Terremoto naturale o… bomba? Il caso della Corea del Nord

Bomba - Foto di Daron CookeI sismologi sono in grado di riconoscere, analizzando le onde sismiche generate da un certo evento, se si tratta di un terremoto di origini naturali o se è stato innescato dall’esplosione di una bomba.


Risale ai primi di Gennaio la notizia che in Corea del Nord un terremoto di magnitudo 5.1 è stato provocato dall’esplosione di una bomba all’idrogeno durante un test nucleare messo in atto dal Paese. Gli strumenti della rete sismica in Sud Corea, in Giappone e negli Stati Uniti, poco prima che la notizia venisse ufficialmente divulgata dalla tv di stato, avevano rilevato un sisma al confine con la Cina, in prossimità dell’area nota come sito dei test nucleari nordcoreani.

Quali sono le differenze sismologiche tra i terremoti naturali e quelli indotti da esplosioni? Per spiegare come sia possibile discriminare i due tipi di eventi facciamo un passo indietro e vediamo quali sono i meccanismi e le caratteristiche alla base di un terremoto.

Ogni giorno sulla Terra si verificano migliaia di terremoti; solo una piccola parte di questi viene percepita dalla popolazione e, fortunatamente, la maggior parte di questi eventi causa poco o nessun danno.

Cos’è un terremoto e come si origina

L’INGV – Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia – ci da questa definizione: “Un terremoto (dal latino “terrae motu” ossia movimento della terra) è un rapido movimento della superficie terrestre dovuto al brusco rilascio dell’energia accumulatasi all’interno della Terra in un punto ideale chiamato ipocentro o fuoco. Il punto sulla superficie della Terra, posto sulla verticale dell’ipocentro è detto epicentro.” In base quindi alla sorgente di energia ed alla profondità dell’ipocentro, abbiamo diversi tipi di terremoti. Quasi tutti i terremoti che avvengono sulla superficie terrestre sono concentrati in zone ben precise, ossia in prossimità delle placche tettoniche, e sono quindi innescati da movimenti lungo le faglie – terremoti tettonici. Anche altre cause naturali, come vulcanismo, frane, e artificiali, per esempio le esplosioni, provocano movimenti del suolo, ma l’energia rilasciata in questi casi è notevolmente inferiore a quanto accade per i terremoti tettonici.
In base poi alla profondità dell’ipocentro, i terremoti vengono classificati in superficiali (0-70 km di profondità), intermedi (70-300 km di profondità) e profondi (300-720 km di profondità).

Gli effetti distruttivi dei terremoti sono dovuti alla propagazione delle onde sismiche, che si originano dall’ipocentro e dall’epicentro. Le onde sismiche sono onde elastiche che si propagano attraverso un meccanismo di deformazione delle rocce e di forze di richiamo che si oppongono a tali deformazioni e che tendono a riportare il volume e la forma della massa rocciosa alla situazione iniziale. Le onde sismiche vengono discriminate in base alla loro velocità ed al modo in cui si propagano nei materiali. Abbiamo quindi le onde interne o di volume e le onde superficiali.

tipi di onde sismiche

Fig.1 Le onde sismiche. A sinistra le onde interne o di volume: le onde longitudinali (onde P) e le onde trasversali (onde S). A destra le onde superficiali, che si dividono in onde di Love e onde di  Rayleigh.
(Fonte: https://www.tes.com/lessons/oQdlbYPY-iJbaA/vulcani-e-terremoti)

Le onde interne – o di volume – si originano dall’ipocentro e si suddividono in:

  • Onde longitudinali: sono onde di compressione che si propagano all’interno delle rocce comprimendo e dilatando il volume stesso delle rocce. Sono anche dette onde P (primarie), perché sono le prime a raggiungere la superficie e a essere registrate dai sismografi. La loro velocità dipende dalla densità dei materiali attraversati; possono propagarsi sia attraverso la roccia solida, sia attraverso un materiale liquido;
  • Onde trasversali: sono generate da forze di taglio che provocano nelle rocce variazioni di forma, ma non di volume. Vengono anche chiamate onde S (secondarie) perché, essendo più lente delle onde P giungono in superficie dopo di queste. Le onde S non si propagano nei liquidi.

Le onde superficiali si originano a partire dall’epicentro, quando le onde P e S raggiungono la superficie terrestre e interagiscono con essa. Le onde superficiali sono responsabili dei danni maggiori e possono compiere lunghe distanze prima di estinguersi. Sono distinte in due tipi:

  • Onde L (di Love), la cui propagazione provoca oscillazioni delle particelle delle rocce, trasversali alla direzione di propagazione, in un piano orizzontale e parallelo alla superficie terrestre;
  • Onde R (di Rayleigh), che provocano un moto ellittico delle particelle delle rocce, in un piano verticale alla direzione di propagazione delle onde.

Sismogramma e diagramma focale

Le vibrazioni del suolo dovute alle onde interne e alle onde di superficie, ma anche la loro ampiezza e la loro durata possono essere registrate da strumenti chiamati sismografi, che traducono il movimento oscillatorio del suolo nelle diverse direzioni in una registrazione grafica detta sismogramma. Leggendo il tracciato di un sismogramma, i ricercatori sono in grado quindi di distinguere le diverse onde sismiche generate da un terremoto e di determinare la posizione dell’ipocentro.

Durante un sisma i ricercatori studiano anche un tipo particolare di diagramma circolare, il cosiddetto diagramma focale (chiamato anche informalmente “pallone da spiaggia”, Figura 2). Prima di un terremoto il diagramma apparirà totalmente bianco. Viene poi suddiviso in quattro zone che rappresentano le direzioni in cui si propagheranno le onde sismiche. Immaginiamo ora che si verifichi un terremoto: al centro del nostro diagramma avremo l’ipocentro mentre i punti disegnati nelle varie sezioni rappresentano la proiezione, nell’emisfero sottostante, del movimento che fa l’onda quando lascia l’ipocentro. Le zone del diagramma colorate di nero mostrano la direzione delle onde dall’ipocentro verso l’esterno, mentre la parte bianca mostra il movimento verso l’interno (Figura 2a). Ogni evento ha un suo peculiare diagramma che descrive come le onde si propagano dall’ipocentro (Figura 2b). Ed è proprio grazie all’analisi di questi diagrammi circolari che si può risalire alla sorgente del terremoto.

diagramma focale a)

diagramma focale b)

diagramma focale c)

Fig.2 Esempi di diagrammi focali di un terremoto che descrivono la deformazione nella regione in cui hanno avuto origine le onde sismiche. A) diagramma derivante dallo scorrimento di una faglia. Le varie zone del diagramma rappresentano, a partire dall’ipocentro, le zone in cui c’è compressione (in nero) e dilatazione (bianco) del materiale attraversato dalle onde di volume. B) diversi tipi di diagramma a seconda degli eventi che li hanno generati. C) come appare il diagramma di una esplosione in confronto al diagramma generato da una faglia.
(fonti: http://static-content.springer.com/image/prt%3A978-90-481-8702-7%2F5/MediaObjects/978-90-481-8702-7_5_Part_Fig3-158_HTML.gif, http://www-udc.ig.utexas.edu/research/seismology/TXEQ/faq_basics.html, http://crack.seismo.unr.edu/htdocs/WGB/Recent/explanation/ ).

Caratteristiche di un’esplosione

Da un punto di vista sismologico la registrazione di un’esplosione si presenta con il primo impulso verso l’alto, ovvero i segnali hanno tutti polarità positiva, a causa della natura “esplosiva” della sorgente sismica che comporta una diffusione dell’energia verso l’esterno. Un’esplosione manda onde di compressione in tutte le direzioni, per questo motivo tutte le regioni del diagramma circolare diventeranno nere (Figura 2c). Inoltre, un’altra caratteristica peculiare dell’esplosione è che genera solo onde di compressione ma non onde trasversali.

Altre sono le differenze che possiamo notare: i terremoti naturali fanno registrare sismogrammi più complicati di quelli generati delle esplosioni e l’energia rilasciata nel primo caso è distribuita su uno spettro di frequenze più ampio. Inoltre la sorgente di tale energia non sarà quasi mai concentrata in un singolo punto come invece avviene per le esplosioni.

Un’altra differenza sta nella profondità dell’ipocentro: in genere un terremoto indotto da un’esplosione sarà sempre molto superficiale rispetto ad uno naturale.
Infine, si possono considerare altri due fattori discriminanti più “empirici”. Uno è l’orario: il terremoto in Corea del Nord è avvenuto un secondo dopo le ore 10 locali mentre i terremoti naturati possono avvenire a qualsiasi orario. Un secondo indizio da considerare è la zona: in questo caso la zona non è nota per essere particolarmente sismica.

Sommando tutte queste evidenze i sismologi non hanno avuto dubbi: si è trattato di un terremoto innescato da un’esplosione. Anche se la sola analisi delle onde sismiche non basta per discriminare il tipo di bomba.

Fonte

Sullivan, C. (2016), Quake or bomb? Seismic waves speak truth, even if nations don’t, Eos, 97, doi:10.1029/2016EO043719. Published on 15 January 2016