Quando avviene un sisma sentiamo parlare di "magnitudo Richter" e, ormai un po' meno, di "Scala Mercalli". Cosa misurano? Che differenze ci sono?

La magnitudo Richter

La magnitudo Richter (ML) chiamata anche Magnitudo Locale, prende il nome dal suo inventore Charles Richter ed è una misura indiretta dell'energia sprigionata da un terremoto. Si tratta di un numero adimensionale che si ottiene a partire dall’ampiezza massima delle oscillazioni registrate da un sismometro standard, chiamato Wood-Anderson, particolarmente sensibile a onde sismiche con frequenza relativamente elevata di circa 1 Hz. In sostanza è un calcolo che viene effettuato sul segnale registrato dagli strumenti e il grande vantaggio è che il suo valore risulta uguale indipendentemente dal luogo dove è stata effettuata la misurazione.

Rispetto a un valore zero di partenza (quindi un sisma praticamente non misurabile), non esiste potenzialmente un valore massimo di magnitudo anche se, fino ad oggi, i terremoti più energetici sono arrivati a magnitudo 9.5 (in Cile negli anni '60). Dietro questo limite, comunque, ci sono anche ragioni fisiche: probabilmente non esistono faglie cosi grandi che possono accumulare valori maggiori di energia sismica (lo vediamo più avanti). Quest'ultima, inoltre, è proporzionale all'ampiezza di oscillazione elevata a 3/2. Ogni unità di magnitudo rappresenta un aumento di 32 volte l’energia rilasciata dalla faglia. Quindi, un terremoto di magnitudo 7 ha circa 32 volte più energia di un terremoto di magnitudo 6, e mille volte (32 x 32) più energia di un terremoto di magnitudo 5.0, e un milione di volte più energia di un terremoto di magnitudo 3.0! Per avere un'idea dell'energia in gioco: il terremoto del Cile del 1960, magnitudo 9.5, avrebbe rilasciato un'energia pari a circa 2,7 miliardi di tonnellate di tritolo!

Quante magnitudo?

Esistono varie tipologie di magnitudo, ognuna basata sull’analisi delle onde sismiche in un diverso intervallo di frequenza. Oltre alla magnitudo Richter (ML), la prima ad essere rilasciata nei bollettini di accadimento di un sisma, vi è per esempio la magnitudo "momento" (Mw) che viene calcolata sull’intero sismogramma ed è quella più rappresentativa della grandezza del terremoto. Il calcolo infatti tiene conto di una stima delle caratteristiche geometriche della faglia, superficie totale e scorrimento lungo il piano di faglia. In genere, differisce dalla magnitudo Richter (o locale) e quando avviene un sisma, questo dato viene rilasciato con un intervallo di tempo maggiore, utile all'elaborazione dei calcoli.

Vi è poi la magnitudo "body-wave" (Mb), ottenuta appunto dalle onde di volume e viene calcolata per quei terremoti che si verificano a più di 2.000 km dalla stazione di misura. Le onde P, infatti, viaggiano all'interno della Terra e sono il primo segnale che raggiunge una stazione sismica a distanza; il valore della magnitudo si calcola sull'ampiezza dell'arrivo dell'onda P al sismometro. Il calcolo però non funziona per terremoti di magnitudo superiore di 6, ovvero anche se la dimensione del terremoto è maggiore il valore raggiunge un massimo per cui non è apprezzabile distinguere eventi più energetici. In questo caso si utilizzano gli altri valori di magnitudo.

Tutte queste misure però non sono strettamente legate all'intensità e dunque agli effetti di un terremoto: immaginate un terremoto di magnitudo 8 in pieno deserto del Sahara. Non arrecherebbe alcun danno e non farebbe alcuna vittima. Ecco perché, per misurare gli effetti e dunque "l'intensità macrosismica" di un terremoto di usano altri parametri.

La scala Mercalli – Cancani – Sieberg (MCS)

Vissuto tra la fine dell'Ottocento e gli inizi del Novecento, Giuseppe Mercalli è stato un famoso geologo italiano cui si devono alcuni tra i primi più importanti studi su fenomeni vulcanici e sismici nel nostro Paese. Grazie alle sue osservazioni dirette condite da dettagliatissimi resoconti scritti, tra il 1888 e il 1890, è stato possibile studiare minuziosamente le ultime eruzioni dell'isola di Vulcano, nonché coniare quel termine, poi globalmente riconosciuto, per identificare le eruzioni tipiche dell'isola eoliana che caratterizzano anche altri vulcani del Mondo: le eruzioni vulcaniane. Profondo conoscitore dei vulcani campani, Vesuvio in primis, ha anche redatto studi di approfondimento sul fenomeno bradisismico dei Campi Flegrei.

Non solo vulcani, infatti, a lui si deve l'invenzione della prima scala di misurazione dell'intensità dei terremoti attraverso l'osservazione diretta dei danni prodotti. La Scala Mercalli inizialmente si componeva di 10 gradi, indicati coi numeri romani, dal grado di intensità I (ovvero un sisma praticamente impercettibile alle persone) al X (grado di distruzione massima, con vittime e fenomeni associati come frane o maremoti). Nel 1902 la scala fu modificata da Adolfo Cancani, fisico romano, che portò i gradi a XII (completamente catastrofico), e poi ancora da August Heinrich Sieberg, geofisico tedesco. Da qui il nome completo "Scala Mercalli-Cancani-Sieberg" o MCS.

I valori vengono generalmente riportati in mappa attraverso la raffigurazione di aree ad eguale intensità osservata. Tipicamente, si osserva una diminuzione dell'intensità man mano che ci si allontana dalla zona epicentrale. Un esempio in tal senso è dato dalle mappe del sito "Hai sentito il terremoto?" dell'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) che consente di compilare un questionario sugli effetti osservati a chiunque abbia avvertito un terremoto (ovvero gli effetti macrosismici). Dai risultati si derivano le rappresentazioni grafiche della distribuzione delle intensità.

Un esempio? Nella figura sottostante è possibile osservare le intensità derivate da chi ha compilato il questionario a seguito dell'evento sismico di magnitudo 4 che ha interessato i Campi Flegrei. Come si osserva, è stata riscontrata un'intensità massima del grado IV-V MCS che corrisponde ad una scossa tra moderata e forte avvertita da molte persone in cui sono stati segnalati caduta di oggetti, oscillazione di oggetti appesi e tremito di infissi o cristalli. La segnalazione sembra però provenire da una zona distante dal sito epicentrale (dintorni di Quarto, mentre l'epicentro è a Pozzuoli), a conferma del fatto che il risultato dell'osservazione di effetti macrosismici può essere soggettiva o che possono esserci stati localmente degli effetti di sito che abbiano amplificato le conseguenze del terremoto. Coerentemente sulla mappa si osserva come l'intensità diminuisca man mano che ci si allontana dall'epicentro, con effetti dunque sempre più blandi. Qualcuno, addirittura, avrebbe avvertito il sisma a Roma!

L'intensità macrosismica è certamente un dato interessante che va però accompagnato alla stima dell'energia del terremoto (magnitudo Richter o altre magnitudo). Trattandosi di un dato qualitativo e soggettivo, da solo non può certamente descrivere con accuratezza il fenomeno sismico.

La Scala Macrosismica Europea (EM-98)

Con il fine di uniformare a livello europeo la valutazione dell'intensità dei terremoti sulla base degli effetti osservati, la Commissione sismologica europea avviò nel 1988 i lavori per una revisione della scala di Medvedev-Sponheuer-Karnik (MSK-64), altro strumento di valutazione dell'intensità macrosismica largamente utilizzato in Europa nella seconda metà del Novecento. Simile alla Scala MCS per gradi e intensità osservate, questo strumento di valutazione è stato testato dai geologi italiani durante i grandi terremoti degli anni '90-'00 (es. Umbria Marche, 1997 – L'Aquila, 2009).

Una delle novità più importanti della EMS-98 è la differenziazione dei tipi di costruzioni in classi di vulnerabilità da un grado massimo "A" ad uno minimo "F". Da questo punto di vista, soprattutto per scopi di pianificazione a grande scala, per studi di scenario a fronte di eventi sismici, una classificazione come quella macrosismica secondo la EM-98 è estremamente utile anche per meglio comprendere i possibili effetti dei terremoti sulle strutture. La scala, per esempio, è stata utilizzata nel recente decreto noto come “Sismabonus”.