UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PERUGIA Facoltà di Scienze della Formazione

1. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PERUGIA Facoltà di Scienze della Formazione Corso di Laurea in Protezione Civile ed Aiuti Umanitari TSUNAMI ED URAGANI FENOMENOLOGIA FISICA E CONSEGUENZE AMBIENTALI Relatore: Prof.ssa Stefania Magliani Laureando: Ing. Antonino IARIA Anno Accademico 2006-2007

2. Argomenti Trattati • STRUTTURA DELLA TERRA • MOTI DEL MARE • MAREMOTI/TSUNAMI • URAGANI • CONCLUSIONI

3. Struttura base della Terra La parte superiore della terra si considera suddivisa in due strati con differenti proprietà deformative: • Litosfera: strato superiore rigidospesso circa 100km sotto i continenti e circa 50km sotto gli oceani, costituito dalla crosta e dalla parte sottostante rigida del mantello • Superiore; • Astenosfera: si estende sino a 700 km di profondità, caratterizzata da rocce meno fragili, cioè deformabili può deformarsi in modo plastico. Litosfera Astenosfera La Litosfera, relativamente fredda, risulta fragile e può quindi fratturarsi dando luogo ai terremoti.

4. ZONA GALLEGGIANTE Temperatura = 1800 - 3000°C Pressione = 250 - 1500 Kbars Densità = 4000 - 6000 Kg/m3 RISCALDAMENTO SUBDUZIONE DORSALE Temperatura = 3000 - 3600°C Pressione = 1500- 3500 Kbars Densità = 10000 - 12000 Kg/m3 Temperatura = fino a 4000°C Pressione = fino a 4000 Kbars Densità = 12500 Kg/m3

5. Terremoti - Origini • variazione del volume del mezzo attraversato • oscillazione delle particelle in direzione ortogonale a quella di propagazione dell’onda sismica producono variazioni locali di forma, ma non modificano i volumi • Sono vibrazioni naturali del suolo provocate dalla improvvisa rottura di un equilibrio energetico interno e possono essere di natura: • Vulcanica • Da crollo • Da esplosione • Tettonica (i più comuni e spesso i più violenti; si producono quando le masse rocciose si fratturano improvvisamente in zone sottoposte a forti tensioni, dovute ad elevate forze geologiche interne; spesso si verificano in corrispondenza di faglie) • Il movimento DINAMICO, è rappresentato dalle onde irradiate dal terremoto quando avviene la frattura, indice dell’energia messa in gioco dal movimento delle placche tettoniche e dissipata sotto forma di ONDE SISMICHE (di norma , fino al 10% del totale)

6. Moti del mare • I parametri significativi necessari per spiegare il comportamento • degli oceani sono di natura: • CHIMICA • TERMODINAMICA • FISICA • Le leggi che regolano i loro rapporti, utili per costruire un modello fisico-matematico di tale comportamento sono dunque: • CHIMICA • TERMODINAMICA • IDRODINAMICA NB. Una trattazione esauriente dal punto di vista analitico non è opportuna. Si presentano soltanto gli strumenti analitico-matematici di base.

7. Equazioni dell’Idrodinamica Equazione di Stato: nell’ ipotesi di densità costante (plausibile per lo stato liquido) Equazione di Continuità: esprime la conservazione della massa nel campo di moto vettoriale

8. Equazioni dell’Idrodinamica Equazione della Dinamica: 4 5 1 2 3 • esprime laconservazione della Quantità di Moto; • è qui resa in termini di forza per unità di massa, e si possono • notare i 5 contributi fondamentali alla variazione del moto: • Campo di pressione • Attrito (A è la componente del tensore degli sforzi lungo z) • L’accelerazione di Coriolis • Il campo di gravità terrestre • La forza astronomica di marea (forze di massa proprie)

9. Equazioni dell’Idrodinamica Equazione dell’Energia: esprime la conservazione dell’Energia e lega fra loro le proprietà termodinamiche. Dato che il moto è incomprimibile (densità costante), tale equazione risulta nel sistema disaccoppiata alle altre, per cui non è necessaria a descrivere il CAMPO DI MOTO dell’Oceano, nelle ipotesi precedentemente indicate.

10. Classificazione delle Onde • Onde gravitazionali: la gravità contrasta gli impulsi del vento • e della pressione atmosferica. Il moto ha periodi compresi fra • 1 e 30 secondi • Onde Infragravitazionali: con periodo fra 0,5 e 5 minuti, generate dal vento o dalla pressione o da interazioni fra onde gravitazionali di diverso periodo • Onde a lungo periodo: rientrano in questa categoria le onde generate dagli TSUNAMI • Onde di marea: a periodo semidiurno e diurno • Onde transmareali: comprendono le fluttuazioni del livello del mare originate da fattori climatici ed ambientali

11. Tsunami (onda sulla costa) • Il fenomeno dello tsunami consiste in una serie di onde anomale a lungo periodoche si propagano attraverso l'oceano • CAUSE: • Derivano da movimenti del fondo del mare, normalmente provocati da forti terremoti sottomarini • Possono anche essere generate da eruzioni vulcaniche e da grosse frane sottomarine • CONSEGUENZE: • abbattendosi sulla costa queste onde sono capaci di distruggere gli edifici • le correnti generate dall'acqua, dell'ordine di 10-20 m/s, possono facilmente trasportare massi di parecchie tonnellate • l'inondazione può interessare tratti di costa di migliaia di km

12. Caratteristiche Tsunami • Capacità di propagarsi su distanze di migliaia di km senza attenuarsi • Velocità dei fronti d’onda (V): può arrivare a 500-700Km/h • λ: compresa fra 10 e 100 Km • Periodo di oscillazione (Τ): compreso fra 5 e 60 minuti • Altezza (A): da qualche cm al metro in mare aperto • (per questo motivo le onde di tsunami che si propagano in mare aperto non sono percepibili dai marinai a bordo delle navi) • Quando le onde di tsunami raggiungono le acque poco profonde dei litorali, rallentano la loro velocità di propagazione ma aumentano di altezza, superando anche i 20 metri

13. Il moto ondoso Traiettorie circolari delle particelle d’acqua Le onde generate dal vento vanno e vengono senza inondare zone a quote più alte Traiettoria rettilinea delle particelle d’acqua Le onde di Tsunami penetrano nella terraferma come un muro d’acqua

14. Tsunami Sri Lanka Il terremoto del 26/12/2004 (stella gialla in figura) è un evento superficiale di tipo compressivo, avvenuto al largo della costa nord-occidentale di Sumatra, all'interfaccia tra la placca Indiana e quella di Burma.

15. Teoria A partire dalla deformazione del fondo del mare, indotta dal terremoto, è stata calcolata la propagazione delle onde di tsunami generate. La figura mostra le massime altezze raggiunte dall'onda. Risulta evidente dalla simulazione che le coste dello Sri Lanka e della Thailandia sono quelle maggiormente colpite dallo tsunami Il video mostra la propagazione delle onde di tsunami generate dal terremoto dell'Indonesia del 26 dicembre 2004. Il colore rosso rappresenta la cresta delle onde (elevazioni positive), il colore verde il ventre (elevazioni negative).

16. Uragani - Origini Il nome Uragano sta quindi ad indicare i Cicloni Tropicali che si formano nell'Oceano Atlantico, che colpiscono il Nord-Centro America, il Golfo del Messico ed i Caraibi. Il nome Tifone è usato per denominare tutti i Cicloni Tropicali che si formano nell'Oceano Pacifico, settore Nord-Ovest. Infatti nel settore Nord-Est vengono ancora chiamati Uragani, la linea di demarcazione corrisponde più o meno a quella di cambio data. Nell'Oceano Indiano vengono chiamati semplicemente Cicloni, e sono tra quelli più pericolosi al mondo, in quanto possono colpire le vulnerabili terre dell'India nella zona del Bangladesh.

17. Descrizione • Un Ciclone Tropicale appare come fosse una densissima circolazione depressionaria costituita da un anello compatto di nubi ben distinguibile, e che circonda l’occhio (centro di rotazione del Ciclone molto ben definito e sgombro da nubi) anche per centinaia di km di diametro. • Il Ciclone Tropicale “vive” esclusivamente sul mare tropicale (quindi a superficie calda), mentre una volta che l’occhio raggiunge la costa, svanisce rapidamente e il più delle volte diventa un sistema extra-tropicale nel giro di 24-36 ore, portando piogge abbondanti e vento a raffiche nelle zone interne non costiere. • Nei Cicloni Tropicali (o TC), gli agenti responsabili primari sono: • il Cumulonembo, la nube a forte sviluppo verticale. Anche nel TC svolge un ruolo fondamentale, caratterizzandone proprio il fatto che la tempesta sia “Tropicale” o “Extratropicale” • La circolazione a livello del mare (detta al suolo) che prende il nome tecnico di LLCC (Low Level Circulation Center)

18. Low Level Circulation Center Si può parlare di LLCC soltanto sui mari tropicali, cioè le fasce di mare comprese tra l’Equatore e i Tropici nei rispettivi emisferi. In queste zone, infatti, domina il campo delle Alte Pressioni Tropicali con correnti in quota e al suolo debolmente orientali (fascia delle correnti orientali Tropicali). L’energia sotto forma di calore, trattenuta al suolo dalle correnti discendenti delle alte pressioni, raggiunge valori molto elevati dato il forte riscaldamento delle acque superficiali degli oceani. La soglia di temperatura a rischio (per le acque superficiali, naturalmente) per la formazione di un Uragano è 26°C. Oltre questa temperatura, i moti ascensionali possono creare delle microfratture nelle alte pressioni Tropicali scatenando fenomeni temporaleschi di calore.

19. Condizioni di sviluppo La LLCC non è normalmente visibile dal satellite (se non in casi eccezionali, come quello nella foto) nelle sue fasi iniziali, perché non produce alcun effetto; è solamente una circolazione d’aria che si è venuta a creare al di sotto dell’alta pressione tropicale, creando così una microcrisi lenta ma perdurante, perché alimentata dagli Alisei.

20. Caratteristiche • L’alta pressione in quota risucchia l’aria dall’alto verso il basso per cui, se si sviluppando delle microcrisi, si possono creare delle zone di divergenza in quota, che letteralmente sono dei punti da cui l’aria dilaga con estrema facilità negli strati adiacenti provenendo dal basso: è questa creatura la traccia inconfondibile della presenza di un TC. • A questo punto dello sviluppo, la convezione ha perdurato per più di 12 ore di fila, ed è il segnale che fa scattare l’allarme nei centri preposti alla gestione degli stati di emergenza per il possibile evolversi di un TC. • Il sistema acquista le caratteristiche di “autoalimentato”, cioè abbiamo: • LLCC: una circolazioni di venti al suolo (il sistema libera calore latente dalla superficie del mare); • Convezione continua e, a tratti, molto intensa al di sopra della LLCC (il sistema cede il calore nell’alta troposfera, il resto si trasforma in energia);

21. Caratteristiche La circolazione al suolo inizia a potenziarsi richiamando aria molto calda e umidissima dalla superficie del calmo mare tropicale ed il sistema cresce rapidamente. Quando la velocità del vento supera i 119 km/h siamo in presenza di un “Uragano”, “Tifone” o “Ciclone”, a seconda del mare dove ci si trova. La velocità del vento è causata dalla convezione, cioè dalla risalita di aria calda all’interno dei cumulonembi permanenti attorno al centro del sistema. Ad un certo punto della sua crescita, il TC inizia ad evidenziare nel suo centro di rotazione (asse) un ben delineato “occhio”, cioè un’area circolare (o quasi) completamente sgombra da nubi. Quando la forza di rotazione del TC raggiunge il limite di aderenza delle nubi attorno all’asse di rotazione, queste si separano per “forza centrifuga”. All’interno si viene a creare una zona di pressione ancora più bassa.

22. Caratteristiche Attorno all’occhio si forma un “anello” di cumulonembi (chiamato in gergo “eye-wall”) densissimo. Nonostante la pressione sia molto bassa, c’è una tenue corrente discendente (anticiclonica) che mantiene l’occhio sgombro da nubi. Notare anche che una parte dell’aria calda risucchiata dall’eye-wall ricade nell’occhio mantenendolo sgombro da nubi. L’intera struttura è tanto potente quanto delicata: infatti, una volta raggiunta la costa, a causa delle deviazioni delle correnti introdotte da una superficie non piatta, l’occhio perde le sue caratteristiche e il TC inizia a degenerare, diventando il più delle volte un sistema frontale Extratropicale.

23. Conclusioni • L’insieme di stazioni sismiche distribuite su di una determinata area, collegate in tempo reale attraverso sistemi di teletrasmissione dei dati ad un unico centro di raccolta, costituisce una RETE SISMICA dalla quale, una volta stabilita la posizione approssimata dell’epicentro del sisma, partono le informative sull’accaduto, che devono essere il più possibile tempestive; • Se il terremoto è sottomarino, e di una certa importanza, il warning riguarda il possibile sviluppo, e quindi una utile previsione, di onde anomale (tsunami); • Il rilevamento satellitare può coadiuvare le attività di previsione ed è utile soprattutto nella valutazione dei mutamenti dovuti ai fenomeni sia di origine marina, sia di origine meteorologica; • Attualmente è possibile effettuare un costante e continuo monitoraggio dell’evoluzione atmosferica, ma non se ne può controllare né prevedere, con sufficiente grado di precisione nel medio e lungo periodo, l’evoluzione (effetto farfalla dovuto alla non linearità dei modelli); • I mutamenti climatici che vengono monitorati negli ultimi anni, portando alla progressiva tropicalizzazione (dal punto di vista climatico) di zone continentali, determinano una possibile maggiore incidenza, soprattutto in prospettiva futura, di fenomeni di natura tropicale in tali aree.

24. Grazie per l’attenzione