25 apr, 2018

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Tsunami. Che cosa è e come viene provocato

Notizie

Uno tsunami è un treno d’ onda, o serie di onde, generata in un corpo di acqua da un impulso repentino che ne sposta verticalmente una colonna. I terremoti, le frane, le eruzioni vulcaniche, le esplosioni e perfino l'effetto degli enti cosmici, quali la caduta di un meteorite, possono generare lo tsunami.


Tsunami è una parola giapponese che significa “Onda del porto” ed è rappresentato da due caratteri, "tsu", significa il porto, il "nami", significa "onda." (tsu-nami).

Tsunami è un termine entrato in uso, soltanto recentemente. In passato, per definire il fenomeno degli tsunami, si diceva comunemente che si era verificata una “eccezionale ondata di marea” o “maremoto”. Bisogna chiarire subito che lo tsunami è un fenomeno diverso dalle maree, benché il suo effetto sulla costa possa essere influenzato dal livello della marea. Infatti le maree sono un fenomeno ciclico, frequente provocato dall’attrazione gravitazionale della luna, del sole e dei pianeti, mentre lo tsunami è un fenomeno eccezionale e, fortunatamente, abbastanza raro. Il termine “onda sismica marina” può indurre in errore perché suggerisce l’idea che la nascita dello tsunami sia dovuta esclusivamente ad un terremoto mentre, in realtà, può essere originato anche da altri fenomeni come frane o meteoriti. In Italia è in uso anche il termine di “onda anomala”.

Lo tsunami consiste in una serie di onde. L’acqua, come qualsiasi liquido, tende ad aderire alle pareti che lo contengono occupando il minor volume possibile del contenitore. La forza di gravità fa sì che la superficie superiore del liquido, in stato di quiete o di equilibrio, appaia assolutamente liscia e piatta come quella visibile in una bacinella colma di acqua lasciata riposare.Se soffiamo sulla superficie dell’acqua nella bacinella vediamo che si formano delle onde: ciò è dovuto al fatto che il nostro soffio ha aumentato la pressione dell’aria in un punto della superficie facendola abbassare.

L’acqua che prima occupava il volume momentaneamente liberato dal nostro soffio si è fa così spazio accumulandosi nella zona circostante e determinandone un momentaneo innalzamento del livello fin al punto in cui la forza di gravità non la spinge nuovamente verso il basso.
Nel “ricadere” l’acqua è soggetta non solo alla gravità ma anche alla spinta impressa dal proprio peso per cui arresta la sua corsa ad un livello più basso di quello che aveva nell’iniziale stato di equilibrio: ciò determina un avvallamento della superficie che richiamerà altra acqua dalle zone circostanti.
Contemporaneamente, cessando l'effetto della pressione esercitata dal soffio, l’acqua tende a tornare ad occupare lo spazio lasciato libero raggiungendo lo stato di equilibrio iniziale. Tuttavia, nella breve frazione di tempo del soffio, parte dell’acqua, che ha espulso, si è riversata, per effetto della gravità, dalla parte opposta del punto di accumulo per cui non è più immediatamente disponibile per riempire interamente lo spazio che era stato liberato dal soffio: ciò determina un avvallamento momentaneo della superficie che richiama a sua volta altra acqua.
Inizia così il processo di successivi “aggiustamenti”, fatto di “accumuli” e di “affossamenti” nella superficie dell’acqua, che chiamiamo “onde”, che con il tempo raggiungerà nuovamente lo stato di equilibrio tornando ad essere piatta.
Lo stesso fenomeno si manifesta aumentando la pressione “dal basso” ed è visibile se colpiamo il fondo della bacinella colma d’acqua: vedremo allargarsi dalla superficie dell’acqua, esattamente nel punto perpendicolare a quello del fondo sul quale abbiamo battuto, una serie di onde. In questo caso le onde sono state generate dall’innalzamento iniziale e dalle successive vibrazioni del fondo della bacinella, ma la loro meccanica è uguale alle precedenti.

Da quanto detto è chiaro che il movimento orizzontale delle onde, che si allargano in cerchi concentrici, è solo apparente mentre in realtà gli unici spostamenti che si verificano sono in senso verticale.

Ogni onda, fra i miliardi di miliardi di onde generate in ogni istante nei liquidi del mondo, ha alcuni elementi caratteristici che la rendono unica.

Questi elementi sono la sua altezza, la sua lunghezza ed il suo periodo.

L’altezza dell’onda misura la distanza fisica (in millimetri, centimetri, metri) fra il suo punto più alto, che si chiama cresta, ed il livello raggiunto dal liquido in stato di quiete.

La lunghezza dell’onda misura la distanza fisica (in centimetri, metri, chilometri) fra le creste (o fra i punti più bassi detti “depressioni”) raggiunti da due onde successive.

Il periodo dell'onda misura la distanza temporale (in secondi, minuti, ore) che separa in un punto, due diverse creste.

L’onda di tsunami è diversa dalle onde generate dal vento, che si possono osservare in un laghetto o su una spiaggia , perché queste sono caratterizzate da periodi e da lunghezze di onda brevi. 
I cavalloni generati dal vento di una tempesta al largo delle coste italiane, per esempio, e che si possono osservare su una delle nostre spiagge, si susseguono l’un l’altro a distanza di pochi secondi e le onde sono distanti fra loro al massimo qualche decina di metri.

Uno “ tsunami”, invece, può essere composto da onde distanti fra loro anche più di 100 chilometri che possono infrangersi sulla costa anche a distanza di molte decine di minuti fra l’una e l’altra.

Nella rielaborazione grafica a fianco viene mostrata l’onda di tsunami generata dal terremoto verificatosi al largo della costa di Sumatra.
La grafica evidenzia le onde (in rosso la cresta, in blu la depressione) e la loro posizione nell'oceano a 30 minuti dall'evento.

Gli tsunami hanno una vita ed un comportamento che è distinguibile in tre fasi.La prima fase è quella del cosiddetto “caricamento dell’energia”.Questa fase corrisponde all’innalzamento repentino di una colonna di acqua a causa di un terremoto o di altri eventi come frane o meteoriti.La seconda fase è quella della “trasmissione dell’energia”. L’energia caricata inizialmente nella colonna di acqua si trasmette, con perdite minime, all’acqua circostante dando origine alle onde di tsunami che si allargano dal punto di origine (epicentro)
La terza fase è quella dello “scaricamento dell’energia”. Le onde di tsunami raggiungono le coste con una quantità di energia pressoché simile a quella dalla quale hanno avuto origine e la scaricano repentinamente sui litorali.
Vediamo in dettaglio le singole fasi.

Gli tsunami di origine sismica
Una delle cause più frequenti degli tsunami sono i terremoti di origine tettonica che spostano l’acqua sovrastante in modo brusco. I terremoti di origine tettonica sono un genere particolare di terremoto e sono associati alla deformazione della crosta terrestre: quando questi terremoti si manifestano al di sotto del fondo marino, l'acqua soprastante l’epicentro del terremoto perde la sua posizione di relativo equilibrio e viene anch’essa mossa bruscamente.
La massa d’acqua che viene così spostata, per effetto della forza di gravità, cerca di riguadagnare lo stato di equilibrio iniziale dando vita al fenomeno ondoso dello tsunami.
I grandi movimenti verticali della crosta terrestre possono avvenire ai contorni della piastre continentali.
Le piastre continentali interagiscono fra loro, slittando e scontrandosi l’una con le altre.
Intorno ai margini dell'Oceano Pacifico, per esempio, le piastre oceaniche più dense slittano sotto le piastre continentali in un processo conosciuto come il “subduzione”: i terremoti generati dalla “subduzione” sono particolarmente efficaci nella generazione degli tsunami.

Gli tsunami originati dalle frane
L’equilibrio relativo dell’acqua del mare può essere compromesso però anche da una improvvisa caduta di materiali come nel caso della frana. L’acqua che occupava il volume invaso dal materiale di frana viene spostata e sospinta verso l’alto generando l’onda di tsunami.
Poiché normalmente i volumi di acqua messi in moto dalla frana sono di modeste dimensioni in rapporto al mare aperto gli tsunami che hanno questa origine interessano aree piuttosto limitate ed hanno conseguenze disastrose solo nelle vicinanze della loro origine od all’interno di bacini di limitate dimensioni come i laghi e le baie.

La seconda fase può essere definita come quella del “trasferimento dell’energia” ed identifica lo spostamento dell’onda in mare aperto. 
L’onda dello tsunami in mare aperto è sottoposta alle stesse leggi fisiche delle onde di superficie che osserviamo nei placidi laghetti di campagna, ma in questo caso le forze sono enormi, ben più potenti di quelle abbiamo messo in gioco con l’esperimento della bacinella.
Ciò significa che l’onda dello tsunami è un’onda molto lunga (anche oltre cento chilometri) e che si muove in un bacino, quello oceanico, profondo migliaia di metri con un rapporto fra la lunghezza dell’onda e la profondità marina molto piccolo. 
Tutte le onde di superficie si muovono ad una velocità che è uguale alla radice quadrata del prodotto dell'accelerazione di gravità (9,8 m/s2) e della profondità dell'acqua.
Ciò vuol dire, per esempio, che nell'Oceano Pacifico, che ha una profondità media di 4000 m, le onde dello tsunami possono raggiungere velocità di circa 200 m/s, cioè oltre 700 chilometri orari.
Oltre a ciò, poiché la perdita di energia accumulata dall’onda è inversamente proporzionale alla sua lunghezza, gli tsunami non solo sono velocissimi, ma possono percorrere anche distanze immense senza indebolirsi in modo significativo.


Osserviamo nuovamente la grafica relativa allo tsunami del dicembre 2004 e consideriamo le diverse lunghezze dell’onda (la cresta è in rosso mentre la depressione è in azzurro) che si dirige in mare aperto (con profondità maggiori) verso l’India e dell’onda che si dirige verso la più vicina costa tailandese.
Si deve notare anche che nello tsunami diretto verso oriente la cresta dell’onda (in rosso) è anticipata dalla depressione (in azzurro).
Questa depressione è stata causata dall’abbassamento del fondo marino speculare a quello subito nel versante occidentale opposto, che ha dato origine, invece, ad un innalzamento della superficie marina (in rosso). 



Sappiamo già che lo tsunami viaggia ad una velocità che è collegata con la profondità dell'acqua, quindi avvicinandosi alla costa, dove le acque sono meno profonde, lo tsunami rallenta.
Come abbiamo già capito, lo tsunami accumula l’energia potenziale sia sotto forma di velocità che di altezza dell’onda. 
Rallentando a causa delle variazioni nel rapporto che determina la velocità delle onde, che ricordiamo essere:

velocità dell’onda = radice quadrata di [accelerazione di gravità (9,8 m/s2) per profondità dell'acqua]

senza cioè le perdite di energia causate ad esempio dagli attriti, l’energia accumulata sotto la forma di “velocità” viene trasferita a quella accumulata sotto la forma di “altezza” dell’onda.
A causa di questo effetto un’onda di tsunami, impercettibile in mare, aumenta la sua altezza avvicinandosi al litorale.

La terza fase della vita dell’onda di tsunami è quella del “rilascio dell’energia” ed identifica il suo comportamento in prossimità della costa.
Quando la profondità del fondo marino, in prossimità della terra ferma, incomincia ad interagire maggiormente con gli attriti l’onda diventa instabile, la sua cresta tende a ricadere in avanti, innescando una turbolenza che dissipa una parte dell’energia accumulata.
Questo rallentamento del fronte dell’onda innesca a sua volta una sorta di “tamponamento a catena” dove l’acqua retrostante si “scontra” con quella che la precede più lentamente.
In questo momento la turbolenza dell’onda è massima e dissipa molta della energia accumulata che, malgrado ciò, rimane elevatissima abbattendosi sulla costa. 
Lo tsunami ha un grande potenziale erosivo capace di cancellare spiagge secolari e distruggere la vegetazione, inondare per centinaia di metri i territori costieri abbattendo costruzioni ed infrastrutture.
L’Onda di tsunami abbattendosi sulla costa può raggiungere un'altezza anche di 30 metri.
Le dimensioni dell'onda mostrate dalla grafica sottostante sono state esasperate per rendere visibile nel suo insieme il fenomeno che, nelle prime fasi di vita, risulterebbe impercettibile.

Dopo che un'onda di tsunami si è abbattuta sulla costa, il riflusso dell'acqua verso il mare provoca una fortissima risacca che può essere anche più pericolosa dell'onda stessa.In qualche caso, all'onda di tsunami segue il fenomeno dello "spiaggiamento": la linea della battigia arretra lasciando scoperte ampie zone del fondo marino normalmente coperte dalle acque.

Nella immagine precedente viene mostrato un tratto di costa (ripreso da satellite) prima dello tsunami del dicembre 2004 e dopo l'abbattimento dell'onda: lo "spiaggiamento" è evidentissimo.
Lo stesso fenomeno si presenta qualora la cresta dell'onda di tsunami sia preceduta dalla sua depressione che richiama, con una fortissima risacca, l'acqua antistante: l'arretramento della linea della battigia può essere un significativo segno premonitore dell'arrivo di una onda di tsunami.

Come si è visto le onde di tsunami perdono energia in prossimità della costa: una parte dell'energia dell'onda è riflessa verso il mare aperto, mentre la restante è dissipata con l’attrito e la turbolenza sul fondo marino che diventa sempre più basso.
Le onde riflesse verso il mare aperto ripetono, con minore energia, il ciclo di vita dello tsunami andando ad interessare coste già battute dall’onda principale o nuovi litorali. Nella simulazione grafica dello tsunami del dicembre 2004 questo fenomeno, che può durare anche molto a lungo, è ben visibile nel tratto di mare che separa l’isola di Sumatra dalla Thailandia dove onde di tsunami si sono ripetute per molte ore.

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