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Fenomeni vulcanici e sismici

I vulcani e i terremoti sono le manifestazioni più immediate della dinamica endogena del nostro pianeta: rivelano l'energia che si genera all'interno della Terra e la sua distribuzione lungo i margini delle placche litosferiche. Studiare la struttura di un edificio vulcanico, il legame fra composizione del magma e stile eruttivo, l'origine dei terremoti e la propagazione delle onde sismiche significa comprendere come la Terra trasforma e libera energia. Questo appunto collega i meccanismi fisici dei due fenomeni alla loro misurazione e alla valutazione del rischio, secondo le Indicazioni Nazionali per le Scienze della Terra del triennio liceale.

4sezionica. 16min di lettura4competenzeLivelloStandard 3 · Approfondimento 1Verificato · 06/2026

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Profilo d’esame

Comprendere i fenomeni endogeni (vulcanismo e sismicità) come manifestazioni della dinamica terrestre e del flusso di energia internoEffettuare connessioni tra tipo di magma, stile eruttivo, sismicità e distribuzione geografica dei margini di placcaInterpretare onde sismiche, sismogrammi e scale di misura (magnitudo e intensità) con linguaggio scientifico correttoValutare il rischio sismico e vulcanico e argomentare l'importanza della previsione e della prevenzione

Operatori:descrivispiegacollegaconfrontaclassificainterpretacalcolagiustificaanalizzaillustra

livello base

A tutti gli indirizzi è richiesto di descrivere struttura e prodotti dei vulcani, l'origine dei terremoti, le onde sismiche e le scale di misura, e di collegare i fenomeni alla distribuzione dei margini di placca.

livello avanzato

Nel Liceo Scientifico e nell'opzione Scienze Applicate si approfondiscono gli aspetti quantitativi (relazione magnitudo-energia, uso dei tempi di arrivo P-S per la distanza epicentrale) e l'integrazione con la tettonica delle placche e lo studio dell'interno terrestre.

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Inhalt · 4 sezioni

Fenomeni vulcanici e sismici

I vulcani: struttura, tipi di magma ed eruzioni#

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Sezione di un edificio vulcanico

Un vulcano è la struttura geologica attraverso cui il magma, cioè roccia fusa ricca di gas disciolti che si forma in profondità, risale e raggiunge la superficie terrestre, dove prende il nome di lava. L'edificio vulcanico tipico è alimentato da una camera magmatica in profondità collegata alla superficie da un condotto (camino) che termina in un cratere; lungo i fianchi possono aprirsi condotti e crateri secondari.

Lo stile di un'eruzione dipende soprattutto dalle proprietà del magma, in particolare dalla sua viscosità, che è governata dal contenuto di silice (SiO₂) e di gas. I magmi basaltici (basici), poveri di silice (circa 45-52 %) e poco viscosi, lasciano sfuggire facilmente i gas e danno eruzioni effusive con lave molto fluide; i magmi acidi (riolitici), ricchi di silice (oltre 63 %) e molto viscosi, trattengono i gas fino a pressioni elevatissime e producono eruzioni esplosive.

Si distinguono di conseguenza diversi tipi di attività: l'attività effusiva (tipo hawaiano e stromboliano) emette colate laviche con eruzioni relativamente tranquille; l'attività esplosiva (tipo vulcaniano e pliniano) frammenta il magma in piroclasti (ceneri, lapilli, bombe) e può generare colonne eruttive e nubi ardenti (flussi piroclastici). A questi stili corrispondono diversi edifici: vulcani a scudo, larghi e bassi, costruiti da lave fluide; strato-vulcani (compositi), ripidi, formati da alternanze di lave e piroclasti; e duomi di lava molto viscosa.

I prodotti dell'attività vulcanica non sono solo le lave: le emissioni gassose (vapore acqueo, CO₂, SO₂) e i materiali piroclastici hanno grande importanza, perché le nubi ardenti e le colate di fango (lahar) sono fra i fenomeni più pericolosi. Esiste inoltre un vulcanismo secondario (fumarole, geyser, sorgenti termali, soffioni) che testimonia attività in fase di esaurimento o quiescente. La distribuzione geografica dei vulcani non è casuale: la grande maggioranza si concentra lungo i margini delle placche, in particolare lungo le fasce di subduzione (la cosiddetta «cintura di fuoco» del Pacifico) e le dorsali oceaniche, oltre che in corrispondenza dei punti caldi (hot spot).

Esempio svolto

Dal magma allo stile eruttivo

Spiega perché un vulcano alimentato da magma riolitico tende a dare eruzioni esplosive, mentre un vulcano alimentato da magma basaltico tende a dare eruzioni effusive. Collega la risposta al tipo di edificio vulcanico atteso.

Identifica la composizione
Il magma riolitico è acido, con contenuto di silice superiore al 63 %; il magma basaltico è basico, con silice intorno al 45-52 %.
Collega silice e viscosità
Maggiore è il contenuto di silice, maggiore è la viscosità del magma, perché la silice forma reticoli che ostacolano lo scorrimento.
Deduci il comportamento dei gas
Un magma molto viscoso trattiene i gas disciolti fino a pressioni elevate: l'improvvisa liberazione dei gas frammenta il magma e genera l'esplosione. Un magma fluido lascia sfuggire i gas gradualmente, dando eruzioni tranquille.
Associa l'edificio
Il magma viscoso costruisce strato-vulcani ripidi o duomi; il magma fluido costruisce vulcani a scudo larghi e bassi.

Risultato: Il magma riolitico, viscoso, trattiene i gas e produce eruzioni esplosive con strato-vulcani o duomi; il magma basaltico, fluido, libera i gas gradualmente e produce eruzioni effusive con vulcani a scudo.

Errori frequenti

Affermare che un magma più «caldo» è automaticamente più esplosivo: in realtà sono i magmi più freddi e ricchi di silice (quindi più viscosi) a dare le eruzioni più esplosive, perché trattengono i gas.
Confondere magma e lava: il magma è la roccia fusa in profondità con i gas disciolti, la lava è il magma che ha già perso gran parte dei gas e affiora in superficie.

Ripasso attivo

Due vulcani emettono magmi diversi: il primo ha lave fluide e contenuto di silice intorno al 49 %; il secondo ha contenuto di silice intorno al 68 % e lave pastose. Per ciascuno indica, motivando, il tipo di magma, lo stile eruttivo prevalente e il tipo di edificio vulcanico atteso.

Richiamo attivo

Ricorda i punti chiave — poi rivela.

Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))

I terremoti: origine, faglie e rimbalzo elastico#

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Ipocentro, epicentro e faglia

Un terremoto (o sisma) è una vibrazione del terreno provocata dall'improvvisa liberazione dell'energia accumulata nelle rocce della litosfera. La maggior parte dei terremoti ha origine tettonica, cioè è legata ai movimenti reciproci delle placche e alla deformazione delle rocce lungo le faglie, fratture della crosta lungo le quali i blocchi rocciosi si spostano l'uno rispetto all'altro.

Il meccanismo è descritto dalla teoria del rimbalzo elastico, formulata da Harry Fielding Reid dopo il terremoto di San Francisco del 1906. Secondo questa teoria le rocce sottoposte agli sforzi tettonici si deformano elasticamente accumulando energia, come una molla che viene caricata; quando lo sforzo supera la resistenza della roccia, questa si rompe lungo la faglia e i blocchi «rimbalzano» tornando bruscamente verso una posizione meno deformata. L'energia elastica accumulata si libera così sotto forma di onde sismiche.

Il punto interno alla Terra in cui avviene la rottura iniziale, da cui partono le onde sismiche, è detto ipocentro (o fuoco); la sua proiezione verticale sulla superficie terrestre è l'epicentro, il punto in cui di norma lo scuotimento è più intenso. In base alla profondità dell'ipocentro i terremoti si classificano in superficiali (fino a 70 km), intermedi (70-300 km) e profondi (oltre 300 km), e questa profondità è strettamente legata al contesto tettonico (i terremoti profondi sono tipici delle zone di subduzione).

Le faglie si classificano in base al movimento relativo dei blocchi: faglie dirette (o normali), associate a regimi di tensione (margini divergenti); faglie inverse, associate a regimi di compressione (margini convergenti); e faglie trascorrenti, in cui i blocchi scorrono orizzontalmente l'uno rispetto all'altro (margini trasformi). La distribuzione mondiale dei terremoti coincide in larga misura con quella dei vulcani e disegna le fasce di confine tra le placche, confermando il legame fra sismicità e tettonica delle placche.

Esempio svolto

Applicare il rimbalzo elastico

Una faglia accumula deformazione per molti anni senza rompersi. Spiega, usando la teoria del rimbalzo elastico, che cosa accade dal punto di vista energetico durante la fase di carico e durante la rottura, e individua dove nasce il terremoto.

Fase di carico
Gli sforzi tettonici deformano elasticamente le rocce ai due lati della faglia: l'energia meccanica viene immagazzinata come energia potenziale elastica (le rocce si comportano come una molla caricata).
Superamento della resistenza
Quando lo sforzo supera la resistenza delle rocce, queste si rompono o scivolano improvvisamente lungo la faglia.
Liberazione dell'energia
I blocchi rimbalzano verso una configurazione meno deformata; l'energia elastica accumulata si libera in pochi secondi sotto forma di onde sismiche e di calore per attrito.
Localizza l'origine
La rottura inizia nell'ipocentro, in profondità; la sua proiezione in superficie è l'epicentro.

Risultato: Durante il carico le rocce accumulano energia elastica; alla rottura l'energia si libera come onde sismiche partendo dall'ipocentro, la cui proiezione in superficie è l'epicentro.

Errori frequenti

Scambiare ipocentro ed epicentro: l'ipocentro è in profondità (dove avviene la rottura), l'epicentro è in superficie (la sua proiezione verticale).
Pensare che le rocce si deformino in modo plastico prima di rompersi: nel modello del rimbalzo elastico la deformazione che precede il sisma è elastica (reversibile), e solo il superamento della resistenza porta alla rottura fragile.

Ripasso attivo

Lungo un margine convergente le rocce sono sottoposte a sforzi di compressione. Indica quale tipo di faglia ci si aspetta, descrivi come la teoria del rimbalzo elastico spiega il terremoto associato e di' dove si trovano ipocentro ed epicentro.

Richiamo attivo

Ricorda i punti chiave — poi rivela.

Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))

Le onde sismiche e la misurazione dei terremoti#

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Sismogramma con onde P e S

L'energia liberata da un terremoto si propaga attraverso la Terra sotto forma di onde sismiche, che si distinguono in onde di volume (che attraversano l'interno del pianeta) e onde superficiali (che viaggiano lungo la superficie). Le onde di volume sono di due tipi: le onde P (primarie) e le onde S (secondarie).

Le onde P sono onde longitudinali (di compressione): le particelle del mezzo oscillano nella stessa direzione di propagazione, come una molla compressa e rilasciata. Sono le più veloci (circa 6-8 km/s nella crosta), si propagano nei solidi, nei liquidi e nei gas e quindi arrivano per prime ai sismografi. Le onde S sono onde trasversali (di taglio): le particelle oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione; sono più lente delle P e, fatto fondamentale, non si propagano nei liquidi. Proprio l'assenza delle onde S nella «zona d'ombra» ha permesso di dedurre che il nucleo esterno della Terra è liquido.

Le onde superficiali (onde di Love e di Rayleigh), pur essendo più lente, hanno ampiezza maggiore vicino all'epicentro e sono le principali responsabili dei danni agli edifici. Lo strumento che registra le onde è il sismografo, che produce un tracciato chiamato sismogramma. Sul sismogramma si leggono prima l'arrivo delle onde P, poi quello delle onde S e infine le onde superficiali, di ampiezza maggiore.

Poiché le onde P viaggiano più velocemente delle onde S, la differenza fra i tempi di arrivo delle due onde (Δt = t_S − t_P) cresce con la distanza dall'epicentro: misurando questo intervallo si può quindi stimare la distanza dello strumento dall'epicentro, e incrociando i dati di almeno tre stazioni si individua l'epicentro per triangolazione. La «forza» di un terremoto si misura con due grandezze concettualmente diverse: la magnitudo (scala Richter e scale derivate), che misura in modo oggettivo e strumentale l'energia liberata, ed è una scala logaritmica e aperta; e l'intensità (scala Mercalli, oggi MCS o europea EMS), che valuta gli effetti del terremoto su persone, edifici e ambiente, ed è quindi una scala descrittiva (gradi da I a XII) che varia da luogo a luogo.

E = \frac{1}{2} m \, v^{2}

energia cinetica

Richiamo (ripasso) di fisica: l'energia accumulata e liberata in un sisma deriva dalla deformazione elastica delle rocce; le onde sismiche trasportano questa energia attraverso il mezzo.

\log_{10} E = 1.5\,M + 4.8

magnitudo ed energia

Relazione (di Gutenberg-Richter) tra magnitudo M ed energia E (in joule) liberata da un terremoto: un aumento di una unità di M corrisponde a un'energia circa 31.6 volte maggiore (poiché 10^{1.5} ≈ 31.6).

d = \Delta t \cdot \frac{v_P \, v_S}{v_P - v_S}

distanza dall'epicentro

Dalla differenza dei tempi di arrivo Δt = t_S − t_P delle onde P e S e dalle loro velocità si ricava la distanza d della stazione dall'epicentro; con tre stazioni si triangola la posizione.

Velocità delle onde P e S in funzione della distanza

Esempio svolto

Stima della distanza dall'epicentro dalla differenza P-S

In una stazione le onde P arrivano alle 10:00:20 e le onde S alle 10:00:35. Con v_P = 8 km/s e v_S = 4,5 km/s, stima la distanza della stazione dall'epicentro.

Calcola Δt
Differenza tra i tempi di arrivo: Δt = 10:00:35 − 10:00:20 = 15 s.
Scrivi la relazione
La distanza è d = Δt · (v_P · v_S) / (v_P − v_S).
Sostituisci i valori
d = 15 · (8 · 4,5) / (8 − 4,5) = 15 · 36 / 3,5.
Esegui il calcolo
15 · 36 = 540; 540 / 3,5 ≈ 154,3 km.

Risultato: La stazione dista circa 154 km dall'epicentro. Per localizzare l'epicentro servono almeno tre stazioni (triangolazione).

Errori frequenti

Confondere magnitudo e intensità: la magnitudo è un valore unico per un dato terremoto (energia liberata), mentre l'intensità cambia da località a località a seconda dei danni osservati.
Dimenticare che la scala Richter è logaritmica: un aumento di un grado di magnitudo non raddoppia l'energia, ma la moltiplica per circa 31,6 volte (un fattore 10 in ampiezza).

Ripasso attivo

In una stazione sismica le onde P arrivano alle 10:00:20 e le onde S alle 10:00:35. Sapendo che v_P ≈ 8 km/s e v_S ≈ 4,5 km/s, stima la distanza della stazione dall'epicentro e spiega quante stazioni servono per localizzarlo.

Richiamo attivo

Ricorda i punti chiave — poi rivela.

Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))

Rischio e prevenzione sismica e vulcanica#

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I tre fattori del rischio

Il rischio è una grandezza che non coincide con il fenomeno naturale in sé: si definisce come il prodotto di tre fattori, cioè la pericolosità (probabilità che un evento di una certa intensità si verifichi in una zona e in un dato intervallo di tempo), la vulnerabilità (predisposizione di edifici, infrastrutture e persone a subire danni) e l'esposizione o valore esposto (quantità di persone e beni presenti nell'area). Una zona ad alta pericolosità ma poco abitata e con edifici antisismici presenta un rischio inferiore rispetto a una zona densamente popolata e fragile.

Per il rischio sismico la previsione deterministica (prevedere il momento esatto di un terremoto) non è oggi possibile: si pratica invece una previsione statistica e probabilistica, basata sullo studio della sismicità storica, sulla mappatura delle faglie attive e sulla classificazione sismica del territorio. La prevenzione passa soprattutto dalla costruzione antisismica, dall'adeguamento degli edifici esistenti, dalla pianificazione territoriale e dall'educazione della popolazione (piani di emergenza, esercitazioni).

Per il rischio vulcanico, invece, la previsione a breve termine è più praticabile, perché molti vulcani danno «segni precursori» prima di un'eruzione: aumento della microsismicità, deformazioni del suolo, variazioni nella composizione e nel flusso dei gas emessi, variazioni di temperatura. Il monitoraggio strumentale continuo (sismografi, GPS, inclinometri, analisi dei gas) consente di seguire l'evoluzione di un vulcano attivo e di emettere allerte; la prevenzione include la perimetrazione delle aree a rischio e i piani di evacuazione.

In Italia il tema ha grande rilevanza concreta: il territorio è in gran parte classificato come sismico e ospita vulcani attivi e pericolosi (Etna, Stromboli, Vesuvio, Campi Flegrei, Vulcano). La sorveglianza è affidata a enti come l'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), mentre la gestione delle emergenze compete alla Protezione Civile. Comprendere la differenza tra fenomeno, pericolosità e rischio è essenziale per valutare in modo critico l'azione di mitigazione e per maturare una corretta cultura della prevenzione.

Esempio svolto

Analizzare il rischio sismico di un territorio

Un comune sorge in un'area ad alta pericolosità sismica, con molti edifici storici non adeguati e un centro storico densamente abitato. Analizza il rischio sismico individuando i tre fattori e proponi misure di mitigazione.

Valuta la pericolosità
L'area è ad alta pericolosità: la storia sismica e le faglie attive indicano un'elevata probabilità di terremoti forti.
Valuta la vulnerabilità
Gli edifici storici non adeguati hanno alta vulnerabilità: tendono a subire danni gravi anche per scuotimenti moderati.
Valuta l'esposizione
Il centro storico densamente abitato comporta un'alta esposizione: molte persone e beni nell'area a rischio.
Combina i fattori e proponi misure
Rischio = pericolosità × vulnerabilità × esposizione: qui tutti i fattori sono elevati, quindi il rischio è alto. Si agisce riducendo i fattori controllabili: adeguamento antisismico degli edifici (vulnerabilità) e pianificazione dell'emergenza con educazione della popolazione (esposizione/danni attesi).

Risultato: Il rischio è elevato perché pericolosità, vulnerabilità ed esposizione sono tutte alte; non potendo ridurre la pericolosità, si interviene sull'adeguamento antisismico e sulla preparazione della popolazione.

Errori frequenti

Confondere pericolosità e rischio: la pericolosità riguarda solo il fenomeno naturale, il rischio include anche la presenza e la fragilità di persone e beni.
Affermare che oggi i terremoti si possono prevedere con esattezza: non esiste una previsione deterministica del momento del sisma; ci si basa su previsione statistica e prevenzione.

Ripasso attivo

Due città subiscono un terremoto della stessa magnitudo a uguale distanza dall'epicentro, ma una riporta crolli e vittime, l'altra danni lievi. Usando i concetti di pericolosità, vulnerabilità ed esposizione, spiega come è possibile e indica due misure di prevenzione efficaci.

Richiamo attivo

Ricorda i punti chiave — poi rivela.

Fonti: Esame di Stato del secondo ciclo — quadri di riferimento e griglie di valutazione (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))

Riferimenti e fonti

Fonti

Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM)

Fenomeni vulcanici e sismici

Punti chiave

Dal magma allo stile eruttivo

Punti chiave

Applicare il rimbalzo elastico

Punti chiave

Stima della distanza dall'epicentro dalla differenza P-S

Punti chiave

Analizzare il rischio sismico di un territorio

Fonti

Fenomeni vulcanici e sismici

Punti chiave

Dal magma allo stile eruttivo

Punti chiave

Applicare il rimbalzo elastico

Punti chiave

Stima della distanza dall'epicentro dalla differenza P-S

Punti chiave

Analizzare il rischio sismico di un territorio

Fonti