SISMOLOGIA CON LABORATORIOModulo SISMOLOGIA
Anno accademico 2022/2023 - Docente: ANDREA CANNATARisultati di apprendimento attesi
§ SISMOLOGIA
Fornire le adeguate conoscenze ed abilità nel campo delle analisi di dati sismologici per la comprensione dei meccanismi dei terremoti e della struttura della litosfera.
Conoscenza e capacità di comprensione:
- basi teoriche sulla fisica del terremoto e sui parametri utili per descrivere gli eventi sismici;
- basi teoriche sul concetto di rischio ed in particolare di rischio sismico.
Capacità di applicare conoscenza:
- capacità di applicare le conoscenze acquisite per la descrizione dei fenomeni sismici utilizzando il metodo scientifico;
- capacità di visione critica dei processi sismici e della loro pericolosità.
Autonomia di giudizio
- capacità di argomentare personali interpretazioni di fenomeni sismici.
Abilità comunicative
- capacità di sintesi espositiva e uso di linguaggio tecnico-scientifico appropriato.
§ LABORATORIO
Conoscenza ed abilità nel campo della sismologia strumentale con particolare riferimento alla capacità di lettura ed interpretazione di segnali sismici ed ai metodi di localizzazioni assolute e relative dei terremoti.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lezioni frontali.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA
A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.
E' possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del nostro Dipartimento, prof. Giorgio De Guidi.
Prerequisiti richiesti
Conoscenze di fisica, matematica e fisica terrestre.
Frequenza lezioni
Contenuti del corso
§ SISMOLOGIA
Concetti introduttivi: prodotto scalare, prodotto vettoriale, gradiente, divergenza, rotore, sismogramma, conversione analogico-digitale, analisi spettrale, convoluzione, filtri.
Stress e strain: tensore dello stress, tensore dello strain, moduli elastici, costanti di Lamé.
Onde elastiche: equazione delle onde, onde di volume, onde di superficie, principi di Huygens e Fermat, legge di Snell, equazioni di Zoeppritz-Knott, riduzione dell'ampiezza sismica con la propagazione, diffrazione, modi normali.
Sorgente dei terremoti: rimbalzo elastico, ciclo sismico, meccanismi focali, tensore momento, spettri sorgente, stress drop.
Dimensione dei terremoti: definizione di magnitudo, magnitudo di eventi locali, magnitudo di eventi distanti, saturazione della magnitudo, magnitudo momento, energia, intensità.
Localizzazione ipocentrale: singola stazione, multiple stazioni, localizzazioni relative.
Strumenti: risposta in frequenza, selezione di strumenti, siti e relativa installazione.
Terremoti e statistica: legge di Gutenberg-Richter, legge di Omori, legge di Bath.
Tipi particolari di sismicità: indotta, CTBTO, planetaria.
Previsione dei terremoti e trasferimento dello stress: ciclo dei terremoti, precursori, stress statico, stress dinamico.
Rischio sismico: pericolosità, vulnerabilità, esposizione, rischio, multirischio.
§ LABORATORIO
Lettura di sismogrammi. Sismometri elettromagnetici. Localizzazioni epicentrali. Stima e calcolo della magnitudo. Localizzazioni ipocentrali. Residui di stazione e RMS. Programmi di calcolo relativi. Analisi del segnale sismico: particle motion e polarizzazione. Programmi di calcolo relativi.
Testi di riferimento
1. Stein, S., Wysession, M. (2003). An Introduction to Seismology, Earthquakes, and Earth Structure. Blackwell Publishing.
2. Shearer, P. M. (2011). Introduction to Seismology, 2nd edition. Cambridge.
3. Lay, T., Wallace, T.C. (1995). Modern Global Seismology. Academic Press.
4. Treatise of Geophysics, 2nd edition (2015). Elsevier.
5. Kramer, A.L. (1996). Geotechnical Earthquake Engineering. Prentice Hall College.
6. New Manual of Seismological Observatory Practice (NMSOP-2). http://bib.telegrafenberg.de/publizieren/vertrieb/nmsop/
7. Havskov, J., Ottemoller, L. (2010). Routine Data Processing in Earthquake Seismology. Springer.
8. Kearey et al. (2002). An Introduction to Geophysical Exploration. Blackwell Editore.
9. Dispense.
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Concetti introduttivi: prodotto scalare, prodotto vettoriale, gradiente, divergenza, rotore, sismogramma, conversione analogico-digitale, analisi spettrale, convoluzione, filtri. | Dispense. Shearer, P. M. (2011). Introduction to Seismology, 2nd edition - Appendix B1. P. Kearey et al. (2002). An Introduction to Geophysical Exploration - Capitolo 2. |
| 2 | Stress e strain: tensore dello stress, tensore dello strain, moduli elastici, costanti di Lamé. | Dispense. Shearer, P. M. (2011). Introduction to Seismology, 2nd edition – Capitolo 2. |
| 3 | Onde elastiche: equazione delle onde, onde di volume, onde di superficie, principi di Huygens e Fermat, legge di Snell, equazioni di Zoeppritz-Knott, riduzione dell'ampiezza sismica con la propagazione, diffrazione, modi normali. | Dispense. Shearer, P. M. (2011). Introduction to Seismology, 2nd edition – Capitolo 3.1, 3.3, 8.5,8.6. Stein, S., Wysession, M. (2003). An Introduction to Seismology, Earthquakes, and Earth Structure - Capitolo 2.2.2. |
| 4 | Sorgente dei terremoti: rimbalzo elastico, ciclo sismico, meccanismi focali, tensore momento, spettri sorgente, stress drop. | Dispense. Stein, S., Wysession, M. (2003). An Introduction to Seismology, Earthquakes, and Earth Structure - Capitoli 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.6. Shearer, P. M. (2011). Introduction to Seismology, 2nd edition – Capitolo 9.5 |
| 5 | Dimensione dei terremoti: definizione di magnitudo, magnitudo di eventi locali, magnitudo di eventi distanti, saturazione della magnitudo, magnitudo momento, energia, intensità. | Dispense. New Manual of Seismological Observatory Practice (NMSOP-2) – Capitolo 3.2, 12. |
| 6 | Localizzazione ipocentrale: singola stazione, multiple stazioni, localizzazioni relative. | Dispense. Havskov, J., Ottemoller, L. (2010). Routine Data Processing in Earthquake Seismology. Capitolo 5.1, 5.2, 5.3, 5.5. |
| 7 | Strumenti: risposta in frequenza, selezione di strumentazione, siti ed installazione. | Dispense. Shearer, P. M. (2011). Introduction to Seismology, 2nd edition – Capitolo 11. New Manual of Seismological Observatory Practice (NMSOP-2) – Capitolo 7, 8. |
| 8 | Terremoti e statistica: legge di Gutenberg-Richter, legge di Omori, legge di Bath. | Dispense. Stein, S., Wysession, M. (2003). An Introduction to Seismology, Earthquakes, and Earth Structure - Capitoli 4.7.1, 4.7.2. |
| 9 | Tipi particolari di sismicità: indotta, CTBTO, planetaria. | Dispense. New Manual of Seismological Observatory Practice (NMSOP-2) – Capitolo 17. Stein, S., Wysession, M. |
| 10 | Previsione dei terremoti e trasferimento dello stress: ciclo dei terremoti, precursori, stress statico, stress dinamico. | Dispense. Shearer, P. M. (2011). Introduction to Seismology, 2nd edition – Capitolo 10. Treatise of Geophysics, 2nd edition (2015) - “Earthquake seismology” volume - Capitoli 10,11. |
| 11 | Rischio sismico: pericolosità, vulnerabilità, esposizione, rischio, multirischio. | Dispense. Kramer, A.L. (1996). Geotechnical Earthquake Engineering - Capitoli 1, 4. Treatise of Geophysics, 2nd edition (2015) - “Earthquake seismology” volume - Capitolo 23. |
| 12 | Localizzazioni epicentrali ed ipocentrali | Gasparini e Mantovani - Fisica della terra solida - Liguori editore |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
§ SISMOLOGIA
L'esame consiste in una prova orale di circa 30 minuti finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e capacità di comprensione raggiunto dallo studente sui contenuti teorici e metodologici indicati nel programma. Gli studenti potranno iniziare l’esame con l’esposizione di un argomento a loro scelta.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
§ LABORATORIO
L'esame consiste nella lettura dei sismogrammi cartacei o su computer mediante software adeguati al fine di accertare il livello di conoscenza e capacità di interpretazione nell'ambito della sismologia strumentale.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
§ SISMOLOGIA
Parla del tensore di stress e di strain.
Cos’è il tensore elastico e da quante componenti è composto?
Parla dell’analisi spettrale.
Cosa è la convoluzione e perché è alla base dei filtri?
Cosa sono le equazioni di Zoeppritz-Knott?
Illustra i meccanismi di riduzione dell’ampiezza sismica con la distanza dalla sorgente.
Cosa sono i meccanismi focali?
Come possiamo ricavare gli spettri teorici dei terremoti?
Cos’è lo stress drop?
Quali sono le assunzioni alla base delle scale di magnitudo?
Illustra il concetto di saturazione della magnitudo.
Quali sono le differenze tra localizzazioni assolute e relative?
Cos’è la risposta in frequenza di uno strumento?
Illustra come scegliere il tipo di sismometro da installare e il sito in cui installarlo.
Cos’è la legge di Gutenberg-Richter?
Illustra la struttura interna della Terra come suggerita da dati sismologici.
Parla dei segnali sismici che possono essere registrati in ambiente vulcanico.
Quali sono le differenze tra trasferimento di stress statico e dinamico.
Cosa si intende per rischio sismico.
§ LABORATORIO
Lettura di sismogrammi e picking.
Sismometri meccanici ed elettromagnetici.
Magnitudo Richter, locale e magnitudo durata di un terremoto.
Localizzazioni epicentrali semplificate.
Localizzazioni ipocentrali.