Title: Fisica Terrestre Parte III Sismologia
1Fisica Terrestre Parte IIISismologia
- A. Caporali
- Dipartimento di Geologia, Paleontologia e
Geofisica - Università di Padova
2Zone a bassa velocità
- Legge di Snell il rapporto tra il seno
dellangolo dellonda incidente e il seno
dellangolo dellonda rifratta è uguale al
rapporto degli indici di rifrazione. - Zona a bassa velocità è una zona dombra, cioè
una zona dove non si registrano onde sismiche,
associata con un guscio in cui la velocità è
inferiore a quella del guscio superiore - Un esempio di zona dombra è quella tra 103
(raggio radente sul CMB) e 143, associata al
nucleo liquido
In questa figura p e s indicano raggi che
viaggiano verso lesterno, c e i indicano
riflessione al confine nucleo-mantello e al
confine nucleo interno nucleo esterno K e I
indicano onde P che hanno attraversato il nucleo
Esterno e Interno rispettivamente. La PKJKP che
viaggia come S per il nucleo interno è stata a
lungo controversa
3Forme donda e tempi di arrivo
57655 Tempi di arrivo delle varie fasi di
unonde generato da 104 diversi terremoti, con la
interpretazione del cammino. Questi dati sono
stati usate per generare il modello IASP91
Sequenza di arrivo delle varie fasi di unonda
sismica e relazione con il cammino donda
4Modello delle costanti elastiche e densità
terrestri (1/2)
- La misura della velocità a e b delle onde
sismiche interne fornisce due relazioni tra le
tre incognite K, r e m - Occorre una terza equazione che rappresenti la
condizione di equilibrio della Terra nel caso
più semplice, la Terra è considerata ina serie di
involucri sferici concentrici, con la densità
funzione della sola distanza dal centro. - Compensazione tra forza di gravità e gradiente di
pressione - Definizione di modulo di compressibilità K
- Segue che
- E in definitiva
5Modello delle costanti elastiche e densità
terrestri (2/2)
Modello di K e m
Modello di r
Modello di g
Modello di P
6Transizioni di fase nel sistema Crosta-Mantello
- Gran parte della conoscenza della struttura
profonda della Terra deriva da profili sismici e
dai modelli di densità. - La velocità delle onde S mostra un brusco salto
in corrispondenza alla Moho. - A maggiori profondità, si notano variazioni lente
alternate a crescite più marcate. Questultime
zone corrispondono a transizioni di fase una è a
400-450 km e corrisponde alla transizione
olivina-spinello laltra è a 700 km e
corrisponde alla transizione spinello
perovskite. - Una transizione di fase non corrisponde
necessariamente a un cambiamento tra
solido-liquido-gassoso, ma a una riorganizzazione
degli atomi che normalmente comporta una maggiore
densità.
7Sismica a Rifrazione
x
- Al posto dei terremoti vengono usate sorgenti
artificiali (esplosivi). I sismometri sono
disposti in sequenze regolari, tipicamente ogni 5
km per distanze anche di qualche centinaio di km.
La posizione della sorgente non è più una
incognita. - Che cosa si misura il tempo di arrivo del primo
impulso, come funzione della distanza del
sismometro dal punto di scoppio - Nel semplice modello a due strati paralleli, le
incognite sono la velocità di propagazione nei
due strati e la profondità della interfaccia. - Per ogni scoppio vengono registrati ad ogni
sismometro tre eventi lepoca di arrivo
dellonda diretta, dellonda riflessa e dellonda
rifratta allangolo critico.
z
a1
a2 gt a1
8Angoli e distanze critiche
Poiché la grandezza misurabile è lepoca di
arrivo del primo impulso, prima si misura a1 con
il tempo di arrivo dellonda diretta a xlt xcross,
poi a2 con londa rifratta a xgt xcross, e infine
z con la intercetta dellonda rifratta.
- Inclinazione critica langolo di incidenza
corrispondente a unonda rifratta a 90 - Distanza critica la distanza minima dal punto di
sparo alla quale comincia ad arrivare londa
rifratta - Distanza di crossover è la distanza alla quale
londa diretta e londa rifratta arrivano allo
stesso istante
Nellimmagine sperimentale si noti luso del
tempo ridotto con una velocità nominale di 6
km/s inoltre Pg è londa diretta, Pn è londa
rifratta dalla Moho, e PmP è londa riflessa
dalla Moho si noti che Pg e PmP non convergono
asintoticamente, come previsto nel caso ideale
della figura sovrastante, per effetti di
struttura fina sulla Moho.
9Esempi di sismogrammi sintetici e dei
corrispondenti profili di velocità
Esempi di registrazione sismica per lo studio
della crosta oceanica 1,5 km/s è la velocità in
acqua, e 2,8 km/sec la velocità nei detriti di
fondale.Il modello d) è quello che meglio
riproduce i dati sperimentali.
10Rifrazione da un piano inclinato (1/2)
- Il tempo di arrivo dellonda rifratta può essere
scritto come - Se londa è rifratta da una interfaccia inclinata
di un angolo d, il tempo di arrivo per lodnda
che si propaga verso il giù (down dipping) e
quello dellonda che si propaga allinsù
(up-dipping) sono rispettivamente)
zu
11Rifrazione da un piano inclinato (2/2)
- Questi tempi si allineano lungo rette di pendenze
(velocità) - Dalla misura di queste pendenze, nota a1 si
stimano ic e d - Infine, nota ic si determina a2
12Profilo a rifrazione con strati multipli e
variamente inclinati
La linea continua rappresenta linterpretazione
dei tempi di arrivo. Si noti leffetto di faglie
e leffetto della Moho sulla rifrazione. Sul lato
destro della figura in basso sono riportate le
velocità impiegate per i vari strati.