9797187 - SISMOLOGIA CON LABORATORIO

Fornire conoscenze e abilità nel campo della sismologia, con particolare riferimento alla fisica del terremoto, alla propagazione delle onde sismiche, alla struttura della Terra, all’analisi dei segnali sismici e ai metodi di localizzazione e caratterizzazione dei terremoti. Il laboratorio consente di applicare tali conoscenze all’analisi di segnali e cataloghi sismici, anche mediante strumenti informatici e software dedicati. Tali conoscenze sono fondamentali per l’interpretazione dei processi geodinamici e tettonici, per il monitoraggio dei processi geologici attivi e per la valutazione della pericolosità sismica.

Conoscenza e capacità di comprensione

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Autonomia di giudizio

Abilità comunicative

Capacità di apprendere

L’insegnamento si svolge mediante lezioni frontali ed esercitazioni di laboratorio. Le lezioni frontali sono finalizzate all’acquisizione delle conoscenze teoriche e metodologiche della sismologia, mentre le esercitazioni consentono di applicare tali conoscenze all’analisi di segnali e cataloghi sismici mediante strumenti informatici e software dedicati. Le attività di laboratorio includono l’interpretazione di sismogrammi, l’analisi spettrale e tempo-frequenza, la localizzazione di eventi e l’analisi statistica della sismicità, contribuendo allo sviluppo delle capacità applicative e dell’autonomia di giudizio. 

Qualora l’insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza, potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus.

Per una proficua comprensione degli argomenti trattati nell’insegnamento è importante possedere conoscenze di base di matematica, fisica generale e geologia, con particolare riferimento alle grandezze fisiche fondamentali, ai concetti elementari di meccanica e onde, alla struttura della Terra e ai principali processi geologici e tettonici. È inoltre utile una conoscenza di base dell’uso di strumenti informatici per la gestione e rappresentazione di dati. Tali conoscenze sono da intendersi come prerequisiti culturali utili, e non come propedeuticità formali.

Richiami e riallineamento delle conoscenze iniziali: 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: 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.

Laboratorio: Esercitazioni dedicate all’analisi di segnali e cataloghi sismici mediante strumenti informatici e software dedicati. Le attività includono esempi di elaborazione di dati sismici, analisi spettrale e tempo-frequenza, riconoscimento delle fasi, localizzazione di eventi, analisi statistica di cataloghi, visualizzazione di sismicità e interpretazione di segnali legati a processi naturali.

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). https://bib.telegrafenberg.de/publizieren/bibliotheksverlag/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.

L’esame consiste in una prova orale della durata indicativa di circa 30 minuti, finalizzata ad accertare la conoscenza degli argomenti teorici e metodologici del corso e la capacità di applicarli all’analisi di fenomeni, segnali e cataloghi sismici. Gli studenti potranno iniziare l’esame con l’esposizione di un argomento a loro scelta.

La valutazione terrà conto della correttezza e completezza delle risposte, della capacità di analisi e collegamento tra gli argomenti, dell’uso appropriato del linguaggio tecnico-scientifico e della capacità di discutere e interpretare dati, grafici, mappe e risultati derivanti dalle esercitazioni di laboratorio.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

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. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata — Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento (https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

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.

Interpretare un periodogramma e uno spettrogramma di un segnale sismico, individuando le principali bande di frequenza e discutendone il significato.

Spiegare il teorema di Nyquist e discutere, con un esempio, come l’aliasing possa alterare l’interpretazione di un segnale sismico.

A partire da un sismogramma, riconoscere le fasi P e S, stimare l’intervallo S-P e ricavare una stima della distanza epicentrale.

Illustrare le principali fasi dell’analisi di un catalogo sismico mediante software dedicato, con riferimento alla stima della magnitudo di completezza, del b-value e dell’a-value.