una faglia si chiama accoppiamento. Una faglia completamente accoppiata accumula quasi tutto il movimento delle placche, anno dopo anno. Al largo del Giappone nord-orientale, il grande terremoto del marzo 2011 mostrò che lì le placche erano rimaste bloccate fino alla fossa, dove la placca pacifica si immerge sotto il Giappone. Quando quel confine cedette, il fondale si spostò, in alcuni punti di circa 50 metri, più di 150 piedi.
2:33Non tutte le faglie restano perfettamente immobili mentre si caricano. Sotto lo stato di Washington e la Columbia Britannica, la parte profonda del confine tra le placche scivola di un pollice o poco più, qualche centimetro, nell'arco di un paio di settimane, circa ogni 14 mesi. Nessuno lo avverte. Il GPS rivelò questi eventi di scorrimento lento intorno all'anno 2000. Gli scienziati li tengono sotto stretta osservazione, perché ognuno aggiunge carico alla parte bloccata della faglia sovrastante.
3:00Il ciclo lascia una traccia nel terreno. I geologi scavano trincee attraverso le faglie e leggono gli strati di terreno come le pagine di un libro. Dove uno strato è lacerato e spostato, è stato un terremoto a romperlo. La datazione di quegli strati mostra quanto spesso una faglia si è rotta nel corso di migliaia di anni.
3:20La rottura
Un terremoto non rompe tutta la faglia in una volta sola. Inizia in un punto, l'ipocentro, dove lo sforzo vince per primo l'attrito. Da lì, la frattura, o rottura, corre verso l'esterno lungo la faglia, di solito a una velocità da 2 a 3 chilometri al secondo. Alcune rotture superano persino alcune delle onde che emettono.
3:39Più il terremoto è grande, più a lungo continua la rottura. Uno moderato finisce in pochi secondi. Nel grande terremoto di Sumatra del 2004, la rottura continuò a propagarsi verso nord per circa otto minuti, lungo più di 1.300 chilometri di faglia.
3:56Quanta faglia si rompe, e di quanto scorre, determina le dimensioni di un terremoto. Gli scienziati moltiplicano tre cose: l'area di faglia che si è rotta, di quanto sono scivolati i suoi due lati e quanto è rigida la roccia. Il risultato, il momento sismico, è la base su cui si fonda la moderna scala delle magnitudo. Ogni gradino intero della scala significa circa 32 volte più energia liberata.
4:18La maggior parte dei terremoti inizia entro circa 70 chilometri dalla superficie. Ma dove una placca si immerge sotto un'altra, i terremoti seguono la placca che sprofonda, fino a circa 700 chilometri di profondità. Nel 1994, uno dei più grandi terremoti profondi mai registrati colpì a circa 630 chilometri sotto la Bolivia. Fu avvertito fino in Canada.
4:44La lettura delle onde
La rottura emette onde. Le onde P comprimono e allungano la roccia, come una spinta lungo una molla, e sono le più veloci. Le onde S la scuotono da un lato all'altro, e arrivano più tardi. Dove raggiungono la superficie, le onde superficiali si propagano rotolando lungo il terreno. Sono le più lente, e causano gran parte dei danni.
5:03L'intervallo tra le onde P e S dice a una stazione quanto è lontano il terremoto. Per un terremoto vicino, ogni secondo di quell'intervallo corrisponde a circa 8 chilometri. Tre stazioni bastano per individuare il punto, e reti di centinaia di stazioni lo fanno in pochi secondi.
5:19Le faglie si rompono in tre modi principali. In una faglia normale, la crosta si stira e un blocco si abbassa. In una faglia inversa, viene compressa e un blocco sale sopra l'altro. In una faglia trascorrente, i due lati scorrono lateralmente l'uno accanto all'altro.
5:34Sono le onde stesse a rivelare in che modo si è rotta una faglia. In alcune stazioni il primo movimento del terreno è una spinta; in altre, una trazione. Riportate sul globo, quelle spinte e trazioni disegnano uno schema che i sismologi soprannominano «pallone da spiaggia». Nel febbraio 2023, un terremoto di magnitudo 7,8 colpì la Turchia. Il suo pallone da spiaggia mostrò una rottura trascorrente, e le sue repliche tracciarono quella rottura lungo la faglia est-anatolica.
6:02Stabilire le dimensioni richiede più tempo. Nel 2011, la prima allerta tsunami del Giappone, circa tre minuti dopo l'inizio delle scosse, si basava su una magnitudo di 7,9. Il metodo rapido arriva al limite per i terremoti più grandi in assoluto, e la stima fu alzata, per gradi, fino a 9. I numeri rapidi servono per le allerte; quello definitivo viene dalla registrazione completa.
6:27Quel numero definitivo è la magnitudo momento, calcolata dall'area della faglia e dal suo scorrimento. A differenza delle scale più vecchie, non smette di crescere per i terremoti più grandi. Così un grande terremoto può mostrare diverse magnitudo nella sua prima ora, mentre le stime rapide lasciano il posto alla magnitudo momento.
6:45I satelliti radar possono mappare un intero terremoto in una sola volta. Confrontando immagini riprese prima e dopo, disegnano bande di colore dove il terreno si è mosso, e ogni banda corrisponde a circa 3 centimetri, circa un pollice, di movimento verso il satellite. Lo schema traccia la faglia che si è rotta, anche dove nessuno può raggiungerla.
7:07I terremoti si parlano
I terremoti seguono regole tutte loro. Per ogni gradino in meno di magnitudo, ce ne sono circa dieci volte di più. Nel mondo, in un anno tipico ci sono più di 1.000 terremoti di magnitudo 5 o superiore, ma solo circa uno di magnitudo 8 o superiore.
7:22Dopo un grande terremoto arrivano le repliche, che si attenuano in modo regolare, secondo uno schema che il sismologo Fusakichi Omori scoprì in Giappone negli anni 1890. Dieci giorni dopo la scossa principale, arrivano con una frequenza di circa un decimo rispetto al primo giorno. Cento giorni dopo, circa un centesimo.
7:40La replica più forte ha, in media, una magnitudo inferiore di circa 1,2 rispetto al terremoto principale. Quindi, dopo un terremoto di magnitudo 7, una forte replica vicina a magnitudo 6 non è una sorpresa, e gli edifici danneggiati devono restare vuoti finché non vengono controllati.
7:59Un terremoto non si limita a liberare lo sforzo. Lo sposta. Dove finisce la faglia rotta, lo sforzo sulla roccia appena oltre aumenta, e il segmento successivo viene spinto più vicino alla rottura.
8:11La faglia nord-anatolica, in Turchia, lo mostra chiaramente. A partire dal 1939, una serie di grandi terremoti avanzò lungo di essa da est a ovest nel corso di 60 anni. Uno studio sui dieci più grandi scoprì che nove erano stati spinti più vicino alla rottura da quelli precedenti. Nell'agosto 1999 l'avanzata raggiunse Izmit, vicino a Istanbul, e aumentò le probabilità di un forte terremoto sotto Istanbul.
8:38Anche le persone possono sbloccare le faglie. In Oklahoma, le attività petrolifere e del gas pomparono enormi volumi di acque reflue salate in profondità nel sottosuolo, facendo aumentare la pressione all'interno di vecchie faglie finché non scivolarono. I terremoti di magnitudo 3 o superiore passarono da circa due all'anno a più di 900 nel 2015. Il più forte dell'Oklahoma, di magnitudo 5,8, vicino a Pawnee nel 2016, fu avvertito in diversi stati.
9:07Tutto questo confluisce nella previsione, che fornisce probabilità, mai una data. La cittadina di Parkfield, in California, si trova sulla faglia di San Andreas. Tra il 1857 e il 1966 vi colpirono sei terremoti moderati, più o meno uno ogni 22 anni.
9:24Nel 1985 gli scienziati previdero il successivo prima del 1993, e riempirono la zona di strumenti per registrarlo. Arrivò nel 2004, 11 anni dopo la chiusura della finestra prevista. Le faglie sono abbastanza regolari da permettere previsioni, ma non abbastanza da rispettare un orario.
9:43Così le previsioni moderne combinano il ciclo, la documentazione nelle trincee e le misure GPS del caricamento in probabilità per ogni faglia nei prossimi decenni. Dopo l'impennata dell'Oklahoma, lo U.S. Geological Survey cominciò a pubblicare anche previsioni a un anno per i terremoti causati dall'uomo.
10:04Vedere dentro la Terra
Le stesse onde che scuotono il terreno attraversano tutto il pianeta. La roccia più profonda è sottoposta a una pressione enorme, e in genere le onde accelerano man mano che scendono. Così i loro percorsi si incurvano dolcemente verso la superficie, come il tremolio di un miraggio sopra una strada rovente.
10:19Nel 1909, uno scienziato croato di nome Andrija Mohorovičić notò che le onde di un terremoto vicino arrivavano in due gruppi. Alcune avevano seguito un percorso più veloce attraverso una roccia più profonda. Aveva trovato il fondo della crosta, un confine che porta ancora il suo nome: la Moho.
10:38Molto più in profondità, le onde rivelano il nucleo. A più di un quarto del giro del globo da un terremoto, le onde S scompaiono e non ritornano più. Anche le onde P si affievoliscono, poi ricompaiono sul lato opposto. Le onde S non possono attraversare un liquido. Il nucleo esterno è fuso.
10:55E questo ci riporta a Inge Lehmann. Le deboli onde arrivate in Russia avevano attraversato il nucleo liquido, ed erano state deviate da qualcosa di più veloce al suo interno. Era un nucleo interno, con un raggio di circa 1.200 chilometri. Studi successivi mostrarono che è fatto di ferro e nichel solidi, caldo più o meno quanto la superficie del Sole. Le reti moderne mappano la Terra profonda in tre dimensioni, a partire da milioni di queste registrazioni.
11:19Nessuno ha mai perforato oltre circa 12 chilometri di profondità. Gran parte di ciò che sappiamo di tutto quello che c'è sotto viene dalla misura dei tempi di arrivo delle onde sismiche nelle stazioni di tutto il mondo.
Quindi, tre cose da ricordare. Primo, una faglia si carica per decenni, si rompe in pochi minuti e si blocca di nuovo: il ciclo sismico. Secondo, le onde rivelano dove si è rotta una faglia, come si è mossa e quanto era grande la rottura, e ogni terremoto trasmette sforzo al successivo. E terzo, quelle stesse onde hanno mappato l'interno del pianeta, fino al suo nucleo solido.
11:54Ogni terremoto è un messaggio dall'interno del pianeta. Inge Lehmann ne lesse uno del 1929, e scoprì un mondo che nessuno visiterà mai. Grazie per aver guardato Earth Explained. Iscriviti per la prossima lezione, e guarda il pianeta in diretta, giorno e notte, su EarthWatch 24-7.