lunedì 31 maggio 2010

Seismic risk

Il rischio sismico

L’Italia è uno dei Paesi a maggiore rischio sismico del Mediterraneo, per la frequenza dei terremoti che hanno storicamente interessato il suo territorio e per l’intensità che alcuni di essi hanno raggiunto, determinando un impatto sociale ed economico rilevante. La sismicità della Penisola italiana è legata alla sua particolare posizione geografica, perché è situata nella zona di convergenza tra la zolla africana e quella eurasiatica ed è sottoposta a forti spinte compressive, che causano l’accavallamento dei blocchi di roccia. Dall’andamento della linea nell’immagine si capisce perché, di fatto, solo la Sardegna non risenta particolarmente di eventi sismici.

In 2500 anni, l’Italia è stata interessata da più di 30.000 terremoti di media e forte intensità superiore al IV-V grado della scala Mercalli) e da circa 560 eventi sismici di intensità uguale o superiore all’VIII grado della scala Mercalli (in media uno ogni 4 anni e mezzo). Solo nel XX secolo, ben 7 terremoti hanno avuto una magnitudo uguale o superiore a 6.5 (con effetti classificabili tra il X e XI grado Mercalli). La sismicità più elevata si concentra nella parte centro-meridionale della penisola - lungo la dorsale appenninica (Val di Magra, Mugello, Val Tiberina, Val Nerina, Aquilano, Fucino, Valle del Liri, Beneventano, Irpinia) - in Calabria e Sicilia, ed in alcune aree settentrionali, tra le quali il Friuli, parte del Veneto e la Liguria occidentale.
I terremoti che hanno colpito la Penisola hanno causato danni economici consistenti, valutati per gli ultimi quaranta anni in circa 135 miliardi di euro, che sono stati impiegati per il ripristino e la ricostruzione post-evento. A ciò si devono aggiungere le conseguenze non traducibili in valore economico sul patrimonio storico, artistico, monumentale.

In Italia, il rapporto tra i danni prodotti dai terremoti e l’energia rilasciata nel corso degli eventi è molto più alto rispetto a quello che si verifica normalmente in altri Paesi ad elevata sismicità, quali la California o il Giappone. Ad esempio, il terremoto del 1997 in Umbria e nelle Marche ha prodotto un quadro di danneggiamento (senza tetto: 32.000; danno economico: circa 10 miliardi di Euro) confrontabile con quello della California del 1989 (14.5 miliardi di $ USA), malgrado fosse caratterizzato da un’energia circa 30 volte inferiore. Ciò è dovuto principalmente all’elevata densità abitativa e alla notevole fragilità del nostro patrimonio edilizio.

La sismicità (frequenza e forza con cui si manifestano i terremoti) è una caratteristica fisica del territorio, al pari del clima, dei rilievi montuosi e dei corsi d’acqua. Conoscendo la frequenza e l’energia (magnitudo) associate ai terremoti che caratterizzano un territorio ed attribuendo un valore di probabilità al verificarsi di un evento sismico di una certa magnitudo, in un certo intervallo di tempo, possiamo definire la sua pericolosità sismica. Un territorio avrà una pericolosità sismica tanto più elevata quanto più probabile sarà, a parità di intervallo di tempo considerato, il verificarsi di un terremoto di una certa magnitudo. Le conseguenze di un terremoto, tuttavia, non sono sempre gravi: molto dipende infatti, dalle caratteristiche di resistenza delle costruzioni alle azioni di una scossa sismica. Questa caratteristica, o meglio la predisposizione di una costruzione ad essere danneggiata da una scossa sismica, si definisce vulnerabilità. Quanto più un edificio è vulnerabile (per tipologia, progettazione inadeguata, scadente qualità dei materiali e modalità di costruzione, scarsa manutenzione), tanto maggiori saranno le conseguenze che ci si deve aspettare in seguito alle oscillazioni cui la struttura sarà sottoposta.
Infine, la maggiore o minore presenza di beni a rischio e, dunque, la conseguente possibilità di subire un danno (economico, in vite umane, ai beni culturali, ecc...), viene definita esposizione (di vite umane, beni economici, beni culturali).

Il rischio sismico è determinato da una combinazione della pericolosità, della vulnerabilità e dell’esposizione ed è la misura dei danni che, in base al tipo di sismicità, di resistenza delle costruzioni e di antropizzazione (natura, qualità e quantità dei beni esposti), ci si può attendere in un dato intervallo di tempo.

In Italia, possiamo attribuire alla pericolosità sismica un livello medio-alto, per la frequenza e l’intensità dei fenomeni che si susseguono. La Penisola italiana, però, rispetto ad altri Paesi, come la California o il Giappone, nei quali la pericolosità è anche maggiore, ha una vulnerabilità molto elevata, per la notevole fragilità del suo patrimonio edilizio, nonché del sistema infrastrutturale, industriale, produttivo e delle reti dei servizi. Il terzo fattore, l’esposizione, si attesta su valori altissimi, in considerazione dell’alta densità abitativa e della presenza di un patrimonio storico, artistico e monumentale unico al mondo. In questo senso è significativo l’evento del 1997 in Umbria e Marche, che ha fortemente danneggiato circa 600 chiese e, emblematicamente, la Basilica di S. Francesco d’Assisi.
L’Italia è dunque un Paese ad elevato rischio sismico, inteso come perdite attese a seguito di un terremoto, in termini di vittime, danni alle costruzioni e conseguenti costi diretti e indiretti.

History of Seismology

 
A Brief History of Seismology
From: Cambridge University Press


hen a city that may have taken centuries to build is shaken to the ground in just seconds, contemporary chroniclers tend to be distracted from their usual preoccupation with human power at least long enough to document that the event took place. Such accounts, although often fragmentary, date back to the earliest Greek and Roman historians. By the late 1600s, a few scholars sifting through these old sources began to compile lists of the documented earthquakes; the earliest seems to be Vincenzo Magnati's 1688 list of ninety-one major earthquakes that occurred in the period A.D. 34 to A.D. 1687. Over the next two centuries, a dozen or so others published their own lists, often explicitly restricted to a particular geographical area or a particular period in time (e.g., one chronicles 1,186 shocks in Italy for the period 1783-6). To the extent that these lists overlap, they are often contradictory in relevant details. An equally serious shortcoming is that their entries reflect contemporary population distributions, their geographical accessibility, and the psychology of mass hysteria more than they describe anything approaching an objectified geophysical data base.



Charles F. Richter devised an enthusiastically accepted procedure and numerical scale for assigning earthquake magnitudes.
With the invention of the telegraph in 1840, it became possible to communicate reports of earthquakes much more efficiently, and information (along with misinformation) mushroomed. Alexis Perry catalogued more than 21,000 earthquakes for the years 1843-71; Robert Mallet (more discriminating in his criteria) described 6,831 events for the period 1606 B.C. to A.D. 1850; Guiseppe Mercalli (1883) listed more than 5,000 earthquakes from 1450 B.C. to A.D. 1881 in Italy alone; Carl Fuchs (1886) developed a monumental list containing nearly 10,000 entries; and John Milne (1895) described 8,331 earthquakes recorded just in Japan. Jean Baptiste Bernard, however, seems to hold the one-man endurance record for this type of research; working for twenty-one years on the project, by 1906 he'd accumulated a list of earthquakes from throughout the world that included 171,434 entries!

The Mercalli scale

Few, if any, of these early lists were of permanent significance (see B. F. Howell, Jr., An introduction to seismological research, 1990). Through their inconsistencies, however, such lists did make it clear that a uniform scale for describing earthquake intensity was desperately needed. In 1883, Guiseppe Mercalli (himself one of the list makers) rose to the occasion and proposed the Mercalli scale, a system still based on somewhat subjective observational descriptions. Others adopted it but, before long, began to fiddle with its criteria. The scale was officially modified in 1912, then once again in 1931; in the latter form it is still sometimes used today. An abbreviated version of the Modified Mercalli Intensity Scale is presented in Table 1.


The main continuing appeal of the Mercalli scale is that it does not depend at all on the use of scientific instruments but on ordinary human observations. Anyone who can make and assess the required observations can assign a Mercalli intensity to an earthquake. At the higher intensities, one need not even experience the event firsthand to assign the number, for the relevant criteria can be established through an examination of the damage left behind.


The Mercalli scale does, however, have its shortcomings: (1) it applies only to populated areas (a fact that becomes obvious as soon as you read the criteria); (2) it does not allow for fractional intensities (in fact, Roman numerals are used, so no one is likely to be tempted on this issue); and (3) it does not give any indication of the strength of the source of the earthquake (a low Mercalli intensity does not distinguish between a mild earthquake nearby and a strong one a greater distance away).


Nevertheless, when Mercalli numbers began to be applied to earthquakes, patterns started to emerge from the hodgepodge of lists. Well before 1920, it became clear that the most seismically unstable regions of the earth are associated with surface features where the earth's crust is most severely corrugated--for example, mountains and rifts (whether above or below the sea). Further, there are two broad bands on the globe that together account for more than 90% of the significant earthquakes: one of these bands circles the Pacific Ocean; the other extends in a shallower arc from Indonesia through the Himalayas to the Mediterranean.

Scientific approaches

Scientists, meanwhile, looked for a more "scientific" way to measure earthquake strength--one linked to the recordings of an unbiased instrument. To design any instrument, however, you first need to have some quantitative understanding of the phenomenon you are trying to measure. This is obviously a Catch-22, for unless you already know something about the relevant characteristics of the phenomenon, you cannot build an instrument that will tell you about the very characteristics you need to know about. Given that earthquakes are sporadic and unpredictable by their very nature, progress in designing seismographs proceeded slowly.


The first device specifically designed to record earthquakes was apparently built in China in A.D. 132. This was a circle of eight sculptured bronze dragons, each holding a metal ball in its mouth, and, directly below, a corresponding circle of open-mouthed bronze toads. A strong earthquake would make a dragon drop a ball into the mouth of a toad, and the particular toad was expected to indicate the direction of the earthquake source (an incorrect assumption, it turns out). This device was a beautiful work of art but of dubious value as a scientific instrument, for any earthquake strong enough to be registered in this manner would already be quite apparent to everyone, and the instrument was incapable of supplying any additional information about such an event.


By the early 1700s, it had become common knowledge that strong earthquakes disturb the water surfaces of ponds and lakes, and this phenomenon was exploited in several early seismoscopes. Most of these devices used some variation on a vessel of liquid mercury that would spill, or at least slosh around, leaving a record of its motion. None of these devices was sensitive enough to be of much scientific value.


A more fruitful approach was to use a pendulum. It had long been noticed that bells in churchtowers often rang spontaneously during a strong earthquake and that pendulum clocks often stopped. Beginning in 1841, James D. Forbes experimented with various pendulum arrangements, and he eventually built a "seismoscope" consisting of a pencil attached to an inverted pendulum, which successfully recorded two earthquakes. Unfortunately, it failed to respond to most of the several dozen other earthquakes that were felt in the area where it was set up (see C. Davison, The founders of seismology, 1927). Meanwhile, geophysicists who were trying to measure the subtle effects of the Sun's and Moon's gravity on Earth were making considerable progress with instruments employing a heavier pendulum, and they were often finding (to their annoyance) that such instruments would go into spasms of uncontrolled jiggling during minor earthquakes. Closer examination revealed that the heavy pendulum itself wasn't jiggling at all; rather, the instruments were recording the vibrations of the ground relative to the pendulum, which, because of its inertia, remained pretty much at rest.


In Italy in 1875, Filippo Cecchi put these ideas together and built the first successful seismograph. The device used two heavy pendulums, suspended in such a way that one detected north-south motion and the other detected east-west motion (orientations still used today). At the same time, a third mass suspended on a spring permitted a measurement of the vertical component of the earthquake motion. Over the next few years, John Milne (working in Tokyo) made considerable improvements in the sensitivity of this instrument. Useful seismographic recordings of ground motion date from the Japanese earthquake of November 3, 1880. By the time of the 1906 San Francisco earthquake, scientists were able to compare seismograms of ground motion that had been recorded simultaneously at a number of observatories in different parts of the world.


There have been many improvements since, both in terms of sensitivity and in the method of recording data; computer printouts, for instance, have generally replaced the earlier strip-chart recordings. Many modern seismographs no longer measure the motion of the earth relative to a suspended inertial mass; instead they use electronic sensors to measure the strain deformation of the earth directly, usually between two points in a long underground tunnel. In this manner, it is possible to measure crustal movements as small as 0.001 millimeters over lengths of around 25 meters. Problems, nevertheless, remain. Even today, it is difficult to make reliable measurements of very long-period earthquake waves (30-s periods or greater). Moreover, a very strong earthquake will saturate the most sensitive instruments, in the same manner as if you tried to weigh a car on a bathroom scale. As a result, seismographic observatories need to keep a whole array of instruments in continuous operation, some for weak motions and others for strong motions.

The Richter Scale

The Mercalli Intensity Scale, in one of its three principal versions, was used almost universally for some fifty years. With the progress in instrumentation, however, prospects improved for linking earthquake size to actual seismographic recordings of ground motion. By 1930, it was possible to combine seismographic data from different observatories to pinpoint the geological sources of most earthquakes. What remained was to develop an objective measure of the absolute magnitude, or source strength, of an earthquake.


In 1935, Charles F. Richter developed an enthusiastically accepted procedure and numerical scale for assigning earthquake magnitudes on his Richter Scale. An earthquake's Richter magnitude is determined by reading the maximum ground motion recorded by a seismograph, adjusting this value to reflect a "standard" distance from the source (100 km), correcting for any peculiar characteristics of the particular instrument used, then using a mathematical formula to relate the result to a logarithmic numerical scale. rscale The figure shows the basic relationship in graphical form. The Richter Scale has no top or bottom but can generally be considered to run from 0 to 9. Each increase of 1 on this scale represents a factor of 10 times the ground-motion amplitude, and an increase of 2 represents a factor of 10 x 10, or 100. For example, at a distance of 100 kilometers from the source, a magnitude 8.3 earthquake generates 10 times the shaking amplitude of a magnitude 7.3 earthquake. Similarly, a magnitude 5.6 earthquake shakes the ground with only 1/100 the amplitude of a magnitude 7.6 event. Although these comparisons technically apply only at the standard 100-kilometer distance from the source, until quite recently they were usually treated as a measure of the energy released at the source itself.


Earthquakes, it turns out, can differ greatly in many respects: The physical source can be deep or shallow; the source can be a large slip in a concentrated region of a fault or a smaller slip over a more extended region; the source might release greater portions of its energy in shorter--or longer--period waves; and so on. For this reason, it soon became apparent that a single Richter Scale did not give an honest comparison of the energy released in all types of earthquakes. Although it remains common practice to use the Richter magnitude (designated ML) for moderate-sized local earthquakes, a better measure for larger earthquakes seems to be the moment magnitude (MW), which involves a series of different seismographic measurements and a somewhat more involved calculation. These two scales often disagree; the 1964 Alaskan earthquake, for instance, had magnitude ML = 8.6 but MW = 9.2. Moreover, different seismographic observatories often report slightly different ML or MW scores for the same earthquake. It now appears that complete consistency in assigning earthquake magnitudes is probably an unrealistic goal, for when the natural phenomenon itself is inherently fuzzy and irreproducible, no amount of mathematical fiddling can be expected to force all of the data into agreement.

Future prospects

While these developments in earthquake measurement were taking place, seismologists also made considerable progress in mapping the interior of the earth by analyzing how seismic waves travel between distant parts of the globe. This research helped establish the theory of plate tectonics, which was on a fairly firm footing by the early 1960s and explained why earthquakes are more common in some regions than others. About the same time, researchers began to propose more detailed theories of the mechanisms that produce earthquakes. In 1962, Japanese seismologists adopted earthquake prediction as a formal goal, and in the United States, in 1977 the Earthquake Hazards Reduction Act established prediction as a formal objective of U.S. government-sponsored seismological research. Although to date progress toward this goal of predicting the time, location, and size of earthquakes has been disappointing at best, seismology is still a very young science, and only time will tell where continuing seismological research will lead.

mercoledì 10 febbraio 2010

Seismology: The hunt for plumes

 
LA CACCIA AI "PLUMES"
 
Tutti i metodi ad alta risoluzione per determinare la struttura interna della Terra, sono basati sull'analisi della propagazione di onde sismiche generate da terremoti o esplosioni. Si tratta di onde elastiche nelle quali la forza di richiamo proviene dalla resitenza dei materiali alla deformazione. In un mezzo a dimensione infinita, queste sono di due principali tipologie: onde di compressione e onde di taglio.  Questo insieme di onde va a comporre le cosidette onde di volume, che si propagano all'interno della Terra.

Le onde sismiche all'interno della Terra viaggiano ad una velocità di diversi chilometri per second, con la velocità delle onde di compressione (Vp) generalmente 1,7 volte maggiore di quella delle onde di taglio (Vs). La velocità di queste onde è diversa per diversi tipi di rocce attraversate, inoltre tende a crescere con l'aumento della presisone (la quale è fortemente legata alla profondità) e, decresce con la temperatura. Attraverso le velocità di propagazione di queste onde conosciamo l'interno della nostra Terra, la quale è suddivisa in vaie zone a composizione approsimativamente omogenea:
  • La crosta, le prime decine di chilometri esterni del nostro pianeta
  • una zona di 2900-km chiamata mantello, composta principalmente da rocce ultramafiche.
  • Un nucleo liquido (raggio 3475 km), al cui centro  (1250-km di raggio) si ha un nucleo solido (nucleo interno).
I limiti tra queste maggiori zone dell'interno del nostro pianeta producono varie tipologie di riflessioni e trasmissioni delle fasi simiche, complicando il sismogramma ottenuto.

 
 
La velocità delle onde sismiche varia anche orizzontalmente, e non solo in senso verticale. Per esempio: la crosta si presenta da 5 a 10 volte più sottile  sotto gli oceani, rispetto a quella sotto i continenti. Inoltre sotto le zone di dorsale oceaniche il mantello si presenta più caldo, con velocità delle onde minore rispetto a zone oceaniche lontane dal ridge, dove il mantello più freddo presenta una velocità maggiore delle onde.  
 
La determinazione della velocità delle onde sismiche nel mantello è uno dei tool più performanti per ricostruire i "plumes". Da quando l'esistenza dei plumes è stata ipotizzata Morgan [1971], la comunità sismologica ha utilizzato molti metodi per la localizzazione di zone ad anomala velocità sotto gli hot spot, correlabili a zone dei plumes.
 
Indicatori di plumes:
 
vari potenziali effetti che i plumes possono avere sulla propagazione delle onde sismiche sono stati teorizzati:
  
-Effetto Termico Diretto: se un plumes esiste nel mantello, si avrà una bassa velocità delle onde nella zona del plumes. Nel mantello superiore, una temperatura di 100K porta ad abbassamenti della Vp dell'1% e della Vs dell'1,7%. La anomalia di temperatura minima che è stata associata ai plumes è di 200K, con un chiaro effetto sulla velocità delle onde sismiche.

-Effetto Termico Indiretto: la variazione di temperaura comporta anche la variazione nella profondità del limite delle fasi polimorfiche nella zona di transizione tra mantello superiore ed inferiore. Questo limite è localizzato dove la pressione causa cambiamenti nella struttura cristallina, comportando una variazione anche nella densità e quindi nella velocità di propagazione delle onde sismiche. Due di queste zone, hanno una evidenza planetaria (410 e 650 km) e sono facilmente individuabili. Anomalie di temperatura, possono causare movimenti verticali di questi limiti ben noti. Tali anomalie sono ben ricostuibili con metodi sismici, uno tra questi il metodo Receiver Functions.
 
-Effetto Chimico: se un plumes esiste, avrà una differente composizione rispetto al materiale circostante. Questo causa una anomalia di velocità delle onde sismiche. Il segno e la magnitudo di tale anomalia è funzione dei minerali che la andranno a comporre.
 
-Fusione: la presenza di anche una piccola quantità di rocce fuse porta grandi effetti nella velocità delle onde sismiche. La presenza di materiale fuso ci indica anomalie temriche, o presenza di rocce a mineralogia con basos punto di fusione. L'intensità dell'effetto di variazione di velocità dipende fondamentalmente dalla forma del corpo fuso, con effetti maggiori dati da layer fini rispetto a corpi sferici (Goes et al., 2000).
 
 
Acknowledgements: 
mantleplumes.org





giovedì 4 febbraio 2010

Le rocce sotto sforzo: come nasce un terremoto



USGS Rock Physics Laboratories: capire le rocce che generano sismi
 
Il principale scopo dell'analisi fisica di laboratorio è quello di comprendere la fisica delle faglie sismogenetiche. 
Gli esperimenti di laboratorio sono condotti a pressioni e temperature sismili a quelle dell'interno della Terra, dove i terremoti sono generati. Questi studi includono gli sforzi e le frizioni delle rocce nella zona di faglia, la velocità dele onde sismiche attravers le rocce ed il ruolo dei fluidi e flussi di fluidi nella faglia.

 

Campione di granito utilizzato in uno studio di laboratorio.

I dati ricavati dalle analisi sono studiati congiuntamente ad altri dati geofisici, allo scopo di comprendere i fenomeni che avvengono durante i sismi, come il trigger di un terremoto, la ricorrenza di questi o il moto del suolo.
 

BACKGROUND:
Molti terremoti crostali sono causati dal rapido movimento lungo faglie preesistenti. Questi rapidi movimenti sono relativi all'accumulo di sforzi contrastati dalla frizione la quale, una volta sovrastata dalle forze in gioco, cede con uno spostamento subitaneo dei blocchi di faglia: ecco il sisma

La comprensione della frizione esistente tra le rocce della faglia è fondamentale al fine di capire il meccanismo di generazione dei sismi. 
Un modello semplice di questo processo è quello riportato nella figura sotto, dove sono rappresentati un blocco di massa m ed una molla.










 

La massa m riposa sulla superficie, e una forza tangenziale f è applicata a questa massa tirando la molla con bassa velocità. Il plot della forza della molla, rispetto alla deformazione di questa ha un andamento:






La prima parte del grafico presenta un andamento lineare, che rispecchia la deformazione della molla all'applicazione della forza. In una seconda parte il grafico esce dall'andamneto lineare, è qua che il blocco inizia a spostarsi, battendo la forza di attrito con la superficie. Continuando l'applicazione della forza, il blocco tende ad avere uno spostamento repentino che provoca una drastica caduta nella forza della molla. Il ciclo si ripete fino a che il blocco non tende a scivolare ancora verso la direzione della forza tangenziale. Questo comportamento è molto sismile a quello che si ha nelle rocce posizionate ai due lati della faglia, quando vi sia una forza tale da generare un sisma. Nel modello semplice sopra si nota che il ciclo incomincia con un periodo di carico, senza spostamento del blocco, assimilabile al periodo intersismico. Nella fase successiva il materiali di faglia iniziano a perdere consistenza, e si hanno movimenti lenti precursori di uno slittamento veloce. Lo stadio finale è quello del sisma, che con un movimento rapido accomoda la deformazione generata dallo sforzo applicata e la forza cade in modo repentino.


Il modello semplice del blocco e della molla non è però totalmente adeguato alla risoluzione di tale problematica, e non aiuta molto nella simulazione del cmportamento di una faglia sottoposta a temperature e pressioni presenti nelle profondità della Terra. Sono così stati sviluppati svariati apparecchi atti alla simulazione dello scorrimento ri rocce a contatto, come nelle faglie.


Queste apparecchiature hanno permesso di sviluppare alcuni test, largamente usati al fine di comprendere il comportamento di rocce sottoposte a stress. Un primo esempio è quello dell'esperienza biassiale, dove un campione rettangolare è sottoposto a sollecitaizone su due assi, mentre il terzo è lasciato libero. Il campione viene portato a rottura applicando unosforzo differenziale lungo un asse di deformazione del campione. Da queste analisi è possibile determinare il coefficiente di attrito delle rocce, o più giustamente del amteriale di faglia, che molto spesso si presenta in stato fortemente alterato.






Il coefficiente di attrito µ è definito come il rapporto tra lo sforzo di taglio T (sforzo tangenziale applicato nella direzione dello slittamento) e sforzo normale ovvero quello sforzo che tiene unite le rocce tra di loro. Il parametro µ è fondamentale nello studio del comportamento delle rocce sottoposte a stress e quindi nella comprensione della genesi di sismi.




Un altro tipo di prova è quella triassiale, dove un campione di roccia cilindrico viene sigillato all'interno di una mebrana gommosa. A questo punto il capione è sopposto ad una pressione omogenea su tutte le sue parti attraverso una forza idraulica per simulare le condizioni di presione 3D presenti all'interno della Terra. Il campione viene poi portato a rottura applicando una ulteriore forza assiale che rappresenta la simulazione del nostro sforzo tettonico. Quello che si ricava è la forza necessaria alla rottura della roccia intatta, e la forza di attrito necessaria allo scorrimento in una frattura preesistente. Oltre ai parameri visti, un grande effetto sulla rottura è apportato dalla pressione dei fluidi nei pori e dalla temperatura della roccia. Anche queste condizioni sono riprodotte in laboratorio nei test triassiali, introducento acqua e calore nel campione durante il test.





Haiti Earthquake

Tutte le informazioni sul terremoto di Haiti:
World LocationFelt Reports: 112405 persone uccise, 196595 feriti, da 800000 a 1 milione di sfollati. Percepito attraverso la reione di Haiti, Repubblica Dominicana, Cuba Jamaica, Puerto Rico e Bahamas, ma anche in Florida (Tampa) e Venezuela (Caracas)


USGS DETAILED INFORMATION:
Magnitude7.0
Date-Time
Location18.457°N, 72.533°W
Depth13 km (8.1 miles) set by location program
RegionHAITI REGION
Distances25 km (15 miles) WSW of PORT-AU-PRINCE, Haiti
130 km (80 miles) E of Les Cayes, Haiti
150 km (95 miles) S of Cap-Haitien, Haiti
1125 km (700 miles) SE of Miami, Florida
Location Uncertaintyhorizontal +/- 3.4 km (2.1 miles); depth fixed by location program
ParametersNST=312, Nph=312, Dmin=143.7 km, Rmss=0.93 sec, Gp= 25°,
M-type=teleseismic moment magnitude (Mw), Version=9
Source
  • USGS NEIC (WDCS-D)
Event IDus2010rja6


ASEETTO TETTONICO DELL'AREA:

Il  Terremoto si localizza nella zona di confine tra la placca caraibica e la placca nord americana (mappa tettonica a placche). Questo limite tra placche è caratterizzato da faglie trasformi a movimento sinistro, con un movimento di circa 20 mm/anno della placca Caraibica verso Est e zone compressive.
 Hatiti occupa la parte Ovest dell'isola di Hispaniola, una delle grandi Antille, situata tra Puerto Rico e Cub. Il moto delle due placche è partizionato tra 2 principali sistemi di faglie trasformi, il sistema settentrionale (Nord Haiti) ed il sistema Enriquillo-Platain Garden localizzato nella parte Sud.
Il terremoto del 12 Gennaio è attribuito al moto sinistro di una faglia traforme (vedi tensore di momento sotto) nel sistema Enriquillo-Platain Garden. Questo sistema accomoda il 50% dello spostamento relativo totale presente tra le 2 placche.

Earthquake Location
  Principali limiti tettonici dell'areas: zone di subduzione -viola, ridge -rosso e faglie trasformi -verde 
 
 
 
 USGS Tensore di momento del terremoto di Haiti
 10/01/12 21:53:24.50
 Centroid:   18.826  -72.162
 Depth  10         No. of sta:125
 Moment Tensor;   Scale 10**19 Nm
   Mrr= 1.63       Mtt=-3.71
   Mpp= 2.08       Mrt= 0.42
   Mrp= 1.93       Mtp= 2.50
  Principal axes:
   T  Val=  4.40  Plg=35  Azm=289
   N        0.26      54      115
   P       -4.65       2       21

 Best Double Couple:Mo=4.5*10**19
  NP1:Strike= 71 Dip=64 Slip=  25
  NP2:       330     68       151
                                      
               -------                
          ------------- P -           
        #####----------   ---         
      #########----------------       
    #############----------------     
   ###############----------------    
   ####   ##########--------------    
  ##### T ###########------------##   
  #####   ############---------####   
  #####################------######   
  ######################--#########   
  #####################--##########   
   ##############---------########    
   -----------------------########    
    -----------------------######     
      ---------------------####       
        -------------------##         
          -----------------           
               -------                
                          

Il sistema Enriquillo-Platain Garden non è stato responsabile di terremoti distruttivi nell'ultima decade, ma sono documentati grandi sismi nel 1860, 1770 e 1751.
Data la dinamica trasforme della faglia che ha generato il sisma, non si è avuto lo sviluppo di Tsunami.



Instrumental Intensity Image

mappa di scuotimento


Aftershock Report:

Nel periodo dall'origine del terremoto al 2010-02-01 la USGS NEIC ha localizzato 50 aftershocks (cosa sono?) di magnitudo maggiore di 4,5.  Le due più grandi scosse secondarie hanno presentato una magnitudo pari a 5,9, la prima di queste è stata registrata 7 minti dopo la scossa principale, mentre la seconda alle 11:30 del 20 Gennaio








Sismogrammi:

Record Section 

sismogrammi relativi al terremoto di Haiti registrati in 11 stazioni 


Small World Map with Event
Mappa delle stazioni di registrazione
Region: Haiti Region
Time (GMT): 2010-01-12 21:53:09
Magnitude: 7.0
Location: 18.5 N, 72.4 W
Depth: 10 km


Elenco delle stazioni di registrazione 


Station Code    Station Name Distance to Earthquake
CU.SDDR Presa de Sabenta, Dominican Republic 1.2 deg/135 km
CO.JSC Jenkinsville, South Carolina 17.6 deg/1959 km
TA.P26A Davis Ranch, Arriba, CO, USA 34.0 deg/3779 km
UW.LEBA Lebam, WA, USA 50.3 deg/5592 km
AK.HDA Harding 66.8 deg/7430 km
IU.PMSA Palmer Station, Antarctica 83.2 deg/9253 km
KZ.ABKAR Akbulak array,AB31, Kazakhstan 100 deg/11171 km
IC.BJT Baijiatuan, Beijing, China 121 deg/13485 km
AU.ARMA Armidale, New South Wales 138 deg/15387 km
II.WRAB Tennant Creek, NT, Australia 155 deg/17195 km
AU.XMI Christmas Island Airport 172 deg/19107 km

Acknowledgements: 


http://www.iris.edu/hq/retm 
http://earthquake.usgs.gov/ 
IRIS on YouTube 

martedì 2 febbraio 2010

Seismic Tomography (2): "la formulazione del problema inverso"

http://www.gfy.ku.dk/~pditlev/annual_report/matematiker.jpg 
Un problema inverso è uno strumento molto ricorrente in molti rami della matematica e della scienza in generale, il quale è caratterizzato da alcuni parametri di un modello che devono essere ottenuti a partire da dati osservati. Il problema inverso può essere fromulato come composizione di:
  1. Dati
  2. Parametri di un modello
La trasformazione dai dati ai parametri del modello sono il risultato di una interazione di un sistema fisico, come la Terra.
I problemi di questo tipo sono noti in geofisica, medicina, telerilevamento ed astronomia.

Questa tipologia di problema è tipico per la sua indeterminazione, cioè la soluzione non è soggetta ad univocità.

Un problema inverso ha lo scopo di definire m così che (al massimo della approssimazione):
\ d = G(m)
 dove G è un operatore che descrive esplicitamente la relazione esistente tra i dati d e i parametri del modello m e rappresenta il sistema fisico.  A seconda del contesto G è definito come forward operator, observation operator, oppure observation function.
Nel caso di un problema inverso lineare la relazione tra parametri e dati può essere espressa come:

\ d = Gm




dove G è una martice chiamata observation matrix mentre d ed m sono vettori. Le dimensioni di G saranno legate alle componenti dei vettori.




 http://www.scielo.br/img/fbpe/bjp/v31n1/05fi02.gif
  • esempio di relazione lineare




La situazione risulta molto più complessa quando il problema inverso sia di tipo non lineare. In tal caso nella relazione:


\ d = G(m)
G è rappresentato da un operatore non lineare e la soluzione necessita di un approccio più complesso al fine di ottenere risultati.




Soluzioni a questi problemi sono ottenute sviluppando un inverse scattering problems, formulato dalla scuola matematica russa (Krein, Gelfand, Levitan, Marchenko).




Acknowledgements:

CARBON CAPTURE & STORAGE: "SALAVARE IL CLIMA E L'ECONOMIA"

Vedi anche: Carbon sequestration, bio-energy with carbon capture and storage, biosequestration, and carbon capture and storage (timeline)
 
Carbon capture and storage (CCS) è una procedura di mitigazione del contributo delle emissioni di combustibili fossili. Questa procedura tenta di ridurre il  global warming attraverso la cattura di anidride carbonica (CO2) da punti di grande emissione ed il suo stoccaggio al di fuori dell'atmosfera.

File:Carbon sequestration-2009-10-07.svg

La tecnica prevede lo stoccaggio della CO2 al'interno di formazioni geologiche, che data la loro composizione chimico-fisica permettono di trattenere la CO2 per un lungo tempo, permettendo di ridurre la presenza di ossidi di carbonio in atmosfera.
L'applicazione di CCS ad impianti di produzione di energia  può ridurre l'emissione di CO2 di circa 80-90% rispetto ad impianti senza CCS.

Geological storage:

Conosciuto anche come geo-sequestration, questo metodo prevede l'iniezione di biossido di carbonio in formazioni geologiche del sottosuolo. Le formazioni maggiormente adatte ad accogliere la CO2 sono quelle dei campi petroliferi e gasiferi, le formazioni saline e quelle ricche in carbone. Queste fromazioni per caratteristiche fisiche come l'alta impermeabilità permettono l'intrappolamento della CO2 che non è così soggetta a fughe verso la superficie. L'iniezione di biossido è particolarmente sviluppata in campi petroliferi, dove questa tecnica è utilizzata anche come metodo stimolante per l'incremento della produzione degli impianti estrattivi (increase oil recovery). 

Attualmente gli Stati Uniti iniettano dai 30 ai 50 milioni di tonnellate di CO2 in campi petroliferi in declino.  Questa procedura di utilizzo di campi petroliferi in declino, presenta indubbivantaggi: l'assetto geologico dell'area di stoccaggio è ben noto, data la precedente esplorazione a scopo di ricerca mineraria, inoltre i costi di stoccaggio sono parzialmente coperti dalla vendita di petrolio prodotto grazie all'aumento di produttività generato dallo stoccaggio di CO2.






Acknowledgements:

wikipedia 

CO2 capture project

schlumberger carbon service