Fisica Terrestre Parte III Sismologia

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Fisica Terrestre Parte IIISismologia

• A. Caporali
• Dipartimento di Geologia, Paleontologia e
  Geofisica
• Università di Padova

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Zone 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
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Forme 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
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Modello 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

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Modello delle costanti elastiche e densità
terrestri (2/2)
Modello di K e m
Modello di r
Modello di g
Modello di P
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Transizioni 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.

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Sismica 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
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Angoli 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.
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Esempi 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.
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Rifrazione 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
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Rifrazione 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

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Profilo 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.