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Lezione 5 - 6) Propagazione delle onde sismiche a scala globale – Localizzazione ipocentrale e reti sismiche.
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Propagazione delle onde sismiche a scala globale
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Come già detto i sismogrammi sono caratterizzati da arrivi di molte fasi sismiche. Tali arrivi sono associati ad onde di volume dirette, rifratte e riflesse e ad onde superficiali. Il quadro che ne risulta può essere estremamente complesso.
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Nel caso del terremoto di Sumatra del dicembre 2004 si possono vedere treni di onde superficiali che compiono più di un giro dell’intera superficie terrestre.
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Le fasi che viaggiano all’interno della terra sono caratterizzate dlla lettera che ne specifica il tipo (P,S,R,L). Per le onde di volume tale lettyera è maiuscola se la fase è generata dalla sorgente con angolo di take off minore di 90° (verso il basso) altrimenti la lettera sarà minuscola. Ad ogni interfaccia si genererà una nuova onda (trasmessa, riflessa, convertita o meno) a cui sarà associata un’altra lettera che ne specifica le caratteristiche nel nuovo tratto di percorso. Ad esempio se registriamo un’onda p che parte verso l’alto ed è riflessa, sempre come onda p dalla superficie chiameremo tale fase pP, la stessa fase convertita in onda s dalla superficie sarà indicata con la sigla pS
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Le onde riflesse dalla discontinuità nucleo mantello sono indicate con la lettera c, le onde che attraversano il nucleo esterno fluido sono indicate con K, le onde riflesse dalla discontinuità nucleo esterno – nucleo interno sono indicate con i, quelle che attraversano il nucleo interno con I.
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Si possono registrare onde riflesse in modo multiplo dalla superficie, in questo caso le fasi saranno indicate con un numero di lettere pari al numero di riflessioni subite meno una.
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Oltre un angolo di gradi le onde P dirette sono schermate dal nucleo e non riescono ad emergere in superficie, per cui i primi arrivi sono legati allo onde PKP che attraversano il nucleo esterno.
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A scale locale o regionale si possono individuare le onde P rifratte dall MOHO che vengono indicate con Pn per differenziarle delle onde dirette dette Pg. La distanza per cui le onde Pn arrivano prima delle onde Pg è in Italia di circa chilometri.
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Localizzazione ipocentrale e reti sismiche.
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Localizzazione a singola stazione: Si effettua la composizione vettoriale delle tre componenti del segnale in tre dimensioni. La direzione dell’evento sarà data dalla proiezione sul piano orizzontale del particle motion. Se il moto del primo impulso P è verso l’alto la direzione dell’evento sarà quella del quadrante opposto al primo impulso; se il moto del primo impulso P è verso il basso la direzione dell’evento sarà quella del quadrante del primo impulso. A questo punto basterà tracciare indietro il raggio per un tempo pari al tempo di viaggio.
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Il tempo di viaggio si ricava come differenza tra il tempo di arrivo P ed il tempo origine.
Il tempo origine si ricava dal diagramma di Wadati, infatti se plottiamo la differenza tra i tempi di arrivo P ed S a più stazioni essi si disporranno su una retta visto che tale differenza cresce linearmente con la distanza evento-stazione. Estrapolando tale retta fino ad incontrare l’asse delle ascisse ci saremmo riportati all’epicentro ove i tempi P ed s sono nulli e uguali. Tale intercetta sull’asse x fornirà il valore del tempo origine dell’evento.
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Metodo dei cerchi
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Metodi iterativi
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Coordinate reali: X=0, Y=5, T=1 Modello omogeneo con velocità V=1km/s
Travel times osservate: T1=6, T2=12.18, T3=16, T4=12.18 Prima iterazione, epicentro di prova: x=0, y=0, t=0 Travel times calcolate: t1=10, t2=10, t3=10, t4=10 Differenze calcolati - osservati: dt1=4, dt2=-2.18, dt3=-6, t4=-2.18 Differenza media: dm=-1.59 Per quanto riguarda il tempo si se dm è negativo sarà necessario aumentare i tempi di arrivo delle fasi calcolate spostando in avanti il tempo origine di prova dell’evento. Si dovrà sottrarre quindi dal tempo origine il valore dm. Dal punto di vista spaziale devo spostare l’epicentro di prova nella direzione di massimo errore, allontanandolo dalla stazione visto che l’errore è negativo. L’entità dello spostamento sarà data dalla differenza di tempo moltiplicata per la velocità. Le nuove coordinate di prova saranno quindi date da: X=0, y=6, t=1.59 Utilizzo le nuove coordinate come coordinate di prova per effettuare una nuova iterazione
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Inversione di matrici, autovalori ed autovettori
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Tecniche numeriche usate dai programmi di localizzazione ipocentrale
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Le Reti Sismiche Una rete sismica è rappresentata da una serie di strumenti di misura, sismometri disposti sul territorio e dotati di una base comune di tempi. Le geometria della rete è guidata dagli obiettivi che ci si prefigge e sarà tanto più estesa quanto più estesa sarà l’area epicentrale Che si vuole investigare. La registrazione può avvenire in locale oppure in modo centralizzato. Una rete sismica deve essere in grado di individuare l’accadimento di un evento ad ogni singola stazione, deve cioè associare un trigger al segnale per indicare che ad un certo istante di tempo il segnale stesso ha superato una soglia prefissata. Per accertarsi che tale evento sia realmente unterremoto e non un disturbo ad una singola stazione la rete deve cercare alrti trigger a stazioni limitrofe e dichiarare l’evento se ci sono almenno 4 trigger in una finestra di tempo abbastanza breve. La qualità delle localizzazioni di una rete dipende pesantemente dalla geometria delle stazioni, una norma generale è che gli eventi devono ricadere all’interno delle stazioni e che la distanza tra le stazioni sia confrontabile con le distanze minime tra evento e stazione. La grandeza che indica la copertura azimuthale di una rete si chiame GAP e consente di avere una stima immediata della qualità delle localizzazioni.
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La Rete Sismica Nazionale Centralizzata
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