1. Cos’è uno tsunami?
2. La fisica di uno tsunami
3. Cosa succede a uno tsunami quando si avvicina alla terraferma?
4. Come vengono misurati o osservati gli tsunami?
5. Lo tsunami nell’Oceano Indiano del 26 dicembre 2004

Cos’è uno tsunami?

Uno tsunami è una serie di onde oceaniche con lunghezze d’onda molto lunghe (in genere centinaia di chilometri) causate da perturbazioni oceaniche su larga scala, come ad esempio:

• terremoti
• scariche
• eruzioni vulcaniche
• esplosioni
• meteoriti

Queste perturbazioni possono essere sia dal basso (es.Queste perturbazioni possono provenire dal basso (ad es. terremoti sottomarini con grandi spostamenti verticali, frane sottomarine) o dall’alto (ad es. impatti di meteoriti).

Tsunami è una parola giapponese con la traduzione inglese: “onda portuale”. In passato, gli tsunami sono stati indicati come “onde di marea” o “onde marine sismiche”. Il termine “onda di marea” è fuorviante; anche se l’impatto di uno tsunami su una costa dipende dal livello di marea al momento in cui lo tsunami colpisce, gli tsunami non sono collegati alle maree. (Le maree derivano dalle influenze gravitazionali della luna, del sole e dei pianeti). Anche il termine “onda marina sismica” è fuorviante. “Sismico” implica un meccanismo di generazione legato al terremoto, ma uno tsunami può anche essere causato da un evento non sismico, come una frana o l’impatto di un meteorite.

Gli tsunami sono anche spesso confusi con le mareggiate, anche se sono fenomeni molto diversi. Una mareggiata è un rapido aumento del livello del mare costiero causato da un evento meteorologico significativo – questi sono spesso associati ai cicloni tropicali.

La fisica di uno tsunami

Gli tsunami possono avere lunghezze d’onda che vanno da 10 a 500 km e periodi d’onda fino a un’ora. Come risultato delle loro lunghezze d’onda, gli tsunami agiscono come onde di acqua bassa. Un’onda diventa un’onda di acqua bassa quando la lunghezza d’onda è molto grande rispetto alla profondità dell’acqua. Le onde di acqua bassa si muovono ad una velocità, c, che dipende dalla profondità dell’acqua ed è data dalla formula:

dove g è l’accelerazione dovuta alla gravità (= 9,8 m/s2) e H è la profondità dell’acqua.

Nell’oceano profondo, la profondità tipica dell’acqua è di circa 4000 m, quindi uno tsunami viaggerà a circa 200 m/s, o più di 700 km/h.

Per gli tsunami generati da terremoti sottomarini, l’ampiezza dello tsunami è determinata dalla quantità di spostamento del fondo del mare. Allo stesso modo, la lunghezza d’onda e il periodo dello tsunami sono determinati dalla dimensione e dalla forma della perturbazione sottomarina.

Oltre a viaggiare ad alta velocità, gli tsunami possono anche percorrere grandi distanze con perdite di energia limitate. Mentre lo tsunami si propaga attraverso l’oceano, le creste dell’onda possono subire la rifrazione (flessione), che è causata da segmenti dell’onda che si muovono a velocità diverse al variare della profondità dell’acqua lungo la cresta dell’onda.

Cosa succede a uno tsunami quando si avvicina alla terraferma?

Quando uno tsunami lascia le acque profonde dell’oceano aperto e viaggia nelle acque meno profonde vicino alla costa, si trasforma. Se hai letto la sezione “La fisica di uno tsunami”, saprai che uno tsunami viaggia ad una velocità che è legata alla profondità dell’acqua – quindi, come la profondità dell’acqua diminuisce, lo tsunami rallenta. Il flusso di energia dello tsunami, che dipende sia dalla velocità che dall’altezza dell’onda, rimane quasi costante. Di conseguenza, mentre la velocità dello tsunami diminuisce, la sua altezza cresce. Questo è chiamato shoaling. A causa di questo effetto shoaling, uno tsunami che è impercettibile in mare, può crescere fino a diversi metri o più di altezza vicino alla costa.

L’aumento dell’altezza dell’onda dello tsunami quando entra in acque poco profonde è dato da:

dove hs e hd sono le altezze dell’onda in acque basse e profonde e Hs e Hd sono le profondità delle acque basse e profonde. Così uno tsunami con un’altezza di 1 m in oceano aperto dove la profondità dell’acqua è di 4000 m avrebbe un’altezza d’onda di 4 o 5 m in acqua profonda 10 m.

Proprio come le altre onde d’acqua, gli tsunami cominciano a perdere energia quando si precipitano sulla terraferma – parte dell’energia dell’onda viene riflessa al largo, mentre l’energia dell’onda che si propaga verso la terraferma viene dissipata attraverso l’attrito del fondo e la turbolenza. Nonostante queste perdite, gli tsunami raggiungono ancora la costa con enormi quantità di energia. A seconda che la prima parte dello tsunami a raggiungere la costa sia una cresta o una depressione, esso può apparire come una marea che sale o scende rapidamente. La batimetria locale può anche far sì che lo tsunami appaia come una serie di onde che si infrangono.

Gli tsunami hanno un grande potenziale di erosione, spogliando le spiagge della sabbia che può aver impiegato anni per accumularsi e minando gli alberi e altra vegetazione costiera. Capace di inondare, o inondare, centinaia di metri nell’entroterra oltre il tipico livello dell’acqua alta, l’acqua in rapido movimento associata allo tsunami inondante può schiacciare case e altre strutture costiere. Gli tsunami possono raggiungere un’altezza verticale massima sulla terraferma sopra il livello del mare, spesso chiamata altezza di rincorsa, di decine di metri.

Come vengono misurati o osservati gli tsunami?

Nell’oceano profondo, uno tsunami ha una piccola ampiezza (meno di 1 metro) ma una lunghezza d’onda molto lunga (centinaia di chilometri). Questo significa che la pendenza, o ripidità dell’onda è molto piccola, quindi è praticamente impercettibile all’occhio umano. Tuttavia, ci sono strumenti di osservazione dell’oceano che sono in grado di rilevare gli tsunami.

Misuratori di marea

I misuratori di marea misurano l’altezza della superficie del mare e sono utilizzati principalmente per misurare i livelli di marea. La maggior parte dei mareografi gestiti dal Bureau of Meteorology’s National Tidal Centre sono stazioni SEAFRAME (Sea Level Fine Resolution Acoustic Measuring Equipment). Queste consistono in un sensore acustico collegato a un tubo verticale aperto all’estremità inferiore che si trova nell’acqua. Il sensore acustico emette un impulso sonoro che viaggia dalla parte superiore del tubo fino alla superficie dell’acqua, e poi viene riflesso indietro nel tubo. La distanza dal livello dell’acqua può quindi essere calcolata usando il tempo di viaggio dell’impulso. Questo sistema filtra gli effetti su piccola scala come le onde del vento e ha la capacità di misurare i cambiamenti del livello del mare con una precisione di 1 mm.

Il mareografo di Cocos Island ha osservato lo tsunami del 26 dicembre 2004 mentre passava vicino all’isola, come mostrato in queste osservazioni fatte durante dicembre.

Satelliti

Gli altimetri satellitari misurano direttamente l’altezza della superficie dell’oceano usando impulsi elettromagnetici. Questi sono inviati dal satellite alla superficie dell’oceano e l’altezza della superficie dell’oceano può essere determinata conoscendo la velocità dell’impulso, la posizione del satellite e misurando il tempo che l’impulso impiega per tornare al satellite. Un problema con questo tipo di dati satellitari è che possono essere molto scarsi – alcuni satelliti passano sopra una particolare località solo una volta al mese, quindi sareste fortunati a individuare uno tsunami, dato che viaggiano così velocemente. Tuttavia, durante lo tsunami nell’Oceano Indiano del 26 dicembre 2004, l’altimetro del satellite Jason si è trovato nel posto giusto al momento giusto.

L’immagine sottostante mostra l’altezza della superficie del mare (in blu) misurata dal satellite Jason due ore dopo che il terremoto iniziale ha colpito la regione a sud-est di Sumatra (indicata in rosso) il 26 dicembre 2004. I dati sono stati presi da un altimetro radar a bordo del satellite lungo una traccia che attraversa l’Oceano Indiano quando le onde dello tsunami avevano appena riempito l’intero Golfo del Bengala. I dati mostrati sono le differenze nell’altezza della superficie del mare da osservazioni precedenti fatte lungo la stessa traccia 20-30 giorni prima del terremoto, mostrando i segnali dello tsunami.

Immagine per gentile concessione della NASA/JPL-Caltech

Il sistema DART

Nel 1995 la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) ha iniziato a sviluppare il sistema Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis (DART). Una serie di stazioni è attualmente dispiegata nell’Oceano Pacifico. Queste stazioni forniscono informazioni dettagliate sugli tsunami quando sono ancora lontani dalla costa. Ogni stazione consiste in un registratore di pressione del fondo marino che rileva il passaggio di uno tsunami. (La pressione della colonna d’acqua è legata all’altezza della superficie del mare). I dati sono poi trasmessi a una boa di superficie tramite un sonar. La boa di superficie trasmette poi via satellite le informazioni al Pacific Tsunami Warning Center (PTWC). Il registratore di pressione del fondo dura due anni, mentre la boa di superficie viene sostituita ogni anno. Il sistema ha notevolmente migliorato la previsione e l’allarme degli tsunami nel Pacifico.

Lo tsunami nell’Oceano Indiano del 26 dicembre 2004

Un terremoto sottomarino nell’Oceano Indiano il 26 dicembre 2004 ha prodotto uno tsunami che ha causato uno dei più grandi disastri naturali della storia moderna. Si sa che oltre 200.000 persone hanno perso la vita.

Le onde hanno devastato le coste di parti dell’Indonesia, dello Sri Lanka, dell’India, della Thailandia e di altri paesi con onde segnalate alte fino a 15 m, raggiungendo la Somalia sulla costa orientale dell’Africa, 4500 km a ovest dell’epicentro. La rifrazione e la diffrazione delle onde hanno fatto sì che l’impatto dello tsunami sia stato notato in tutto il mondo e anche stazioni di monitoraggio del livello del mare in luoghi come il Brasile e il Queensland hanno sentito l’effetto dello tsunami.

Questa animazione (10.4Mb) è stata prodotta dagli scienziati del Bureau of Meteorology’s National Tidal Centre. Un modello numerico è stato utilizzato per replicare la generazione e la propagazione dello tsunami e mostra come le onde si sono propagate intorno ai bacini oceanici del mondo.

Il terremoto ha avuto luogo all’1 circa UTC (8 del mattino ora locale) nell’Oceano Indiano al largo della costa occidentale del nord di Sumatra. Con una magnitudo di 9.0 sulla scala Richter, è stato il più grande dal terremoto del 1964 al largo dell’Alaska e il quarto più grande dal 1900, quando è iniziata la registrazione sismografica globale accurata.

L’epicentro del terremoto è stato localizzato a circa 250 km a sud-est della città indonesiana di Banda Aceh. È stato un raro terremoto megatrust e si è verificato sull’interfaccia delle placche tettoniche dell’India e della Birmania. Questo è stato causato dal rilascio di tensioni che si sviluppano quando la placca indiana si subduce sotto la sovrastante placca birmana. Un terremoto megatrust è quello in cui una placca tettonica scivola sotto un’altra, causando un movimento verticale delle placche. Questo grande spostamento verticale del fondo del mare ha generato il devastante tsunami, che ha causato danni in un’area così vasta intorno all’Oceano Indiano.

Il terremoto è stato anche insolitamente grande in estensione geografica. Si stima che 1200 km di faglia siano scivolati di circa 15 m lungo la zona di subduzione in un periodo di diversi minuti. Poiché i 1.200 km di linea di faglia colpiti dal sisma avevano un orientamento quasi nord-sud, la maggiore forza delle onde era in direzione est-ovest. Il Bangladesh, che si trova all’estremità settentrionale del Golfo del Bengala, ha avuto pochissime vittime nonostante sia un paese popoloso a bassa quota.

A causa delle distanze coinvolte, lo tsunami ha impiegato da quindici minuti a sette ore (per la Somalia) per raggiungere le varie coste. (Vedere questa mappa dei tempi di viaggio). Le regioni settentrionali dell’isola indonesiana di Sumatra sono state colpite molto rapidamente, mentre lo Sri Lanka e la costa orientale dell’India sono state colpite circa due ore dopo. Anche la Thailandia è stata colpita circa due ore dopo, nonostante fosse più vicina all’epicentro, perché lo tsunami ha viaggiato più lentamente nel poco profondo Mare delle Andamane al largo della sua costa occidentale.

Al suo arrivo a terra, l’altezza dello tsunami variava molto, a seconda della sua distanza e direzione dall’epicentro e da altri fattori come la batimetria locale. I rapporti riportano che l’altezza varia da 2-3 m sulla costa africana (Kenya) fino a 10-15 m a Sumatra, la regione più vicina all’epicentro.