Caratteristiche fisiche di uno Tsunami

A cura del Dott. Geol. Pietro Riccobono

Le onde di Tsunami vengono considerate e studiate come onde gravitazionali di superficie, o meglio come “Shallow Water Wave” con una grande lunghezza d’onda L e piccola ampiezza in mare aperto (Ward, 2002).

Nel classico moto ondoso le onde sono caratterizzate da periodi T che solitamente vanno dai 5 ai 20 secondi, fino ad un al massimo 50, e da lunghezze d’onda dell’ordine del centinaio di metri; le onde di uno tsunami, invece hanno un periodo dell’ordine di qualche ora ed una lunghezza d’onda che può raggiungere anche il valore di alcune centinaia di km. In figura 1 viene riportato uno schema esemplificativo che mette in relazione i suddetti periodi d’onda e la forma teorica che descrivono le orbite delle particelle d’acqua coinvolte nella perturbazione in mare aperto:

Figura 1 –  Periodi e orbite delle particelle d’acqua di un’onda di tsunami (Ward, 2002)

• I periodi d’onda  < 50 secondi rappresentano le onde “ordinarie”, con orbite circolari che si estinguono progressivamente con la profondità;
• I periodi d’onda compresi tra i 50 e i 150 secondi sono rappresentativi delle cosiddette “onde di mare morto” o onde lunghe (Swell wave e Forerunners), con orbite quasi circolari nelle zone superficiali che tendono a divenire ellissoidali con la profondità;
• I periodi intorno ai 1500 secondi sono quelli tipici dell’onda di tsunami, in cui le orbite risultano fortemente ellissoidali e interessano il fondo del mare.

Un altro fattore che contraddistingue gli tsunami dalle normali onde marine generate dal vento è lunghezza d’onda L: infatti per gli tsunami essa è molto maggiore e può superare anche i 200 km. Man mano che la profondità del mare diminuisce, anche la lunghezza d’onda diminuisce e contemporaneamente l’altezza dell’onda di tsunami aumenta. Tale fenomeno e prende il nome di “Shoaling Effect” (figura 2).

Figura 2 – Comportamento ed evoluzione di un’onda di tsunami (Tsunami – Glossary, 2013 – Paris, UNESCO. ioc Technical Series, 85).

Un’ulteriore considerazione va fatta sul parametro “velocità dell’onda di tsunami”.  Come già accennato l’onda di tsunami è considerata come un’onda superficiale poiché il valore del rapporto h/L è molto basso (Ward, 2010), dove h indica la profondità della colonna d’acqua. Dunque la condizione che si verifica è h<<L, ovvero acque che risultano poco profonde se paragonate alla grande lunghezza d’onda L di uno tsunami:

Dove C è la velocità di fase, g  l’accelerazione di gravità e h la profondità della colonna d’acqua.

Un semplice calcolo impiegando questa formula ci permette di verificare che, per esempio in un oceano caratterizzato da una profondità di 4000 metri (quale può essere l’Oceano Pacifico) un’onda di tsunami si propaga alla velocità di oltre 700 km/h.

Nota:

Va precisato che nello studio del moto ondoso spesso si fa riferimento alla velocità di fase che rappresenta la velocità con cui si propaga ciascuna componente armonica del moto e non alla velocità lineare a noi tutti più familiare. Nel caso delle onde di superficie le singole onde o il gruppo di onde si muovono insieme, alla stessa velocità. In alcuni casi la velocità di fase dipende dalla lunghezza d’onda L della perturbazione. Se questo avviene si dice che il mezzo di propagazione è dispersivo e il rapporto tra pulsazione e numero d’onda non è più costante, ovvero la dipendenza tra questi due parametri non è più espressa tramite una semplice legge lineare.

Si riporta di seguito lo schema di sintesi proposto da Ward (2010) in merito alle velocità di fase:

Figura 3 – Finestra tsunami Vs onde ordinarie – Nel pannello superiore vengono riportate le velocità di fase C (linee continue), velocità di gruppo C0 (linee tratteggiate) e le profondità oceaniche; nel pannello inferiore: lunghezze d’onda L associate ai rispettivi periodi T.