Il terremoto del Cile dalla zona d’ombra

Stanotte il nostro sismometro SEP ha registrato il forte terremoto (magnitudo Mw=8.3) avvenuto alle ore 22.54 UTC lungo le coste del Cile. Ecco come appaiono due ore di registrazione del segnale a partire dal tempo origine.

Sismogramma del terremoto del Cile del 16 settembre 2015 registrato a Pisa.

Le prime onde arrivano dopo circa 14 minuti, ma non si tratta di un primo arrivo particolarmente evidente. Vediamo il perché. Stiamo registrando un terremoto che è avvenuto a circa 12000 km di distanza che corrispondono a una distanza angolare di circa 106 gradi.

Distanza dall’epicentro del terremoto del Cile e Pisa visualizzata sul globo terrestre. È un arco lungo quasi 12000 km che corrisponde ad una distanza angolare di circa 106 gradi.

Ci troviamo dunque nella cosiddetta zona d’ombra, ovvero la zona compresa tra 104 e 140 gradi di distanza angolare entro la quale non vengono registrate le onde P dirette. Infatti tra il nostro punto di osservazione e l’ipocentro del terremoto si trova il nucleo esterno che è allo stato liquido. Il suo effetto sul passaggio delle onde P è quello di rallentarle e provocarne la diffrazione, mentre le onde S sono completamente schermate (essendo onde di taglio non si possono propagare nei liquidi).

Effetti del nucleo esterno sulla propagazione delle onde S (a sinistra) e delle onde P (a destra). Mentre le onde S sono totalmente schermate oltre la distanza angolare di 103 gradi, le onde P dirette riemergono oltre i 140 gradi.

Nella figura sottostante mostriamo il percorso di alcune fasi che costituiscono i primi arrivi delle onde dal Cile (l’ipocentro del terremoto è rappresentato dalla stella gialla mentre il punto di osservazione dal triangolo rosso). In particolare l’onda P diffratta (Pdiff) ha un tempo di arrivo teorico di circa 14 minuti. Seguono poi le altre fasi come PKiKP e PP (che, pur percorrendo traiettorie molto diverse arrivano dopo circa 18 minuti), seguite dalle SKiKP (a 22 minuti) e  infine dalle SKS (25 minuti).

Primi arrivi delle onde sismiche del terremoto del Cile (stella gialla) calcolati per un ossevatore posto ad una distanza di 106 gradi (triangolo rosso).

Per un approfondimento sulla nomenclatura delle varie fasi sismiche e sugli effetti della zona d’ombra vi rimando a questo documento dal sito IRIS. Ma il sismogramma è dominato dagli arrivi delle onde superficiali, che vediamo nella traccia filtrata eliminando le frequenze superiori a 10 secondi in questa figura.

Registrazione di due ore del segnale sismico filtrato a 10 s.

Il treno principale delle onde superficiali arriva dopo circa 60 minuti: tali onde si propagano in superficie dove le rocce sono meno compatte e sono quindi più lente delle onde che attraversano l’interno della Terra. Possiamo stimare che le onde osservate hanno percorso i 12000 km che separano Pisa dal Cile in circa 60 minuti, con una velocità risultante di circa 3.3 km/s.