Nella storia delle innovazioni che riguardano lo studio dei terremoti, dobbiamo esaminare due cose: i dispositivi che hanno registrano l’attività sismica e i sistemi di misurazione per aiutare a interpretare i dati. Ad esempio, la Scala Richter non è un dispositivo fisico, ma è una formula matematica.
Definizione di Intensità e Magnitudine
La magnitudine misura l’energia rilasciata dal terremoto.
L’entità di un terremoto è determinata dal logaritmo dell’ampiezza delle onde registrate su un sismogramma in un determinato periodo.
L’intensità misura la forza dell’agitazione prodotta dal terremoto in un determinato luogo, viene determinata dagli effetti sulle persone, sulle strutture umane e sull’ambiente naturale. L’intensità non ha una base matematica, ma viene determinata sugli effetti osservati.
Il primo utilizzo riferito di qualsiasi misurazione dell’intensità del terremoto è stato registrato nel terremoto del 1783 avvenuto in Calabria, in Italia.
Scala Rossi-Forel
Il merito per le prime scale di intensità moderne va di comune accordo con Michele de Rossi (1874) e Francois Forel (1881), che entrambi pubblicarono in modo indipendente scale di intensità simili. Rossi e Forel in seguito collaborarono e produssero la Scala Rossi-Forel nel 1883.
La scala Rossi-Forel utilizzava dieci gradi di intensità e divenne la prima scala ad essere ampiamente utilizzata a livello internazionale. Nel 1902, il vulcanologo italiano Giuseppe Mercalli creò una scala di intensità di dodici gradi.
Scala di intensità Mercalli
Sebbene negli ultimi centinaia di anni siano state sviluppate numerose scale di intensità per valutare gli effetti dei terremoti, la scala Mercalli fu sviluppata nel 1931 dai sismologi americani Harry Wood e Frank Neumann. Questa scala, composta da 12 livelli crescenti di intensità che vanno dall’impercettibile scuotimento alla distruzione catastrofica, è indicata con numeri romani. Non ha una base matematica; invece, è una classifica arbitraria basata sugli effetti osservati.
Scala della magnitudine Richter
La scala Richter fu sviluppata nel 1935 da Charles F. Richter del California Institute of Technology.
Sulla scala Richter, la magnitudine è espressa in numeri interi e frazioni decimali. Ad esempio, una magnitudo 5.3 potrebbe essere calcolata per un terremoto moderato, e un forte terremoto potrebbe essere valutato come magnitudo 6,3. A causa della base logaritmica della scala, ogni numero intero aumenta di magnitudo rappresenta un aumento decuplicato dell’ampiezza misurata; come stima di energia, ogni gradino di numero intero nella scala della magnitudo corrisponde al rilascio di circa 31 volte più energia rispetto alla quantità associata al valore del numero intero precedente.
Inizialmente, la Scala Richter poteva essere applicata solo ai record di strumenti di produzione identica. Ora, gli strumenti sono accuratamente calibrati l’uno rispetto all’altro.
Pertanto, l’ampiezza può essere calcolata dal record di qualsiasi sismografo.
Definizione di un sismografo
Le onde sismiche sono le vibrazioni dei terremoti che viaggiano attraverso la Terra; sono registrati su strumenti chiamati sismografi. I sismografi registrano una traccia a zigzag che mostra la variazione di ampiezza delle oscillazioni del terreno al di sotto dello strumento. Sismografi sensibili, che amplificano enormemente questi movimenti del terreno, possono rilevare forti terremoti provenienti da fonti in qualsiasi parte del mondo. Il tempo, la posizione e l’entità di un terremoto possono essere determinati dai dati registrati dalle stazioni sismografiche. La parte del sensore di un sismografo è indicata come il sismometro, la capacità grafica è stata aggiunta come un’invenzione successiva.
Il vaso del drago di Chang Heng
Intorno al 132 d.C., lo scienziato cinese Chang Heng inventò il primo sismoscopio , uno strumento in grado di registrare il verificarsi di un terremoto.
L’invenzione di Heng fu chiamata barattolo di drago. Il vaso del drago era un vaso cilindrico con otto teste di drago disposte intorno al suo bordo; ogni drago aveva una palla in bocca. Intorno ai piedi del barattolo c’erano otto rane, ciascuna direttamente sotto una testa di drago. Quando avveniva un terremoto, la pallina cadeva dalla bocca del drago e catturata dalla bocca della rana.
Sismometri acqua e mercurio
Alcuni secoli dopo, in Italia furono sviluppati dispositivi che utilizzavano il movimento dell’acqua e successivamente il mercurio. Nel 1855, Luigi Palmieri progettò un sismometro al mercurio. Il sismometro di Palmieri aveva tubi a forma di U pieni di mercurio e disposti lungo i punti cardinali. Quando si è verificato un terremoto, il mercurio si spostava e creava un contatto elettrico che fermava un orologio e avviava un tamburo di registrazione su cui era registrato il movimento di un galleggiante sulla superficie del mercurio. Questo è stato il primo dispositivo che registrava il tempo del terremoto e l’intensità e la durata di ogni movimento.
Sismografi moderni
John Milne inventò il primo sismografo moderno e promosse la costruzione di stazioni sismologiche. Nel 1880, Sir James Alfred Ewing, Thomas Gray e John Milne, tutti scienziati britannici che lavoravano in Giappone, iniziarono a studiare i terremoti. Hanno fondato la Società sismologica del Giappone e la società ha finanziato l’invenzione dei sismografi. Milne inventò il sismografo a pendolo orizzontale nel 1880.
Il sismografo a pendolo orizzontale è stato migliorato dopo la seconda guerra mondiale con il sismografo Press-Ewing, sviluppato negli Stati Uniti per la registrazione di onde di lungo periodo.
Oggi è ampiamente usato in tutto il mondo. Il sismografo Press-Ewing utilizza un pendolo Milne, ma il perno che supporta il pendolo viene sostituito da un filo elastico per evitare l’attrito.