Le onde sismiche e le discontinuità terrestri: un viaggio nel sottosuolo

Quali sono i percorsi delle onde sismiche?

Le onde sismiche fanno dei percorsi che sono delle curve concave verso l'alto e prima o poi ogni onda a profondità diverse finisce per subire rifrazione totale e tornare in superficie. Con una curva concava verso l'alto. Questi percorsi più sono profondi nell'interno della terra e più sono veloci; questo ha permesso di capire che c'è una discontinuità a posizione variabile nell'interno della terra, chiamata discontinuità di Morovich o moho(scoperta nel 1960), discontinuità che fa da separazione tra crosta e mantello. Questa discontinuità si capisce perchè le onde che corrono nella crosta terrestre hanno più o meno come le onde superficiali velocità pari a 6,5 km/s, quando attraversano la discontinuità di Morovich, bruscamente la velocità aumenta fino a 8 km/s. Questa cosa avviene a profondità variabili: è molto superficiale (6 km) sotto i fondali oceanici, più profonda sotto i continenti (30-35 km) e molto più profonda sotto le catene montuose (65-70 km). In conclusione la discontinuità di Morovich ha un andamento che coincide con l'andamento che era già stato ipotizzato per la superficie di separazione tra la crosta e il mantello.

Teoria di Heinrich

Infatti già nel 1800 c'era stato un geologo, Heinrich, che aveva ipotizzato che la separazione tra crosta e mantello dovesse avere questo profilo simmetrico alla morfologia superficiale terrestre e dovesse avere queste profondità variabili; era arrivato a questa conclusione attraverso studi di carattere grafimmetrico. Lui aveva capito che la crosta terrestre si comporta come una petroliera immersa nel mare, se piena affonda di più, se è vuota affonda di meno (conseguenza principio di Archimede =spinta dall'alto verso l'alto quando un gas è immerso in un liquido pari al peso del volume di liquido spostato). Heinrich aveva detto che i blocchi continentali sono come delle petroliere: affondano tanto di più quanto più sono elevati (più pesanti), affondano tanto meno quanto meno sono elevati.

La discontinuità può essere di tipo chimico (se cambia la composizione delle rocce) o di tipo fisico (se cambia la compressione).

Zona d'ombra sismica

Un altro passo avanti lo si fa scoprendo la zona d'ombra: quando tutti i sismografi che stanno entro i 103° dall'ipocentro ricevono le onde sismiche di quel terremoto che si verifica; invece i sismografi che stanno nella fascia che va dai 103° ai 142° dall'ipocentro, non ricevono nulla; dopo i 142° riemergono di nuovo le onde P, però arrivano molto rallentate, e le onde S non arrivano proprie. Interpretazione: l'interno del pianeta è fatto da crosta (rigida e solida), mantello (mediamente rigido) e nucleo (diviso in nucleo esterno, liquido, e nucleo interno, solido). Le onde S sono onde trasversali e nei liquidi non si propagano, se non tornano più su è perchè sono arrivate al nucleo esterno. Le onde P sono onde longitudinali e se arrivano al nucleo esterno si propagano, ma vengono rallentate. La zona d'ombra si spiega col fatto che le onde P che tornano su devono attraversare due volte la separazione mantello/nucleo (una all'andata e una al ritorno) e quindi subiscono due rifrazioni e perciò vengono deviate due volte. L'ultima onda che arriva ai 103° dall'ipocentro è l'onda che ha rasentato la discontinuità mantello/nucleo, l'onda che è andata un po' più in profondità è entrata nel mantello ed è stata deviata.

Discontinuità di Gutenberg e Leman

La discontinuità mantello/nucleo è stata chiamata discontinuità di Gutenberg (2800 km di profondità). Con ulteriori studi si vede che le onde P nel mantello vanno accelerando sempre di più, cominciano subito dopo la moho ad avere una velocità di 8 km/s e poi via via che scendono vanno a una velocità sempre maggiore fino a 14 km/s; poi c'è questa separazione tra mantello/nucleo in cui le onde rallentano. Nel nucleo esterno via via che scendono tornano ad accelerare un pochettino, però erano tornate a 8 km/s, quindi arrivano solo a 11 km/s; poi c'è una nuova discontinuità che è la discontinuità di Leman (5100 km di profondità), tra nucleo esterno e interno, e lì le onde P prendono una velocità costante (11 km/s) che non cambia più.

Astenosfera e piano di Benioff

Si scopre un'altra cosa: le onde S subiscono un rallentamento anche nel mantello superficiale, che ci dimostra che c'è uno strato quasi liquido (l'astenosfera), che è la fascia di mantello che da la spinta di Archimede ai blocchi continentali.

Il piano (inclinato) disegnato dai diversi ipocentri dei terremoti coincide con il piano di subduzione, ciò viene scoperto da Benioff. Il piano di Benioff è l'andamento dei terremoti che hanno ipocentri a diverse profondità (molto superficiali sotto le fosse oceaniche, più profondo sotto gli arcipelaghi vulcanici, più profondi ancora sotto il continente).

Sotto i 700 km di profondità di ipocentri non ce ne sono più perchè le rocce sono talmente compresse e calde che anche se sono rigide e solide non sono più elastiche.