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EARTH EXPLAINED · GUIDA ALLA LEZIONE

Il terremoto delle World Series

Loma Prieta, 1989: perché i danni peggiori avvennero a 60 miglia dalla faglia

Video 9:00Livello Classi 6–12 · Corso universitario introduttivo di geologiaStandard MS-ESS2-2, MS-ESS3-2, HS-ESS2-1, HS-ESS3-1, HS-PS4-1, HS-ETS1-3
Lingua Italiano

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Perché un terremoto con epicentro nelle montagne vicino a Santa Cruz causò i danni più letali a circa 60 miglia di distanza, a San Francisco e a Oakland?

Alle 5:04 del pomeriggio del 17 ottobre 1989, pochi minuti prima di gara 3 delle World Series, un terremoto di magnitudo 6,9 ruppe un tratto sepolto del sistema di faglie di San Andreas sotto i monti di Santa Cruz. Questa lezione lo usa per spiegare come un confine tra placche che scorrono l'una accanto all'altra accumuli tensione e la liberi all'improvviso (la teoria del rimbalzo elastico, nata dal terremoto del 1906), come una previsione del 1988 avesse individuato il segmento che si ruppe, e perché i danni peggiori avvennero lontano dalla faglia, dove il fango morbido e i terreni di riporto artificiali amplificarono le scosse e resero il terreno sciolto quasi liquido. Si conclude con ciò che la regione cambiò in seguito, dall'adeguamento sismico delle superstrade agli avvisi di terremoto sui telefoni, e con la stima dell'USGS: una probabilità del 72% di almeno un terremoto di magnitudo 6,7 o superiore nella regione della baia di San Francisco tra il 2014 e il 2043.

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Obiettivi di apprendimento Dopo questa lezione, gli studenti sapranno:

  1. Descrivere il sistema di faglie di San Andreas come un confine in cui la placca pacifica scorre verso nord-ovest lungo la placca nordamericana, e nominare le principali faglie della Bay Area.
  2. Spiegare la teoria del rimbalzo elastico, usando come prova gli spostamenti del terreno misurati dopo il terremoto del 1906.
  3. Distinguere una previsione sismica (una probabilità in un certo periodo di tempo) da una predizione (una data, un luogo e una dimensione), e interpretare correttamente le previsioni del 1988 e del 2014 per la Bay Area.
  4. Spiegare come i terreni soffici e i terreni di riporto artificiali amplificano le onde sismiche e come la liquefazione danneggia gli edifici, e usare queste idee per spiegare perché i danni si concentrarono nel Marina District e lungo le rive della baia.
  5. Descrivere i cedimenti del Cypress Street Viaduct e del Bay Bridge, e valutare le risposte ingegneristiche che seguirono: l'adeguamento sismico delle strutture più vecchie e la sostituzione della campata orientale del Bay Bridge.
  6. Spiegare come funziona l'allerta precoce per i terremoti, perché può dare ad alcuni luoghi decine di secondi di preavviso e perché i luoghi più vicini alla faglia possono non riceverne affatto.
  7. Valutare il pericolo attuale rappresentato dalla faglia di Hayward e spiegare perché ha senso esercitarsi nel «Drop, Cover and Hold On» (abbassati, riparati e tieniti forte) in una regione con una probabilità del 72% di un forte terremoto in 30 anni.

Prima della visione

Lessico chiave ★ termini di approfondimento per gli studenti più grandi

Faglia
Una frattura nella crosta terrestre lungo la quale la roccia sui due lati si sposta l'una rispetto all'altra. Il movimento lungo una faglia può essere lento e costante, oppure improvviso, durante un terremoto.
Placca tettonica
Uno dei grandi pezzi rigidi dell'involucro esterno della Terra. In California, la placca pacifica si muove verso nord-ovest lungo la placca nordamericana a circa 2 pollici (5 cm) all'anno.
Sistema di faglie di San Andreas
L'insieme di faglie che assorbe la maggior parte del movimento tra la placca pacifica e quella nordamericana in California. Attorno alla baia di San Francisco comprende le faglie di San Andreas, di Hayward e di Calaveras.
Margine trasforme★
Un confine tra placche in cui due placche scorrono lateralmente l'una accanto all'altra, senza che nessuna placca venga creata o distrutta. Il sistema di faglie di San Andreas ne è l'esempio più noto sulla terraferma.
Rimbalzo elastico
La spiegazione dei terremoti data da H. F. Reid nel 1910: la roccia ai due lati di una faglia bloccata si piega lentamente mentre le placche si muovono, accumulando tensione, finché la faglia non scorre e la roccia scatta di nuovo in posizione. È ancora il modello di base del ciclo sismico.
Magnitudo
Una misura della dimensione di un terremoto. Ogni grado intero della scala di magnitudo momento libera circa 32 volte più energia.
Ipocentro ed epicentro★
L'ipocentro (fuoco) è il punto sotterraneo in cui inizia la rottura; l'epicentro è il punto della superficie situato direttamente sopra di esso. L'ipocentro di Loma Prieta si trovava a circa 11 miglia (17 km) di profondità.
Previsione sismica
Un'affermazione sulla probabilità che un terremoto di una certa dimensione avvenga in una certa area entro un certo periodo di tempo, come «30% in 30 anni». Non è la predizione di una data.
Terreno di riporto artificiale
Terreno creato dall'uomo scaricando o pompando sabbia, terra e detriti in acqua o in zone basse. Gran parte della costa della baia di San Francisco, compreso il Marina District, è costruita su terreni di riporto.
Liquefazione
La perdita di resistenza della sabbia sciolta e satura d'acqua durante le scosse, per cui si comporta come un liquido. Gli edifici costruiti sopra sprofondano o si inclinano, e sabbia e acqua zampillano formando vulcanelli di sabbia.
Amplificazione di sito
Il rafforzamento delle scosse dove le onde sismiche passano dalla roccia rigida al terreno soffice: le onde rallentano e la loro ampiezza cresce. Nel 1989, il terreno soffice intorno alla baia tremò da due a quattro volte più forte della roccia vicina.
Creep di faglia
Scorrimento lento e costante lungo una faglia, senza terremoti. Alcuni tratti della faglia di Hayward scorrono di pochi millimetri all'anno, piegando i cordoli e i muri che la attraversano.
Allerta precoce per i terremoti
Un sistema in cui dei sensori vicini a un terremoto rilevano le prime onde sismiche, più veloci, e inviano un avviso che può arrivare alcuni secondi prima delle scosse più forti. Il sistema della California si basa sulla rete ShakeAlert dell'USGS.
Onde P e onde S★
I due tipi di onde sismiche che viaggiano attraverso l'interno della Terra. Le onde P (primarie) sono più veloci e di solito più deboli; le onde S (secondarie) arrivano dopo e causano gran parte dei danni.
Muratura non armata★
Costruzioni più vecchie in mattoni o pietra senza armatura in acciaio. Edifici di questo tipo, come quelli del Pacific Garden Mall di Santa Cruz, sono tra i più soggetti a crollare durante scosse forti.
Adeguamento sismico
Il rafforzamento di una struttura esistente perché possa resistere ai terremoti, per esempio avvolgendo le colonne di cemento in camicie d'acciaio e collegando tra loro le campate dei ponti.

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0:005:04 del pomeriggio

17 ottobre 1989: oltre 60.000 tifosi sono al Candlestick Park per gara 3 delle World Series tra i San Francisco Giants e gli Oakland A's quando, alle 5:04 del pomeriggio, lo stadio comincia a tremare e la diretta televisiva si interrompe lasciando solo disturbi.

0:39La faglia dietro casa

La California si trova sul confine dove la placca pacifica scorre verso nord-ovest lungo la placca nordamericana a circa 2 pollici (5 cm) all'anno, soprattutto lungo il sistema di faglie di San Andreas, che attorno alla baia si divide nelle faglie di San Andreas, di Hayward e di Calaveras. Per la maggior parte della loro lunghezza, le faglie restano bloccate per decenni o secoli, poi liberano tutta in una volta la tensione accumulata.

1:201906

Il terremoto di magnitudo 7,9 del 18 aprile 1906 ruppe circa 296 miglia (477 km) della faglia di San Andreas; seguì un incendio, circa 28.000 edifici furono distrutti e morirono più di 3.000 persone. Spostamenti fino a circa 21 piedi (6,4 m) portarono H. F. Reid alla teoria del rimbalzo elastico, e la costa riempita con terreni di riporto, poi diventata il Marina District, preparò il terreno per il 1989.

2:38La previsione

Nel 1988 il Working Group on California Earthquake Probabilities (un gruppo di lavoro sulle probabilità dei terremoti in California) attribuì al segmento meridionale dei monti di Santa Cruz della faglia di San Andreas una probabilità del 30% di un terremoto di magnitudo da 6,5 a 7 entro 30 anni. Il terremoto arrivò proprio l'anno successivo.

3:08Quindici secondi

Una rottura di magnitudo 6,9 iniziò circa 11 miglia (17 km) sotto i monti di Santa Cruz, vicino al picco di Loma Prieta; le scosse più forti durarono circa 15 secondi e la rottura non raggiunse mai la superficie. A Santa Cruz crollarono vecchi edifici in mattoni, i terreni di riporto del Marina District si liquefecero, una parte del piano superiore del Bay Bridge cadde, e il crollo del Cypress Street Viaduct di Oakland, una superstrada a due piani, causò la maggior parte delle vittime.

5:19Le conseguenze

Il bilancio: 63 morti, 3.757 feriti, più di 18.000 abitazioni danneggiate, circa 12.000 persone senza casa e danni per circa 6 miliardi di dollari. Lo stadio resse, e le World Series ripresero dieci giorni dopo.

5:45Cosa è cambiato

San Francisco demolì la danneggiata Embarcadero Freeway nel 1991 e riaprì il suo lungomare; la campata orientale del Bay Bridge fu sostituita da una nuova, progettata per resistere a un forte terremoto (inaugurata nel 2013); ponti e superstrade più vecchi in tutta la California furono adeguati sismicamente; e nel 30º anniversario, nel 2019, lo stato iniziò a inviare avvisi di allerta precoce ai telefoni.

6:44Il prossimo

La faglia di Hayward passa direttamente sotto le città della parte orientale della baia, scorre per creep di pochi millimetri all'anno e si è rotta l'ultima volta in un terremoto di magnitudo 6,8 nel 1868. L'USGS stima al 72% la probabilità di almeno un terremoto di magnitudo 6,7 o superiore nella Bay Area tra il 2014 e il 2043, ed è per questo che milioni di persone si esercitano nel «Drop, Cover and Hold On» (abbassati, riparati e tieniti forte) ogni ottobre. L'episodio si chiude con tre cose da ricordare.

Idee errate comuni Per il docente

Idea errataPiù si è vicini all'epicentro di un terremoto, più gravi saranno sempre i danni.

Cosa mostrano i datiLa distanza conta, ma conta anche il terreno. Nel 1989 i danni più letali avvennero a Oakland e a San Francisco, a circa 60 miglia dalla faglia, sul fango morbido della baia e su terreni di riporto artificiali che amplificarono le scosse e, in alcuni punti, si liquefecero. Gli edifici progettati secondo criteri ingegneristici su terreno solido vicino all'epicentro, in generale, ressero bene.

Idea errataGli scienziati avevano predetto il terremoto di Loma Prieta.

Cosa mostrano i datiLo avevano previsto in termini di probabilità, che è un'altra cosa. Il Working Group del 1988 aveva attribuito al segmento meridionale dei monti di Santa Cruz una probabilità del 30% di un terremoto di magnitudo da 6,5 a 7 in 30 anni: una probabilità, non una data. Nessuno è ancora in grado di predire il giorno di un terremoto, e la stessa rottura del 1989 fu insolita, con uno scorrimento verso l'alto e sopra (inverso) quasi pari a quello laterale, su un piano di faglia molto inclinato sotto le montagne.

Idea errataUna faglia soggetta a creep, come la faglia di Hayward, è sicura, perché libera la sua tensione dolcemente.

Cosa mostrano i datiIl creep della faglia di Hayward è in gran parte limitato alle poche miglia più superficiali. Sotto circa 3 miglia (5 km) la faglia è bloccata e accumula tensione, e nel 1868 ha prodotto un terremoto di magnitudo 6,8. L'USGS attribuisce al sistema di faglie Hayward–Rodgers Creek una probabilità del 33% di un terremoto di magnitudo 6,7 o superiore tra il 2014 e il 2043.

Idea errataL'allerta precoce per i terremoti predice i terremoti prima che inizino.

Cosa mostrano i datiL'allerta precoce rileva un terremoto già iniziato. I sensori vicini alla sorgente captano le onde P, più veloci, e un avviso elettronico precede le onde più lente e distruttive. I luoghi lontani dalla sorgente possono ricevere molti secondi di preavviso; quelli più vicini possono non riceverne affatto.

Idea errataUn terremoto di magnitudo 7,9 è solo un po' più grande di uno di magnitudo 6,9.

Cosa mostrano i datiOgni grado intero della scala di magnitudo corrisponde a circa 32 volte più energia, quindi il terremoto del 1906 liberò circa 32 volte l'energia di Loma Prieta, e ruppe un tratto di faglia circa dieci volte più lungo.

Domande di discussione

  1. L'epicentro era nei monti di Santa Cruz, eppure molti dei cedimenti più distruttivi avvennero a circa 60 miglia di distanza. Usando l'episodio, spiega perché. Che cosa suggerisce questo su come una città dovrebbe decidere dove rinforzare per primi gli edifici?
  2. La previsione del 1988 attribuiva al segmento dei monti di Santa Cruz una probabilità del 30% di un forte terremoto in 30 anni, e il terremoto arrivò l'anno successivo. La previsione fu un successo? Che cosa avrebbe significato se nessun terremoto fosse avvenuto entro il 2018?
  3. Gran parte del terreno che cedette nel Marina District era stato creato dall'uomo, riempiendo un'insenatura. Chi dovrebbe essere responsabile di conoscere il terreno su cui è costruita una casa e di informarne gli acquirenti? Ci sono luoghi nella tua regione costruiti su terreni di riporto?
  4. Dopo il 1989, San Francisco scelse di demolire la Embarcadero Freeway invece di ripararla, mentre la campata orientale del Bay Bridge fu sostituita con una spesa di miliardi. Confronta queste decisioni: quali criteri (costo, sicurezza, traffico, l'aspetto e la vita della città) pensi che abbiano contato di più in ciascun caso?
  5. Il traffico sul Cypress Street Viaduct era più scarso del solito perché molte persone erano tornate a casa presto per guardare le World Series. Che cosa ti dice questo su come il momento in cui avviene un terremoto influisce sul suo bilancio? Come potrebbe cambiare il bilancio alle 8 del mattino di un giorno feriale, o alle 3 del mattino di una domenica?
  6. Un avviso di allerta precoce potrebbe darti da nessun preavviso fino a forse 20 secondi prima delle scosse forti. Fai un elenco di ciò che tu, la tua scuola, un operatore ferroviario e un ospedale potreste fare di utile con cinque secondi, e con venti.

Quiz Scegli una risposta; si corregge da sola

1.Quale descrizione si adatta meglio al confine tra placche sotto la zona della baia di San Francisco?

2.Che cosa concluse H. F. Reid dagli spostamenti del terreno misurati dopo il terremoto del 1906?

3.Che cosa c'è sotto la parte del Marina District gravemente danneggiata nel 1989?

4.Nel 1988, che cosa disse il Working Group on California Earthquake Probabilities sul segmento meridionale dei monti di Santa Cruz della faglia di San Andreas?

5.Perché gli edifici del Marina District sprofondarono e si inclinarono durante il terremoto del 1989?

6.Perché alcune zone di San Francisco e di Oakland, a circa 60 miglia dall'epicentro, tremarono più forte di siti più vicini su roccia?

7.Quale serie di dati corrisponde al riepilogo dell'USGS sul terremoto di Loma Prieta?

8.Come può un sistema di allerta precoce per i terremoti avvisare le persone prima che le raggiungano le scosse forti?

9.Perché molti scienziati considerano la faglia di Hayward la più pericolosa della Bay Area?

10.Che cosa dice davvero la previsione dell'USGS per il periodo dal 2014 al 2043?

Risposta scritta

1. Usando l'idea del rimbalzo elastico, spiega come placche che si muovono solo di circa 2 pollici (5 cm) all'anno possano produrre terremoti improvvisi. Nella risposta usa prove tratte dal 1906.

Cosa include una buona risposta

Le placche si muovono in modo costante, ma le faglie tra di esse sono bloccate dall'attrito, quindi la roccia sui due lati si piega invece di scorrere, accumulando tensione per decenni o secoli. Quando lo sforzo supera la resistenza della faglia, questa scorre all'improvviso e la roccia piegata scatta di nuovo in posizione. Nel 1906 strade e recinzioni che attraversavano la faglia di San Andreas furono spostate fino a circa 21 piedi (6,4 m), pari a ben più di un secolo di movimento delle placche liberato in meno di un minuto. Reid usò quelle misure per formulare la teoria nel 1910.

2. Il Marina District si trova a circa 60 miglia dall'epicentro, eppure sette dei suoi edifici crollarono e morirono almeno tre persone. Spiega perché, usando la storia del terreno e la scienza di come il suolo risponde alle scosse.

Cosa include una buona risposta

La parte danneggiata della Marina è costruita su un'insenatura riempita: sabbia sciolta pompata per la Panama-Pacific International Exposition del 1915, insieme a terreni di riporto più vecchi che potrebbero includere alcuni detriti del 1906. Nei sedimenti soffici e saturi d'acqua le onde sismiche rallentano e diventano più grandi, quindi le scosse furono amplificate molto al di sopra di quelle registrate sulla roccia del vicino Fort Mason. Le scosse fecero poi liquefare la sabbia sciolta: perse resistenza, gli edifici sprofondarono e si inclinarono, eruttarono vulcanelli di sabbia e l'espansione laterale del terreno ruppe le tubature del gas e dell'acqua. Scoppiò un grande incendio e, poiché le condotte principali dell'acqua avevano ceduto, una motobarca antincendio dovette pompare acqua dalla baia. Gli edifici con piani terra deboli e aperti, adibiti a garage, furono particolarmente vulnerabili.

3. Un amico afferma che gli scienziati avevano predetto Loma Prieta e che ora dicono che il prossimo grande terremoto colpirà entro il 2043. Spiega che cosa c'è di sbagliato in entrambe le parti di questa affermazione.

Cosa include una buona risposta

Nessuna delle due affermazioni è una predizione. Nel 1988 gli scienziati attribuirono al segmento meridionale dei monti di Santa Cruz una probabilità del 30% di un terremoto di magnitudo da 6,5 a 7 entro 30 anni; il fatto che sia arrivato l'anno successivo non era una previsione della data. La previsione dell'USGS per il periodo dal 2014 al 2043 è una probabilità del 72% di almeno un terremoto di magnitudo 6,7 o superiore da qualche parte nella Bay Area in quei 30 anni. Questo significa che un forte terremoto è più probabile che improbabile, ma non è certo, potrebbe avvenire su qualsiasi faglia della regione e potrebbe arrivare in qualsiasi giorno: per questo è importante prepararsi ora.

Per approfondire Università e scuola superiore avanzata

Quanto fu grande Loma Prieta?

La magnitudo momento è definita a partire dal momento sismico M₀ = μ·A·D: la rigidità della roccia (μ), per l'area di faglia che è scivolata (A), per lo scorrimento medio (D). Hanks e Kanamori (1979) posero Mw = (2/3)(log₁₀M₀ − 9.1), con M₀ in newton-metri, quindi M₀ = 101.5 Mw + 9.1. L'energia irradiata cresce di circa 101.5 ≈ 32 volte per ogni grado intero di magnitudo. La Circular 1045 dell'USGS riporta che la rottura del 1989 comportò uno scorrimento su circa 190 miglia quadrate (circa 490 km²) di superficie di faglia sepolta, e che i rilievi geodetici indicano circa 6 piedi di scorrimento laterale destro e 4 piedi di scorrimento inverso.

Problema(a) Quante volte più energia liberò il terremoto del 1906 (M7.9) rispetto a Loma Prieta (M6.9)? Come si confronta Loma Prieta con il terremoto del 1868 sulla faglia di Hayward (M6.8)? (b) Calcola il momento sismico di un terremoto di Mw 6,9. (c) Assumendo μ = 3.0 × 1010 Pa, stima lo scorrimento medio e confrontalo con la stima geodetica.

Soluzione svolta

(a) 101.5 × 1.0 ≈ 32 volte. Loma Prieta liberò 101.5 × 0.1 ≈ 1,4 volte l'energia del terremoto del 1868, quindi i due hanno dimensioni simili, ma la faglia di Hayward passa sotto le città della parte orientale della baia. (b) M₀ = 101.5 × 6.9 + 9.1 = 1019.45 ≈ 2.8 × 1019 N·m. (c) A ≈ 4.9 × 108 m², quindi D = M₀ ÷ (μA) ≈ 2.8 × 1019 ÷ (3.0 × 1010 × 4.9 × 108) ≈ 1,9 m, circa 6 piedi. Il vettore di scorrimento geodetico è √(6² + 4²) ≈ 7,2 piedi (2,2 m): un accordo entro circa il 15%, buono considerando l'incertezza su μ e sull'area di rottura.

Il bilancio della tensione nelle faglie della Bay Area

In tutta la regione della baia di San Francisco le placche si muovono di circa 1,6 pollici (4 cm) all'anno l'una rispetto all'altra (USGS Fact Sheet 2016-3020). L'USGS stima che i terremoti del tipo di quello del 1906, con spostamenti di circa 20 piedi, si ripetano all'incirca ogni 200 anni. Sulla faglia di Hayward, depositi fluviali datati indicano una velocità di scorrimento a lungo termine di circa 8 mm (0,3 pollici) all'anno (Lienkaemper e Borchardt, 1996). In superficie la faglia scorre per creep di circa 4–5 mm all'anno, ma il creep è in gran parte limitato alle 3 miglia (5 km) più superficiali; più in profondità la faglia è bloccata. Rilievi storici suggeriscono circa 6 piedi (2 m) di scorrimento orizzontale nel terremoto del 1868 (USGS Fact Sheet 2008-3019).

Problema(a) Quale velocità media di scorrimento sul tratto settentrionale della faglia di San Andreas implicano 20 piedi di scorrimento ogni 200 anni? Che frazione del movimento regionale delle placche rappresenta, e dove va il resto? (b) Quanto deficit di scorrimento si è accumulato sulla parte bloccata della faglia di Hayward tra il 1868 e il 2026? Confrontalo con lo scorrimento del 1868. (c) Perché il creep in superficie non elimina il pericolo della faglia di Hayward?

Soluzione svolta

(a) 20 ft ÷ 200 yr = 0.1 ft all'anno, circa 1,2 pollici (3 cm) all'anno, all'incirca tre quarti degli 1,6 pollici all'anno dell'intera regione; il resto è assorbito dalle faglie di Hayward, di Rodgers Creek, di Calaveras e da altre faglie del sistema. (b) 158 anni × 8 mm all'anno ≈ 1,3 m, circa 4 piedi: già una grande parte dei circa 2 m del 1868, in accordo con la valutazione dell'USGS secondo cui la faglia può produrre un terremoto di magnitudo da 6,8 a 7,0 in qualsiasi momento. (c) Il creep allenta la tensione solo vicino alla superficie, e anche lì è più lento della velocità a lungo termine; la parte più profonda e bloccata della faglia continua ad accumulare tensione finché non si rompe.

Perché il terreno soffice entra in risonanza

Uno strato di sedimenti soffici di spessore H sopra una roccia molto più rigida intrappola le onde di taglio ed entra in risonanza. Il suo periodo fondamentale (a quarto d'onda) è T = 4H/Vs, dove Vs è la velocità delle onde di taglio nello strato. Nel Marina District un sondaggio ha mostrato circa 80 m (260 ft) di sedimenti, soprattutto vecchio fango della baia con una Vs di circa 300 m/s, sopra il substrato roccioso (Boatwright e altri, in USGS Professional Paper 1551-F). Le registrazioni delle repliche mostrarono che la Marina amplificava le scosse di un fattore da 7 a 10 intorno a 1 hertz rispetto al rilievo roccioso di Fort Mason. Una regola pratica comune indica come periodo proprio di un edificio circa 0,1 s per piano.

Problema(a) Calcola il periodo fondamentale e la frequenza della colonna di sedimenti della Marina e confrontali con il picco osservato. (b) Quali altezze di edifici sarebbero più a rischio di risonanza in un sito del genere? (c) Durante la scossa principale, le registrazioni dell'USGS mostrano un'amplificazione di solo circa da 2 a 4 volte nei siti soffici, molto minore che nelle piccole repliche. Suggerisci perché.

Soluzione svolta

(a) T = 4 × 80 ÷ 300 ≈ 1,07 s, una frequenza di circa 0,94 Hz, che corrisponde al picco di amplificazione osservato intorno a 1 Hz. (b) Secondo la regola pratica, gli edifici di circa 8–12 piani (periodi propri vicini a 1 s) entrerebbero in risonanza con il terreno; le case basse con struttura in legno hanno periodi più brevi, e nella Marina a farle crollare furono la liquefazione e i piani terra deboli, più che la sola risonanza. (c) I terreni soffici si comportano in modo non lineare durante scosse forti: si ammorbidiscono e dissipano più energia, il che riduce l'amplificazione e sposta la risonanza verso periodi più lunghi. Per questo i fattori di amplificazione misurati con movimenti deboli sovrastimano l'amplificazione in un terremoto distruttivo, anche se le scosse su terreno soffice restano molto più forti che su roccia.

Che cosa significa ogni anno una previsione del 72%

Se i grandi terremoti di una regione avvenissero a caso nel tempo, con un tasso medio λ all'anno (un processo di Poisson), la probabilità di almeno uno in t anni sarebbe P = 1 − exp(−λt). La previsione dell'USGS (UCERF3, Fact Sheet 2016-3020) indica, per il periodo dal 2014 al 2043 nella Bay Area: 98% per almeno un terremoto di magnitudo 6,0 o superiore, 72% per magnitudo 6,7 o superiore e 51% per magnitudo 7,0 o superiore; per le singole faglie, 33% per le faglie di Hayward o di Rodgers Creek e 22% per la faglia di San Andreas, sempre per magnitudo 6,7 o superiore. La previsione reale tiene conto anche del tempo trascorso dall'ultimo terremoto di ciascuna faglia, quindi il modello di Poisson è un'approssimazione.

Problema(a) Converti il 72% in un tasso annuo equivalente, un intervallo medio e una probabilità per un singolo anno. Perché 72% ÷ 30 = 2,4% all'anno è sbagliato? (b) Fai lo stesso per la previsione del 1988 (30% in 30 anni). Qual era la probabilità che il terremoto arrivasse proprio l'anno successivo? (c) Se le faglie di Hayward–Rodgers Creek e di San Andreas fossero indipendenti, quale sarebbe la probabilità di almeno un terremoto di magnitudo 6,7 su una delle due? Che cosa spiega il resto del 72%?

Soluzione svolta

(a) λ = −ln(1 − 0.72) ÷ 30 = −ln(0.28) ÷ 30 ≈ 1.273 ÷ 30 ≈ 0.042 all'anno, un intervallo medio di circa 24 anni e una probabilità in un singolo anno di 1 − exp(−0.042) ≈ 4,1%. Dividere per 30 presuppone che le probabilità si sommino, ma le probabilità di «almeno uno» si compongono: un 2,4% ogni anno darebbe solo 1 − 0.976^30 ≈ 52% in 30 anni, non il 72%. (b) λ = −ln(0.70) ÷ 30 ≈ 0.012 all'anno, quindi circa l'1,2% di probabilità in un qualsiasi anno: la previsione individuò correttamente il segmento, ma il momento, nel 1989, non ne faceva parte. (c) 1 − (1 − 0.33)(1 − 0.22) = 1 − 0.67 × 0.78 ≈ 0.48, cioè il 48%. Il resto viene dalla faglia di Calaveras e da altre faglie importanti, e da faglie meno note e sconosciute (13% da sole).

Quanto preavviso è possibile?

L'allerta precoce per i terremoti è una gara tra gli avvisi elettronici e le onde sismiche. Assumi velocità tipiche della crosta superiore di 6,0 km/s per le onde P e 3,5 km/s per le onde S. La rottura di Loma Prieta iniziò a circa 17 km (11 miglia) di profondità, sotto un epicentro situato a circa 9 miglia (14,5 km) da Santa Cruz e a 60 miglia (97 km) da San Francisco. Supponi che il sistema emetta il suo avviso 8 secondi dopo l'inizio della rottura, il che lascia il tempo alle onde P di raggiungere diverse stazioni vicine e all'elaborazione; la consegna ai telefoni può aggiungere altro tempo.

Problema(a) Calcola la distanza in linea retta dall'ipocentro al Marina District di San Francisco e i tempi di arrivo delle onde P e S in quel punto. Quanto preavviso avrebbe avuto la Marina prima delle onde S? (b) Ripeti il calcolo per Santa Cruz. (c) Stima il raggio della «zona cieca» in superficie, all'interno della quale le onde S arrivano prima dell'avviso. Perché i tempi di preavviso reali potrebbero essere ancora più brevi?

Soluzione svolta

(a) R = √(97² + 18²) ≈ 98,7 km. Le onde P arrivano dopo 98,7 ÷ 6,0 ≈ 16,4 s e le onde S dopo 98,7 ÷ 3,5 ≈ 28,2 s, quindi un avviso a 8 s dà circa 20 secondi di preavviso. (b) R = √(14,5² + 18²) ≈ 23,1 km; le onde S arrivano dopo circa 6,6 s, prima dell'avviso, quindi Santa Cruz non avrebbe avuto alcun preavviso. (c) In 8 s le onde S percorrono 28 km; in superficie questo corrisponde a √(28² − 18²) ≈ 21 km (circa 13 miglia) dall'epicentro. I preavvisi reali possono essere più brevi perché la rottura si estese per circa 20 km in ciascuna direzione lungo la faglia, quindi onde forti arrivarono anche da parti della faglia più vicine a molti centri abitati, e perché gli avvisi impiegano tempo a raggiungere i telefoni. Un ipocentro profondo, come in questo caso, in realtà aiuta, perché ritarda l'arrivo delle onde S in superficie.

Allineamento agli standard

Next Generation Science Standards (NGSS, Stati Uniti)

MS-ESS2-2

Costruire una spiegazione basata su prove di come i processi geologici hanno modificato la superficie della Terra a diverse scale temporali e spaziali.

In questo episodio: Il lento movimento delle placche accumulato come tensione e liberato in pochi secondi; gli spostamenti del 1906; il creep della faglia di Hayward, che nel corso dei decenni piega i cordoli dei marciapiedi.

MS-ESS3-2

Analizzare e interpretare dati sui rischi naturali per prevedere futuri eventi catastrofici e orientare lo sviluppo di tecnologie per mitigarne gli effetti.

In questo episodio: Le previsioni sismiche del 1988 e del 2014, l'adeguamento sismico delle superstrade, la nuova campata del Bay Bridge e l'allerta precoce per i terremoti.

HS-ESS2-1

Sviluppare un modello per illustrare come i processi interni e superficiali della Terra operano a diverse scale spaziali e temporali per formare le caratteristiche dei continenti e dei fondali oceanici.

In questo episodio: Un modello del margine trasforme e del ciclo del rimbalzo elastico; lo scorrimento obliquo del 1989, che sollevò parti dei monti di Santa Cruz.

HS-ESS3-1

Costruire una spiegazione basata su prove di come la disponibilità di risorse naturali, il verificarsi di rischi naturali e i cambiamenti del clima hanno influenzato l'attività umana.

In questo episodio: Costruire su terreni di riporto e sul fango della baia, il bilancio delle vittime del 1906 e del 1989, il lungomare dell'Embarcadero riaperto e la preparazione attuale della Bay Area.

HS-PS4-1

Usare rappresentazioni matematiche per sostenere un'affermazione sulle relazioni tra frequenza, lunghezza d'onda e velocità delle onde che si propagano in vari mezzi.

In questo episodio: Le onde sismiche che rallentano e crescono nel terreno soffice, la risonanza dei sedimenti della Marina e le velocità delle onde P e S nell'allerta precoce.

HS-ETS1-3

Valutare una soluzione a un problema complesso del mondo reale in base a criteri ordinati per priorità e a compromessi che tengano conto di una serie di vincoli, tra cui costo, sicurezza, affidabilità ed estetica, nonché dei possibili impatti sociali, culturali e ambientali.

In questo episodio: Adeguare, sostituire o eliminare: il Cypress Street Viaduct, la campata orientale del Bay Bridge e la Embarcadero Freeway.

Advanced Placement (AP, Stati Uniti)

Corsi universitari

Geologia fisica

Margini di placca trasformi; il sistema di faglie di San Andreas; il rimbalzo elastico e il ciclo sismico; il creep di faglia; lo scorrimento obliquo

Rischi naturali

Previsione dei terremoti e probabilità; effetti di sito e liquefazione; le lezioni del 1906 e del 1989; allerta precoce per i terremoti; preparazione

Sismologia applicata all'ingegneria e ingegneria geotecnica

Momento sismico e magnitudo; amplificazione di sito e risonanza dei terreni soffici; liquefazione dei riporti idraulici; adeguamento sismico di ponti e viadotti

Trascrizione La narrazione in italiano, come nei sottotitoli

0:005:04 del pomeriggio

San Francisco, 17 ottobre 1989. Oltre 60.000 tifosi hanno riempito il Candlestick Park per gara tre delle World Series, tra i San Francisco Giants e gli Oakland A's.

0:13Alle cinque e quattro minuti, la diretta televisiva è appena cominciata. Poi lo stadio comincia a muoversi, e l'immagine in diretta, trasmessa a milioni di spettatori, si disturba e si interrompe.

0:25Questa è la storia del terremoto di Loma Prieta. Vedremo la faglia che lo ha causato, gli avvertimenti che lo hanno preceduto e come un'intera regione si è ricostruita facendo tesoro delle sue lezioni.

0:39La faglia dietro casa

La California si trova sul confine tra due placche tettoniche. La placca pacifica scorre strisciando verso nord-ovest lungo la placca nordamericana, a circa 2 pollici all'anno.

0:49Gran parte di quel movimento avviene lungo la faglia di San Andreas, che attraversa la California per oltre 700 miglia. Attorno alla baia di San Francisco, si divide in una famiglia di faglie, tra cui quella di San Andreas, quella di Hayward e quella di Calaveras.

1:05Per la maggior parte della loro lunghezza, queste faglie non scorrono in modo regolare. Si bloccano a vicenda, la roccia intorno si deforma per decenni o persino secoli, e poi la tensione accumulata si libera tutta in una volta.

1:201906

San Francisco lo imparò a proprie spese il 18 aprile 1906, quando un terremoto di magnitudo 7,9 squarciò la faglia di San Andreas per quasi 300 miglia.

1:32Le tubature del gas e le condotte dell'acqua spezzate trasformarono le scosse in una tempesta di fuoco che bruciò per giorni. Circa 28.000 edifici furono distrutti e morirono più di 3.000 persone.

1:44A nord della città, le strade e le recinzioni che attraversavano la faglia furono squarciate e spostate lateralmente. Vicino al paese di Olema, il terreno su un lato della faglia si spostò di circa 21 piedi rispetto all'altro.

1:56Uno scienziato di nome Harry Fielding Reid studiò quelle misure e capì perché avvengono i terremoti. La roccia ai due lati di una faglia bloccata si piega lentamente, accumulando energia, finché la faglia scorre all'improvviso e la roccia torna di scatto alla sua forma. Chiamò questo fenomeno rimbalzo elastico, ed è ancora così che i geologi spiegano i terremoti.

2:17La città si ricostruì in fretta e nel 1915 festeggiò con un'esposizione universale. Per fare spazio all'area dell'esposizione, un'insenatura lungo la riva settentrionale fu riempita con sabbia pompata dalla baia, insieme a un po' di detriti. Quel nuovo terreno divenne in seguito un quartiere chiamato Marina District.

2:38La previsione

Negli anni 1980, gli scienziati cercavano di stimare quali tratti della faglia di San Andreas avessero più probabilità di essere i prossimi a rompersi. Uno dei tratti che segnalarono si trovava nella parte meridionale dei monti di Santa Cruz, a sud di San Francisco.

2:51Nel 1988, una commissione nazionale di esperti di terremoti attribuì a quel segmento una probabilità del 30% di un forte terremoto entro 30 anni.

3:01Il terremoto arrivò proprio l'anno successivo.

3:08Quindici secondi

Alle cinque e quattro minuti, la faglia si ruppe circa 11 miglia sotto i monti di Santa Cruz, vicino al picco di Loma Prieta. Il terremoto ebbe magnitudo 6,9.

3:19Le scosse più forti durarono solo circa 15 secondi, e la rottura non raggiunse mai la superficie. Le sue onde sismiche, però, si propagarono in tutta la regione, e in alcuni punti fu il terreno stesso a renderle più forti.

3:33Vicino all'epicentro, i vecchi edifici in mattoni del Pacific Garden Mall di Santa Cruz crollarono sulla strada, e lì morirono tre persone.

3:41A circa 60 miglia di distanza, nel Marina District, le scosse resero quasi liquido il terreno sciolto e umido sotto le case. Gli edifici sprofondarono, e alcuni crollarono.

3:53In pratica, il terreno creato per celebrare la rinascita della città contribuì a far crollare degli edifici, 74 anni dopo l'esposizione. Le tubature del gas si ruppero, scoppiò un grande incendio, almeno tre persone morirono nella Marina e sette edifici crollarono.

4:08La Marina non era l'unico luogo a rischio. Tutto intorno alla baia, edifici e strade poggiavano su fango morbido e terreni di riporto, e nel terreno morbido le onde sismiche rallentano e si amplificano, come gelatina che trema in una ciotola. In quei siti le scosse furono da due a quattro volte più forti che nella roccia compatta lì vicino.

4:27Sul Bay Bridge, una sezione di 50 piedi del piano superiore si staccò e cadde sul piano sottostante. Una persona morì, e il ponte rimase chiuso per circa un mese.

4:37Il disastro peggiore avvenne a Oakland. Il Cypress Street Viaduct era una superstrada a due piani, e il suo piano superiore crollò su quello inferiore, sulle auto in viaggio nel traffico serale. Lì morirono quarantuno persone.

4:51Quella sera il traffico era più scarso del solito, perché molte persone erano tornate a casa presto per guardare le World Series, e gli esperti ritengono che ciò abbia evitato un bilancio delle vittime ben peggiore.

5:02I soccorritori cercarono tra le macerie per giorni. Quasi quattro giorni dopo il terremoto, trovarono un uomo ancora vivo nella sua auto, sotto il piano crollato. Sopravvisse al salvataggio, ma morì circa un mese dopo, e il bilancio delle vittime in quel luogo salì a 42.

5:19Le conseguenze

In totale, morirono 63 persone e oltre 3.700 rimasero ferite. Più di 18.000 abitazioni furono danneggiate, circa 12.000 persone rimasero senza casa e i danni ammontarono a circa 6 miliardi di dollari.

5:33Al Candlestick Park lo stadio resse, e i tifosi uscirono sani e salvi. Le World Series ripresero dieci giorni dopo, e gli A's le vinsero senza perdere nemmeno una partita.

5:45Cosa è cambiato

Il terremoto cambiò anche il volto di San Francisco. La Embarcadero Freeway danneggiata, un muro di cemento lungo il lungomare, fu demolita nel 1991, e il fronte mare della città tornò ad aprirsi sulla baia.

5:58La metà orientale del Bay Bridge fu sostituita completamente. La nuova campata, costruita per resistere a un forte terremoto, fu inaugurata nel 2013, con un costo di circa 6,4 miliardi di dollari.

6:11In tutta la California, gli ingegneri tornarono sulle superstrade e sui ponti costruiti prima delle moderne norme edilizie, avvolgendo le vecchie colonne di cemento nell'acciaio e collegando tra loro le campate.

6:23Gli scienziati hanno anche realizzato un sistema di allerta precoce per i terremoti, chiamato ShakeAlert, che rileva le prime onde, più veloci, e invia un avviso prima che arrivino le scosse forti. In occasione del trentesimo anniversario di Loma Prieta, nel 2019, la California ha iniziato a inviare quegli avvisi ai telefoni.

6:44Il prossimo

Le placche non hanno smesso di muoversi. Molti scienziati considerano la faglia di Hayward la più pericolosa della regione. Passa direttamente sotto le città sul lato orientale della baia, e l'ultima volta si è rotta nel 1868.

6:57La faglia di Hayward si può davvero vedere muoversi. Alcuni suoi tratti scorrono lentamente e in modo continuo, circa un quinto di pollice all'anno. Nel centro di Hayward, i vecchi cordoli dei marciapiedi che attraversano la faglia sono stati piegati lateralmente, poco a poco, nel corso dei decenni.

7:12Il suo ultimo grande terremoto, nel 1868, distrusse o danneggiò gravemente quasi tutti gli edifici di Hayward e uccise circa 30 persone. Fino al 1906, era quello il terremoto che la gente chiamava il grande terremoto di San Francisco.

7:27L'U.S. Geological Survey stima al 72% la probabilità di almeno un terremoto di magnitudo 6,7 o superiore nella Bay Area tra il 2014 e il 2043.

7:40Ecco perché ogni ottobre, intorno all'anniversario di Loma Prieta, milioni di persone partecipano all'esercitazione Great ShakeOut. Prevede tre semplici passaggi: mettersi a terra sulle mani e sulle ginocchia, coprirsi la testa e il collo, sotto un tavolo robusto se ce n'è uno vicino, e tenersi forte finché le scosse non cessano.

7:59Quindi, tre cose da ricordare. Primo, Loma Prieta fu un terremoto di magnitudo 6,9 sul sistema di faglie di San Andreas, e le sue scosse più forti durarono solo circa 15 secondi. Secondo, molti dei danni peggiori avvennero lontano dalla faglia, in luoghi come il Marina District e la superstrada Cypress. Lì, il fango morbido e i terreni di riporto resero le scosse da due a quattro volte più forti. E terzo, la Bay Area non ha finito: la probabilità di un altro terremoto di magnitudo 6,7 o superiore in quella zona, tra il 2014 e il 2043, è del 72%.

8:36Loma Prieta non fu il grande terremoto atteso, ma fu un avvertimento. Le placche sotto la baia si spostano ancora di circa 1,6 pollici ogni anno, e le faglie stanno accumulando quella tensione. Grazie per aver guardato Earth Explained. Iscriviti per la prossima storia e guarda il pianeta in diretta, a ogni ora, su EarthWatch 24-7.

Fonti

  1. U.S. Geological Survey. M 6.9 – October 17, 1989 Loma Prieta Earthquake. Earthquake Hazards Program. www.usgs.gov/programs/earthquake-hazards/science/m-69-october-17-1989-loma-prieta-earthquakeUsata per: Ora, magnitudo, epicentro, morti, feriti, danni, Santa Cruz, Bay Bridge, liquefazione
  2. Plafker, G., & Galloway, J. (Eds.) (1989). Lessons Learned from the Loma Prieta, California, Earthquake of October 17, 1989. U.S. Geological Survey Circular 1045. pubs.usgs.gov/publication/cir1045Usata per: Profondità dell'ipocentro, dimensioni e scorrimento della rottura, rottura sepolta, amplificazione, Marina District, Cypress e Bay Bridge
  3. O'Rourke, T. D., et al. (1992). The Loma Prieta, California, Earthquake of October 17, 1989: Marina District. U.S. Geological Survey Professional Paper 1551-F. pubs.usgs.gov/publication/pp1551FUsata per: Storia del riporto della Marina, liquefazione, edifici crollati, risonanza e amplificazione di sito
  4. Borcherdt, R. D., & Glassmoyer, G. (1992). On the characteristics of local geology and their influence on ground motions generated by the Loma Prieta earthquake in the San Francisco Bay region, California. Bulletin of the Seismological Society of America, 82(2), 603–641. doi.org/10.1785/BSSA0820020603Usata per: Amplificazione delle scosse sui terreni di riporto e sul fango della baia
  5. Housner, G. W., & Thiel, C. C., Jr. (1990). Competing against time: Report of the Governor's Board of Inquiry on the 1989 Loma Prieta earthquake. Earthquake Spectra, 6(4), 681–711. doi.org/10.1193/1.1585592Usata per: Amplificazione nei terreni soffici, i cedimenti del Cypress Street Viaduct e del Bay Bridge
  6. Working Group on California Earthquake Probabilities (1988). Probabilities of Large Earthquakes Occurring in California on the San Andreas Fault. U.S. Geological Survey Open-File Report 88-398. pubs.usgs.gov/publication/ofr88398Usata per: La previsione del 1988
  7. U.S. Geological Survey. The Great 1906 San Francisco Earthquake. Earthquake Hazards Program. earthquake.usgs.gov/earthquakes/events/1906calif/18aprilUsata per: Lunghezza della rottura del 1906, vittime ed edifici distrutti, la teoria del rimbalzo elastico di Reid, ricorrenza
  8. Brocher, T. M., et al. (2008). The Hayward Fault: Is It Due for a Repeat of the Powerful 1868 Earthquake? U.S. Geological Survey Fact Sheet 2008-3019. pubs.usgs.gov/fs/2008/3019Usata per: Il terremoto del 1868, il creep della faglia di Hayward, ricorrenza
  9. Lienkaemper, J. J., & Borchardt, G. (1996). Holocene slip rate of the Hayward fault at Union City, California. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 101(B3), 6099–6108. doi.org/10.1029/95JB01378Usata per: Velocità di scorrimento a lungo termine della faglia di Hayward
  10. Aagaard, B. T., et al. (2016). Earthquake Outlook for the San Francisco Bay Region 2014–2043. U.S. Geological Survey Fact Sheet 2016-3020 (ver. 1.1). pubs.usgs.gov/publication/fs20163020Usata per: La previsione del 72%, le probabilità per singola faglia, il movimento regionale delle placche, «Drop, Cover and Hold On» (abbassati, riparati e tieniti forte)
  11. Burkett, E., Given, D. D., & Jones, L. M. (2014). ShakeAlert: An Earthquake Early Warning System for the United States West Coast. U.S. Geological Survey Fact Sheet 2014-3083. pubs.usgs.gov/publication/fs20143083Usata per: Come funziona l'allerta precoce per i terremoti
  12. Berkeley News (2019, October 17). California rolls out first statewide earthquake early warning system. University of California, Berkeley. news.berkeley.edu/2019/10/17/california-rolls-out-first-statewide-earthquake-early-warning-systemUsata per: Avvisi sui telefoni lanciati nel 30º anniversario di Loma Prieta (MyShake)
  13. Metropolitan Transportation Commission. San Francisco–Oakland Bay Bridge. www.baybridgeinfo.orgUsata per: La nuova campata orientale: inaugurazione e costo
  14. Hanks, T. C., & Kanamori, H. (1979). A moment magnitude scale. Journal of Geophysical Research, 84(B5), 2348–2350. doi.org/10.1029/JB084iB05p02348Usata per: Magnitudo momento e momento sismico

Immagini dell'episodio: USGS, NOAA e NASA (pubblico dominio), con mappe NASA/USGS Landsat tramite NASA GIBS; animazioni di EarthWatch 24-7. Crediti completi: earthwatch247.com/credits.html.

Cita questa lezione

EarthWatch 24-7. (2026). Il terremoto delle World Series: Loma Prieta, 1989: perché i danni peggiori avvennero a 60 miglia dalla faglia [Lezione video]. Earth Explained: Terremoti, caso di studio. https://earthwatch247.com/learn/loma-1989/it/

Soluzioni

  1. C. È un margine trasforme: le placche si muovono lateralmente l'una accanto all'altra a circa 2 pollici (5 cm) all'anno, e il movimento si distribuisce tra le faglie di San Andreas, di Hayward, di Calaveras e altre faglie collegate.
  2. A. È il rimbalzo elastico (1910). La sua idea chiave è che lo scorrimento lungo la faglia causa il terremoto, e non il contrario.
  3. D. Gli studi dell'USGS ricostruiscono il riempimento dell'insenatura, che si concluse con un riporto idraulico di sabbia messo in opera per la Panama-Pacific International Exposition del 1915. Un riporto di sabbia sciolta e bagnata è esattamente il tipo di terreno che si liquefa.
  4. B. La previsione era una probabilità, non la predizione di una data. Il dato del 72% è la previsione dell'USGS per l'intera Bay Area dal 2014 al 2043.
  5. A. È la liquefazione. In tutto il quartiere comparvero vulcanelli di sabbia e crepe dovute all'espansione laterale del terreno, a circa 60 miglia dall'epicentro; la rottura in sé non raggiunse mai la superficie.
  6. C. Amplificazione di sito: il Governor's Board of Inquiry (la commissione d'inchiesta del governatore) concluse che il terreno soffice intorno alla baia aveva amplificato le scosse più di quanto avessero previsto le norme edilizie.
  7. B. 63 morti, 3.757 feriti e circa 6 miliardi di dollari di danni materiali. La prima opzione descrive il terremoto e l'incendio del 1906.
  8. D. Gli avvisi viaggiano quasi istantaneamente, mentre le onde sismiche percorrono poche miglia al secondo. Il terremoto deve essere già iniziato.
  9. C. Il suo terremoto del 1868 (magnitudo 6,8) uccise circa 30 persone quando la regione era scarsamente popolata; oggi milioni di persone vivono lungo la faglia.
  10. A. Il 72% riguarda l'intera regione e tutte le sue faglie in 30 anni. Per le singole faglie i valori sono più bassi: 33% per le faglie di Hayward o di Rodgers Creek e 22% per quella di San Andreas.

Risposta scritta

  1. Le placche si muovono in modo costante, ma le faglie tra di esse sono bloccate dall'attrito, quindi la roccia sui due lati si piega invece di scorrere, accumulando tensione per decenni o secoli. Quando lo sforzo supera la resistenza della faglia, questa scorre all'improvviso e la roccia piegata scatta di nuovo in posizione. Nel 1906 strade e recinzioni che attraversavano la faglia di San Andreas furono spostate fino a circa 21 piedi (6,4 m), pari a ben più di un secolo di movimento delle placche liberato in meno di un minuto. Reid usò quelle misure per formulare la teoria nel 1910.
  2. La parte danneggiata della Marina è costruita su un'insenatura riempita: sabbia sciolta pompata per la Panama-Pacific International Exposition del 1915, insieme a terreni di riporto più vecchi che potrebbero includere alcuni detriti del 1906. Nei sedimenti soffici e saturi d'acqua le onde sismiche rallentano e diventano più grandi, quindi le scosse furono amplificate molto al di sopra di quelle registrate sulla roccia del vicino Fort Mason. Le scosse fecero poi liquefare la sabbia sciolta: perse resistenza, gli edifici sprofondarono e si inclinarono, eruttarono vulcanelli di sabbia e l'espansione laterale del terreno ruppe le tubature del gas e dell'acqua. Scoppiò un grande incendio e, poiché le condotte principali dell'acqua avevano ceduto, una motobarca antincendio dovette pompare acqua dalla baia. Gli edifici con piani terra deboli e aperti, adibiti a garage, furono particolarmente vulnerabili.
  3. Nessuna delle due affermazioni è una predizione. Nel 1988 gli scienziati attribuirono al segmento meridionale dei monti di Santa Cruz una probabilità del 30% di un terremoto di magnitudo da 6,5 a 7 entro 30 anni; il fatto che sia arrivato l'anno successivo non era una previsione della data. La previsione dell'USGS per il periodo dal 2014 al 2043 è una probabilità del 72% di almeno un terremoto di magnitudo 6,7 o superiore da qualche parte nella Bay Area in quei 30 anni. Questo significa che un forte terremoto è più probabile che improbabile, ma non è certo, potrebbe avvenire su qualsiasi faglia della regione e potrebbe arrivare in qualsiasi giorno: per questo è importante prepararsi ora.

Per approfondire

  1. Quanto fu grande Loma Prieta?: (a) 101.5 × 1.0 ≈ 32 volte. Loma Prieta liberò 101.5 × 0.1 ≈ 1,4 volte l'energia del terremoto del 1868, quindi i due hanno dimensioni simili, ma la faglia di Hayward passa sotto le città della parte orientale della baia. (b) M₀ = 101.5 × 6.9 + 9.1 = 1019.45 ≈ 2.8 × 1019 N·m. (c) A ≈ 4.9 × 108 m², quindi D = M₀ ÷ (μA) ≈ 2.8 × 1019 ÷ (3.0 × 1010 × 4.9 × 108) ≈ 1,9 m, circa 6 piedi. Il vettore di scorrimento geodetico è √(6² + 4²) ≈ 7,2 piedi (2,2 m): un accordo entro circa il 15%, buono considerando l'incertezza su μ e sull'area di rottura.
  2. Il bilancio della tensione nelle faglie della Bay Area: (a) 20 ft ÷ 200 yr = 0.1 ft all'anno, circa 1,2 pollici (3 cm) all'anno, all'incirca tre quarti degli 1,6 pollici all'anno dell'intera regione; il resto è assorbito dalle faglie di Hayward, di Rodgers Creek, di Calaveras e da altre faglie del sistema. (b) 158 anni × 8 mm all'anno ≈ 1,3 m, circa 4 piedi: già una grande parte dei circa 2 m del 1868, in accordo con la valutazione dell'USGS secondo cui la faglia può produrre un terremoto di magnitudo da 6,8 a 7,0 in qualsiasi momento. (c) Il creep allenta la tensione solo vicino alla superficie, e anche lì è più lento della velocità a lungo termine; la parte più profonda e bloccata della faglia continua ad accumulare tensione finché non si rompe.
  3. Perché il terreno soffice entra in risonanza: (a) T = 4 × 80 ÷ 300 ≈ 1,07 s, una frequenza di circa 0,94 Hz, che corrisponde al picco di amplificazione osservato intorno a 1 Hz. (b) Secondo la regola pratica, gli edifici di circa 8–12 piani (periodi propri vicini a 1 s) entrerebbero in risonanza con il terreno; le case basse con struttura in legno hanno periodi più brevi, e nella Marina a farle crollare furono la liquefazione e i piani terra deboli, più che la sola risonanza. (c) I terreni soffici si comportano in modo non lineare durante scosse forti: si ammorbidiscono e dissipano più energia, il che riduce l'amplificazione e sposta la risonanza verso periodi più lunghi. Per questo i fattori di amplificazione misurati con movimenti deboli sovrastimano l'amplificazione in un terremoto distruttivo, anche se le scosse su terreno soffice restano molto più forti che su roccia.
  4. Che cosa significa ogni anno una previsione del 72%: (a) λ = −ln(1 − 0.72) ÷ 30 = −ln(0.28) ÷ 30 ≈ 1.273 ÷ 30 ≈ 0.042 all'anno, un intervallo medio di circa 24 anni e una probabilità in un singolo anno di 1 − exp(−0.042) ≈ 4,1%. Dividere per 30 presuppone che le probabilità si sommino, ma le probabilità di «almeno uno» si compongono: un 2,4% ogni anno darebbe solo 1 − 0.976^30 ≈ 52% in 30 anni, non il 72%. (b) λ = −ln(0.70) ÷ 30 ≈ 0.012 all'anno, quindi circa l'1,2% di probabilità in un qualsiasi anno: la previsione individuò correttamente il segmento, ma il momento, nel 1989, non ne faceva parte. (c) 1 − (1 − 0.33)(1 − 0.22) = 1 − 0.67 × 0.78 ≈ 0.48, cioè il 48%. Il resto viene dalla faglia di Calaveras e da altre faglie importanti, e da faglie meno note e sconosciute (13% da sole).
  5. Quanto preavviso è possibile?: (a) R = √(97² + 18²) ≈ 98,7 km. Le onde P arrivano dopo 98,7 ÷ 6,0 ≈ 16,4 s e le onde S dopo 98,7 ÷ 3,5 ≈ 28,2 s, quindi un avviso a 8 s dà circa 20 secondi di preavviso. (b) R = √(14,5² + 18²) ≈ 23,1 km; le onde S arrivano dopo circa 6,6 s, prima dell'avviso, quindi Santa Cruz non avrebbe avuto alcun preavviso. (c) In 8 s le onde S percorrono 28 km; in superficie questo corrisponde a √(28² − 18²) ≈ 21 km (circa 13 miglia) dall'epicentro. I preavvisi reali possono essere più brevi perché la rottura si estese per circa 20 km in ciascuna direzione lungo la faglia, quindi onde forti arrivarono anche da parti della faglia più vicine a molti centri abitati, e perché gli avvisi impiegano tempo a raggiungere i telefoni. Un ipocentro profondo, come in questo caso, in realtà aiuta, perché ritarda l'arrivo delle onde S in superficie.