Meccanismo focale

Ogni qual volta un forte terremoto colpisce un'area del pianeta, sismologi e ricercatori possono ottenere preziose informazioni sul tipo di faglia che ha originato il sisma pur trovandosi a grandissima distanza dall'epicentro.
Infatti analizzando le onde sismiche "prodotte" dal terremoto è possibile conoscere le caratteristiche della faglia che ha generato l'evento sismico.
Estrapolando informazioni sulla struttura che ha generato il terremoto e conoscendo la storia geologica dell'area colpita dal movimento tellurico, i geologi possono "facilmente" individuare la faglia responsabile del sisma.

Attraverso lo studio delle onde sismiche si ottiene ciò che tecnicamente è noto come meccanismo focale.





Le informazioni ottenute attraverso la creazione del meccanismo focale sono sintetizzate in un particolare diagramma che ricorda vagamente un pallone da spiaggia (tant'è che anche nel linguaggio tecnico si parla di "Beach-ball", pallone da spiaggia, per la forma caratteristica a spicchi chiari e scuri).

Perciò in sintesi il meccanismo focale consente di ottenere preziosi informazioni sulla struttura sismogenica che ha originato il terremoto, determinando l'orientazione del piano di faglia e il modo in cui si sono mossi i blocchi di roccia durante l'evento sismico.





Pertanto, attraverso il meccanismo focale, è possibile estrapolare le informazioni inerenti la faglia che ha originato il sisma.

Con il termine faglia si intende una frattura presente nelle rocce lungo la quale avviene il movimento relativo del blocco di roccia (definito di "tetto") rispetto ad un altro blocco di roccia (detto di "letto").
Il movimento improvviso del blocco di roccia determina il rilascio di energia, precedentemente immagazzinata nel volume di roccia circostante, attraverso onde sismiche.
Ciò che separa i due blocchi di roccia prende il nome di piano di faglia (che può essere descritto dalla sua direzione, la sua immersione e inclinazione).







In base alla direzione in cui si è mosso il blocco di roccia (ovvero il tetto) possiamo suddividere le faglie in 3 diverse tipologie:

1. faglia inversa: se il blocco di tetto si muove verso l'alto
   
   
   
   
   
2. faglia diretta: se il blocco di tetto scivola verso il basso
   
   
   
   
   
3. faglia trascorrente: il piano di faglia in questo caso è verticale e dunque i blocchi di roccia si muovono orizzontalmente.
   Stando su uno dei due blocchi, osserveremo il blocco che si trova di fronte muoversi a destra in una faglia trascorrente destrorsa o a sinistra in una faglia trascorrente sinistrorsa
   
   
   
   
   

Oltre a queste 3 tipologie di faglia, in cui si osserva un'unica componente nel movimento del blocco di roccia (movimento verticale nei primi due casi e un movimento orizzontale per le faglie trascorrenti), ne esiste una quarta, anche detta "faglia obliqua", in cui il movimento del blocco di tetto lungo il piano di faglia ha avuto sia una componente verticale che orizzontale.







Attraverso il meccanismo focale di un sisma possiamo quindi comprendere la tipologia di faglia che ha generato il movimento tellurico.
Questo è fondamentale perché consente ai geologi di individuare la faglia e comprendere il possibile sviluppo della sequenza sismica.
Conoscendo la tipologia di faglia (possibile solo attraverso il meccanismo focale) può ad esempio essere utile per capire in anticipo se, un terremoto particolarmente intenso, possa o meno scatenare uno tsunami.

In genere gli tsunami sono causati da faglie in cui è avvenuto un movimento verticale del terreno (faglia inversa o faglia normale che ha tagliato la superficie del fondale marino) perciò conoscendo il meccanismo focale, le aree costiere più distanti dall'epicentro del sisma, esposte comunque agli effetti del maremoto, avrebbero maggior tempo per coordinare le evacuazioni.

Come si calcola il meccanismo focale ?

L’energia liberata da un terremoto, causato dal movimento lungo una faglia, viene trasmessa dalle onde sismiche che, propagandosi dall’ipocentro, deformano il volume di crosta terrestre che attraversano.

Le prime onde sismiche che arrivano ai sismografi sono le onde P, che producono compressione/dilatazione nelle rocce attraversate.







I sismografi a seconda di dove sono ubicati rispetto all'ipocentro del sisma, registreranno un primo impulso di compressione o dilatazione.





Sulla base della registrazione dei primi impulsi delle onde P la regione attorno al terremoto è divisa in quattro quadranti, frutto dell'intersezione tra due possibili piani di faglia (di cui solo uno rappresenta quello reale della faglia che ha generato il sisma).

Questi due piani vengono chiamati anche piani nodali perché su di essi non si propagano onde P ma solo onde di taglio (ovvero le "onde S", responsabili di provocare nel materiale attraversato oscillazioni perpendicolari alla loro direzione di propagazione, in pratica lo stesso effetto ottenuto facendo oscillare una corda tra le due estremità).





Più numerosi sono i sismografi che registrano il terremoto, meglio definiti saranno i piani nodali (tecnicamente detti "piano di faglia" e "piano ausiliario").
Capire quale tra i due piani nodali sia effettivamente quello che rappresenta la faglia reale che ha generato il terremoto è possibile solo attraverso la conoscenza delle faglie regionali ubicate nell'area interessata dal sisma.

In merito alla beach-ball del meccanismo focale le aree di colore scuro rappresentano gli arrivi dei primi impulsi compressivi delle onde P mentre le regioni bianche rappresentano gli arrivi dei primi impulsi di dilatazione sempre delle onde P.

Ambiguità della soluzione del meccanismo focale

In caso di terremoto generato da una faglia di tipo trascorrente si ottiene la stessa distribuzione dei quadranti compressivi e in dilatazione indipendentemente dal piano nodale considerato come piano di faglia che ha generato il sisma.
Anche in caso di terremoto causato da faglia inversa (osservando l'immagine successiva) sia se si considera "f1" come piano di faglia e "ap1" come suo piano ausiliario ortogonale o se si considera "ap1" come piano di faglia e "f1" come piano ausiliario, attorno alla faglia saranno compresse e dilatate le stesse regioni ottenendo così un'identica disposizione dei quadranti e quindi la medesima sfera focale.
Gli stessi risultati si ottengono anche per le faglie normali.





La precisione con cui si possono determinare le direzioni dei piani nodali dipende però dal numero e dalla distribuzione dei sismografi che registrano gli arrivi delle onde sismiche di un terremoto.
Come già detto inoltre non è possibile distinguere il piano di faglia principale che ha generato il terremoto da quello ausiliario sulla base dei soli dati dei primi impulsi delle onde P.

Perciò per identificare il reale piano di faglia si può procedere in 3 modi diversi:

1. conoscendo la geologia regionale e tettonica dell'area (la distribuzione delle faglie regionali)
2. individuando in superficie tracce della faglia responsabile del sisma
3. analizzando le repliche di un forte terremoto che sono solitamente situate sul piano di faglia che ha prodotto il terremoto principale e che dunque può essere distinto dal piano ausiliario

In conclusione ci auguriamo che dopo un’attenta analisi dell’articolo ognuno di voi possa essere in grado di leggere e interpretare i meccanismi focali.
Vi invitiamo inoltre a guardare attentamente il video "Focal Mechanisms Explained: What are those “beach balls”? (Educational)" che seppur inglese potrebbe rende ancora più chiaro il procedimento con cui si ottiene il meccanismo focale di un terremoto.

Salutiamo e ringraziamo il geologo Paolo Balocchi per il prezioso contributo nella stesura dell’articolo e a cui va dunque il merito di essere riuscito a semplificare i concetti principali per renderli comprensibili agli appassionati delle Scienze della Terra.

Bibliografia

Balocchi P., 2012. Terremoti, perché la pianura Padana è sismica? Intervista a Paolo Balocchi, esperto di sismotettonica. Consultabile all’indirizzo internet: http://www.meteoweb.eu/2012/07/terremoti-perche-la-pianura-padana-e-sismica-intervista-a-paolo-balocchi-esperto-di-sismotettonica/145499/#4CuWDYvkGbxRlyJW.99.
Cox A., Hart R.B., 1990. La tettonica delle placche. Meccanismi e modalità. Zanichelli Eds.
INGVTerremoti 2012. Approfondimento: i meccanismi focali e le faglie. Consultabile all’indirizzo internet: https://ingvterremoti.com/2012/06/18/approfondimento-i-meccanismi-focali-e-le-faglie-2/
Kearey P., Klepeis K.A., Vine F.J., 2009. Global Tectonics. Wiley-BlackWell, AJohn Wiley & Sons, Ltd, Publication.
Kearey P., Vine F.J., 1994. Tettonica Globale. Zanichelli Eds.
Zollo A., Emolo A., 2011. Terremoti e onde. Metodi e pratica della sismologia moderna. Liguori Eds.