PARTE SECONDA. SISMOGRAFI

PARTE SECONDA.

SISMOGRAFI

Sismoscopî e sismometri a registrazione.

Fu già accennato a pag. 22 come riesca difficile il voler fare una distinzione netta tra sismoscopî, sismometri e sismografi . In verità sarebbero pochissimi quei strumenti che dir si potrebbero propriamente sismoscopî poichè quasi tutti forniscono o la direzione, o l’ampiezza, od il periodo, od altre particolarità d’una scossa e per tal fatto sono veri sismometri . Così che, a rigore, un sismometro si potrebbe ritenere come la riunione di più sismoscopî in un solo apparecchio. Ad es., se il sismometro del Cacciatore (fig. 3) avesse un solo foro, se il sismografo del Palmieri (pag. 26) avesse un sol tubo di mercurio, se i tanti pendoli di svariatissime forme già passati in rassegna fossero obbligati ad oscillare in una sola direzione, ecc., ecc., noi avremmo evidentemente altrettanti sismoscopî.

Per il fatto poi che molti di questi strumenti scrivono le loro indicazioni mediante punte su sabbia, o carte o vetri affumicati, o mediante pennelli o penne ad inchiostro su adatte superficî – sia immobili, sia in movimento, per un tempo più o meno lungo ed anche costantemente giorno e notte – i medesimi possono essere chiamati pure sismografi , quantunque il loro modo di funzionare sia essenzialmente di carattere sismoscopico. Un esempio ne è il sismografo portatile del Palmieri (pag. 36, 69 e 71) composto di parti ben distinte: le une (pendolino, molla a spirale, molla a lamina) destinate a produrre il contatto elettrico, le altre (elettro-calamite e tamburo girevole) destinate a ricevere le indicazioni delle precedenti. Come si vede, si è qui in presenza d’un vero telegrafo, in cui i primi congegni fanno da manipolatore, i secondi da macchina ricevente e nel quale il telegrafista è il terremoto. Invece, tanti altri strumenti già passati in rassegna ed anche modernissimi, i quali scrivono le loro indicazioni in un modo consimile, hanno seguitato a chiamarsi sismoscopî. Ciò spiega le evidenti contraddizioni che s’incontrano ad ogni pie’ sospinto nella denominazione data dai loro inventori, o costruttori, ai loro strumenti i quali possono talora riuscire anche complicatissimi per il loro modo di funzionare mediante elettro-calamite, meccanismi d’orologeria ed altri congegni più o meno difficili, ma che in fondo non sono altro che sismoscopî. Ecco perchè noi abbiamo preferito di parlare indistintamente nella parte prima tanto dei sismoscopî quanto dei sismometri e perfino di qualche sismografo, perchè veramente riesce impossibile il volerne fare una classificazione ben distinta.

In essi la registrazione si può compiere in tre modi diversi: o sopra una superficie immobile, ed allora si ha da fare con istrumenti a registrazione fissa ; o sopra una superficie che si pone in movimento soltanto al principio della scossa e vi perdura per un tempo più o meno breve, ed allora gli strumenti son detti a registrazione occasionale ; o infine sopra una superficie, dotata giorno e notte d’un movimento continuo, ed in questo caso gli strumenti sono a registrazione continua .

La fig. 19 rappresenta in grandezza naturale le indicazioni ( sismogrammi ) lasciate da 3 pendoli dell’Osservatorio di Catania sopra la relativa lastra di vetro affumicata, immobile, in occasione dell’altro violento terremoto Calabro del novembre 1894. Quando siffatti pendoli, denominati anche sismografici sono troppo delicati grazie al debolissimo attrito della registrazione, le loro oscillazioni possono perdurare anche molto tempo dopo cessato il terremoto; ed allora i sismogrammi risultano complicatissimi a mo’ di una matassa arruffata, e non lasciano dedurre alcuna conclusione. D’altra parte, se l’attrito è troppo forte, allora i pendoli possono restare immobili in occasione di scosse leggiere.

Ad evitare questo inconveniente, io ho fatto scrivere un mio pendolo sismografico , i cui movimenti sono amplificati mediante una leva verticale, sulla periferia d’un disco di vetro affumicato il quale automaticamente, fin dal principiare della scossa, cambia rapidamente di posto (ossia a scatti) ad intervalli di tempo di 4-5 secondi; di modo che la registrazione è come se avvenisse sopra altrettante lastre fisse, cambiate successivamente, affinchè le ulteriori indicazioni del pendolo non abbiano da rendere confuse le precedenti e specialmente quelle ottenute all’inizio della scossa. Un esempio di tal genere di registrazione è dato dalla fig. 20, dove il tracciamento comincia a sinistra e finisce a destra, e dove è evidente l’orientazione predominante delle traccie nel senso E-W per l’intera durata della scossa.

Già il Palmieri fin dal 1857, nella descrizione del suo sismografo elettro-magnetico (pag. 26), aveva suggerito l’idea che le indicazioni di questo si sarebbero potute tracciare sopra un tamburo ricoperto di carta affumicata il quale si ponesse in moto alla prima scossa, e pronto a ricevere le indicazioni di altre successive.

La registrazione occasionale fu adottata nel sismografo a torsione del Gray (1880) e fu poco dopo largamente impiegata nel Giappone, dove le indicazioni dei pendoli sismografici erano ottenute sopra lastre di vetro, che si ponevano in moto piuttosto rapido al principiare d’una scossa e vi perduravano per breve tempo.

Un bello esempio di registrazione occasionale si ha eziandìo nel sismografo analizzatore ad un pendolo del Cecchi (fig. 21), esposto pure nel 1884 all’Esposizione di Torino. Nel medesimo le scosse ondulatorie sono registrate da un pendolo, composto d’una sfera P fissa ad un’asta la cui estremità superiore pende dal sopporto A mediante un filo corto e sottile, mentre quella inferiore porta una levetta bilicata B terminante in una punta. Il meccanismo, destinato alle scosse di sussulto, si compone d’un saltaleone U attaccato in alto in F ed in basso in E ad un punto della leva a squadra EHK gravata dalla sfera M come ideò il Gray (pag. 72) fin dal 1881. I movimenti dell’estremità superiore di detta leva sono tra- smessi, mediante un tirante orizzontale, ad altra leva verticale bilicata in L , controbilanciata in alto dalla sferetta C e che scrive in basso mediante un’altra punta bilicata D . Quest’ultima, al pari dell’altra consimile B , poggia sopra una striscia di carta affumicata, chiusa in sè stessa ed a cavalcioni sopra due cilindri m ed n , in modo che risulti orizzontale il tratto di carta sottostante alle due punte B e D . La carta rimane immobile fin tanto che il suolo è tranquillo; ma al sopraggiunger d’una scossa ed in seguito alla caduta dell’asticina in bilico dell’ avvisatore sismico a sfera T (fig. 8), l’orologio O viene arrestato dallo strappo dato al filo, ed in pari tempo è lasciata libera la ventarola o d’un meccanismo d’orologeria N e vengono posti in rapida rotazione i due cilindri m ed n e con essi la carta affumicata, la quale corre colla notevole velocità di 7 mm. al secondo sotto alle punte B e D .

Ma evidentemente, tanto in questo strumento, quanto nei pendoli sismografici giapponesi, testè menzionati, la registrazione non può a meno dall’essere difettosa, e specialmente quando l’oscillazione dei pendoli si effettui proprio nella direzione dello scorrimento della lastra di vetro o della carta. E questa è stata appunto la ragione che mi ha fatto preferire, nel mio pendolo sismografico, la registrazione a scatti dianzi ricordata.

In quanto alla registrazione continua, uno dei più antichi strumenti dove si trovi applicata sembra che sia quello del Kreil (1855), dove i movimenti del pendolo venivano tracciati da una punta esterna sopra un tamburo, che costituiva lo stesso peso pendolare e faceva un giro in 24 ore (pag. 45).

Molto importante, sotto questo punto di vista, è il sismografo elettrico a registrazione continua del Cecchi (fig. 22). Come già si disse a pag. 43, è composto di due pendoli: l’uno di periodo piuttosto lento, gravato in basso d’un peso B , al di sotto del quale vi è una specie di squadra oqC , destinata a sorreggere, mediante il braccio CE , una vaschetta di mercurio F ; l’altro cortissimo P pendente dal braccio mn . Ad ogni contatto tra la punta sporgente da P ed il mercurio contenuto in F la corrente passa nell’elettro-calamita h la cui àncora per mezzo della levetta Poq e del filo nr fa muovere la pennina ad inchiostro s , bilicata dal contrappeso D , sopra un foglio di carta avvolta sul tamburo G . Quest’ultimo fa un giro intero in mezza giornata trascinato dalla sfera delle ore T dell’orologio R , e ad ogni giro si sposta lateralmente di 1 mm. per essere il suo asse di rotazione tagliato a vite. Sul medesimo tamburo scrive la leva a squadra VV collegata al peso S , il quale pende da un saltaleone attaccato in U , e destinata alla registrazione del moto sussultorio (p. 72).

Un identico sistema fu adottato dal Cecchi nel suo microsismografo elettrico a registrazione continua , composto di due sismoscopî: l’uno per le scosse ondulatorie (pag. 49), l’altro per quelle sussultorie (pag. 72).

Basti il fin qui detto per dare un’idea di questo genere di sismoscopî e sismometri, resi in vario modo registratori, e passiamo ad un’altra categoria ben più importante di strumenti, i veri sismografi.

Sismografi a pendolo verticale .

Con i sismoscopî e sismometri, resi anche registratori, si possono certamente ottenere molti elementi utili per lo studio dei terremoti; ma siamo ancora ben lontani dal risolvere il principale problema la cui risoluzione s’impone al sismologo, vale a dire la determinazione ad ogni istante della posizione che assume un punto della terra in seguito al movimento sismico . Il principio che permette un’analisi dei movimenti del suolo, nel corso della loro rapida successione, riposa sulla sospensione d’una massa pesante, fatta in guisa che il suo centro di gravità sia, come si dice, un punto fermo , o punto neutro , in mezzo alle oscillazioni dell’ambiente, cioè indifferente a queste; e ciò allo scopo di poter ottenere la registrazione automatica dei movimenti del suolo in tre componenti ortogonali, cioè in due componenti orizzontali normali tra loro ed una verticale.

Come ho già insistito a pag. 35, è il Cavalleri che ha intuito il partito che si può trarre dall’inerzia delle masse pendolari, considerate immobili al principio d’una scossa, in modo da doversi ritenere il terreno come quello che si muova rapidamente sotto alle medesime.

Ma si deve al Cecchi il merito d’avere costruito (1875) il primo strumento dove si realizzino queste condizioni, strumento da lui chiamato sismografo elettrico a carta affumicata scorrevole, nel quale tanto le due componenti orizzontali, date da due pendoli distinti oscillanti in piani ad angolo retto tra loro, quanto la componente verticale, data da un peso attaccato ad un saltaleone, sono registrate sopra uno stesso cilindro affumicato. Quest’ultimo è messo in rapido movimento allo scattare dell’ avvisatore sismico a sfera (fig. 8). Con uno di questi apparecchi, installato a Moncalieri, si ebbe un bel sismogramma in occasione del disastroso terremoto ligure del 1887.

Un modello più recente (1886) è mostrato dalla fig. 23, dove i pendoli P e Q , oscillanti rispettivamente attorno ai coltelli di sospensione E e C (l’uno in direzione N-S, l’altro in quella E-W), scrivono con qualche ingrandimento e mediante le solite pennine bilicate F e D sopra due distinti cilindri A e B ingranati tra loro e mossi da un unico movimento d’orologeria, che si vede a sinistra. Al verificarsi d’una scossa, cade l’asticina Z dell’ avvisatore a sfera L e, con lo strappo dato al filo, pone in marcia l’orologio mediante la levetta b ; e questa, tirando l’altro filo a , libera la ventarola o del meccanismo d’orologeria, sollecitato dal peso motore T , e fa entrare così in rapida rotazione i due cilindri. Al disotto della base MN dello strumento sta poi sospeso il saltaleone SV il quale, attaccato com’è all’estremità d’una leva a squadra, imperniata in H e gravata dal peso R , scrive sullo stesso cilindro A con la sua estremità superiore. È da avvertire che questo strumento, a causa della piccola amplificazione dei pendoli, è destinato necessariamente a scosse piuttosto sensibili.

Mentre in Italia, per opera del Cecchi, la sismometria faceva il primo passo nella via che più tardi doveva essere trionfalmente battuta, al Giappone una eletta schiera di dotti, riunitisi in Società, diede un vigoroso impulso alla costruzione di strumenti basati sul principio della massa stazionaria e ne’ quali, grazie ad alquanto attrito opposto alle oscillazioni libere del pendolo, questo, per piccoli movimenti del suolo, si comportava come punto fermo . A noi sarebbe impossibile il voler seguire, anche in succinto, i numerosissimi ed assai ingegnosi strumenti che si cominciarono a costruire nel Giappone nel 1880. Ci basti quindi, a titolo d’esempio, nominare i sismometri a pendolo del Gray, dell’Ewing, del Wagner, quelli a pendolo composto ( duplex pendulum ) dell’Ewing, quelli a pendolo orizzontale, detti anche conici ( Braket Seismometer ) del Gray, del Chaplin, dell’Ewing, ecc. ecc.

Nel 1886 il meccanico Brassart, di Roma, si accinse alla costruzione d’un tipo di sismografo, il quale fosse quasi un compendio di tutti i progressi già fatti al Giappone. Il primo strumento, da lui costruito e denominato sismometrografo , consisteva in un pendolo lungo un metro, con massa in forma d’anello orizzontale di 10 Kg., nel cui centro corrispondeva un pernetto, collegato ai bracci corti (ad angolo retto tra loro) di due leve amplificanti nel rapporto di 1 a 10. I bracci lunghi di queste leve, resi paralleli e ad una distanza di pochi centimetri l’uno dall’altro, venivano con le loro estremità, munite di aghi, a trovarsi sopra una striscia di carta affumicata, chiusa in sè stessa ed a cavalcioni sopra un cilindro ad asse orizzontale, comandato da un orologio. Soltanto al funzionare d’un sismoscopio a verghetta (pag. 67) annesso allo strumento, l’orologio entrava in movimento e con esso la carta affumicata, e così si aveva modo di conoscere non solo l’ora della prima scossa, ma anche di tutte le altre successive. Queste due leve, come ben si comprende, davano le sole due componenti orizzontali del moto sismico. Per la verticale, era utilizzata una seconda massa, collegata ad un saltaleone, presso a poco come fece il Cecchi nei suoi sismografi (fig. 21, 22 e 23). I movimenti verticali di questa seconda massa venivano registrati, mediante l’accoppiamento di due leve, convenientemente disposte, sulla stessa zona di carta affumicata ed a fianco di quelli orizzontali della prima massa.

Siccome per la velocità troppo piccola della carta (10 cm. all’ora) non era possibile fare un’analisi delle scosse, così il Brassart costruì un altro strumento affatto uguale al precedente, salvo che per la registrazione. Infatti le tre componenti erano registrate sopra una lastra di vetro affumicata, la quale si poneva in rapido scorrimento soltanto al funzionare del solito sismoscopio a verghetta , annesso all’apparecchio.

Un anno dopo, il Brassart costruì un altro tipo di sismometrografo , nel quale con una sola massa, sospesa ad un saltaleone, riuscì a registrare tutte e tre le componenti; ed è questo tipo di strumento quello che è stato costruito in più modelli, sparsi ancora qua e là in molti osservatorî italiani.

Però, a causa della scarsa sensibilità del sismoscopio a verghetta , dal quale dipendeva l’entrata in movimento tanto della zona quanto della lastra affumicata, la registrazione era fatalmente perduta per tutte quelle lievi scosse che non riuscissero a far funzionare quel sismoscopio. In seguito a ciò, io riconobbi l’opportunità di tenere in moto perenne la striscia di carta in uno degli strumenti (reso così a registrazione veramente continua) e di far dipendere la corsa della lastra dell’altro strumento non da uno solo, ma da più e svariati sismoscopî. Un’idea dei tracciati che si ottenevano sulla lastra affumicata, è data dalla fig. 24 che rappresenta, in grandezza naturale, il sismogramma che si ottenne a Roma in occasione d’una lieve scossa ivi sentita il 23 febbraio 1890.

Ma, come si vede, la velocità della lastra era troppo limitata, ed in seguito io proposi di decuplicarla. Con la nuova velocità fu registrato a Catania il sismogramma, rappresentato dalla fig. 25 nella scala di 1 a 4 e relativo alla scossa disastrosa delle Calabrie del 16 novembre 1894.

La fig. 27 rappresenta ingrandito 50 volte il movimento effettivo della torretta del Collegio Romano in senso orizzontale, in occasione dello scoppio d’una polveriera presso Roma avvenuto il 23 aprile 1891, movimento che si potè ricostruire in base alle componenti orizzontali tracciate da un sismometrografo Brassart a lastra affumicata installato sulla torretta stessa, durante i tremiti trasmessi dal suolo avanti l’arrivo della 1ª ondata atmosferica, la quale provocò in città la rottura di tante migliaia di vetri ed altri guasti ancor più gravi.

Però con questi strumenti del Brassart, per quanto si cercasse di ridurne gli attriti – fino al punto che fu possibile registrare sulla lastra affumicata (fig. 26) i movimenti provocati sulla torretta del Collegio Romano dal passaggio di soldati a circa 200 metri di distanza – pure vi era un limite alla registrazione delle piccole scosse. È per questo che io costruii nel 1892 un nuovo sismometrografo con un pendolo lungo 6 metri e con massa pendolare di 75 kg., utilizzata esclusivamente alla registrazione delle sole componenti orizzontali con un ingrandimento di 10 volte. Con esso ebbi risultati meravigliosi, poichè si cominciarono a registrare anche terremoti avvenuti fuori d’Italia e perfino nel remoto Giappone.

Risultati ancor più importanti si ottennero da altro consimile sismometrografo (1894) rappresentato dalla fig. 28, dove M è una massa di piombo di 200 kg. sospesa ad una verga A di ferro di ben 16 metri di lunghezza. I movimenti della massa sono moltiplicati 12 volte da due leve orizzontali girevoli attorno agli assetti verticali s ed sʹ . I bracci corti, a forma di asole, di dette leve sono ad angolo retto tra loro e racchiudono la verga A, in modo che i movimenti di quest’ultima vengono decomposti nelle due componenti N-S ed E-W . Le estremità dei bracci lunghi l ed lʹ di dette leve – costruite a forma pimidale con tubi vuoti, affinchè siano rigide e nel tempo stesso leggerissime – scrivono con pennine ad inchiostro, ben bilicate, sopra la zona di carta Z che un meccanismo d’orologeria c , mosso dal peso motore P, fa svolgere da un rullo di provvista in ragione di 30 cm. all’ora. Infine una 3ª pennina h , detta oraria, scrive il tempo a fianco, delle due predette ⁵ . A titolo d’esempio riporto nella fig. 29 il sismogramma, in grandezza naturale, dato dal nuovo strumento in Roma, in occasione d’un fortissimo terremoto avvenuto nell’Asia M. il 29 gennaio 1898. La fig. 30 riproduce il sismogramma, ridotto alla scala di 3 : 5, relativo al disastroso terremoto d’Aidin (Asia M.) del 20 sett. 1899, registrato a Pavia.

Uno strumento consimile, fatto costruire dal Cancani, fu poco dopo installato negli Osservatorî di Rocca di Papa e di Catania.

Microsismografi.

Il Vicentini volle accrescere ancor più la sensibilità dei precedenti strumenti, portandone l’ingrandimento fino a 100 volte. L’apparecchio, dovendo servire specialmente per scosse estremamente piccole, fu dall’autore denominato microsismografo ( micros = piccolo ) ed è rappresentato dalla fig. 31 sotto la forma di uno dei primi modelli. La massa di piombo M (100 kg.), sospesa a tre fili che in alto si riuniscono ad un unico filo di sospensione, è impedita dall’oscillare troppo da 4 viti V fissate all’anello A . Nel punto di mezzo della base inferiore è collegato il braccio corto d’una leva verticale di alluminio l , la quale è bilicata sopra una punta e termina alla sua estremità inferiore con un ago, il quale fa lo stesso ufficio del pernetto sporgente dalla massa pendolare del sismometrografo Brassert (pag. 94). Infatti quest’ago penetra nelle asole dei due bracci corti a ed aʹ di due levette orizzontali i cui bracci lunghi sono costituiti da fili di vetro, così sottili che neppure si scorgono nella figura, e sembrano le zampe d’un ragno. Essi scrivono sopra una zona di carta affumicata chiusa in sè stessa ed a cavalcioni sul solito tamburo, mosso da un orologio. La zona di carta è in continuo movimento, e per impedire la sovrapposizione dei tracciati, viene tesa in basso dal peso d’un cilindro il cui asse non è parallelo a quello del tamburo. Ciò ha per effetto di far spostare la zona lateralmente, in modo che si hanno sulla stessa tre fasci di linee, due corrispondenti ai tracciati delle leve, ed uno a quello d’una pennina oraria che scrive sul margine della zona. L’ingrandimento totale dello strumento è di 1 a 100, poichè la leva verticale moltiplica 20 volte e 5 ciascuna delle orizzontali. La leggerezza di quest’ultime è straordinaria, e veramente meravigliosa riesce la sottigliezza dei tracciati, come si può farsene un’idea dal sismogramma.

In successivi modelli l’autore ha perfezionato lo strumento, e recentemente vi ha aggiunto la componente verticale utilizzando un’altra massa di 50 Kg. all’estremità libera d’una robusta spranga d’acciaio orizzontale, fissata al muro per l’altro capo, precisamente come nei sismoscopî accennati a pag. 69. I movimenti di questa seconda massa sono registrati, mediante due leve accoppiate, sopra la stessa zona affumicata a fianco delle due componenti orizzontali. Il microsismografo Vicentini se da una parte presenta l’incomparabile vantaggio di mettere in evidenza anche le microscopiche perturbazioni del tracciato, grazie all’estrema sottigliezza delle punte scriventi, dall’altra ha l’inconveniente di essere troppo delicato, di riunire troppe linee sulla stessa zona e di richiedere il fissaggio del nerofumo, senza parlare del deterioramento rapido delle zone ed anche dello sforzo della vista nello studio de’ sismogrammi.

Fu precisamente in seguito a queste considerazioni che io costruii nel 1899 il mio microsismometrografo a due velocità , rappresentato dalla fig. 33, e così chiamato perchè dev’essere un sismometrografo destinato in special modo alla registrazione delle piccole scosse. La massa pendolare di piombo M ( Kg. 500) è attaccata, mediante una sospensione trifilare A , ad un’altezza di circa 10 metri. Nel centro ha una cavità cilindrica dove si trova la leva verticale in alluminio X, il cui braccio corto è collegato al centro di gravità della massa, mentre il suo punto di rotazione, o fulcro, è fissato alla base dello strumento. Il braccio lungo, rivolto in su, termina in un ago il quale penetra nel punto d’incrocio di due asole ad angolo retto tra loro e praticate, come s’è visto anche nei precedenti strumenti, nei bracci corti di due leve orizzontali l e lʹ pure in alluminio, ruotanti attorno agli assetti v e vʹ e moltiplicanti nel rapporto di 1 a 14. E siccome la leva verticale X ingrandisce 5 volte, così si comprende come le estremità delle leve l ed lʹ , munite di pennine ad inchiostro ben bilicate, possano scrivere i movimenti del pendolo, moltiplicati 5 × 14 = 70 volte, sulla zona di carta Z . Quest’ultima poi, mediante un meccanismo d’orologio contenuto nell’interno del cilindro c , si svolge dal rullo di provvista R con la velocità costante di 70 cm. all’ora. Le elongazioni della massa pendolare sono limitate da 4 viti V nella direzione dei 4 punti cardinali ⁶ . Questo strumento riportò il Grand Prix all’Esposizione universale di Parigi del 1900 e tracciò a Rocca di Papa i due sismogrammi, ridotti nella scala di 1 : 2 nella fig. 34 relativi a due forti scosse avvenute il 4 aprile 1904 in Bulgaria a pochi minuti di distanza. ⁷

Sismografi a pendoli orizzontali.

Era naturale il pensare di rendere registratore il sismoscopio a pendolo orizzontale del Grablovitz (fig. 16), facendo scrivere le estremità delle due leve a sopra una zona di carta in costante movimento. È appunto questo che ha fatto lo stesso autore, costruendo nel 1896 i suoi pendoli orizzontali ad orientazione esagonale , fissati direttamente al muro. Quello centrale è rappresentato dalla fig. 36 colla massa M (5 Kg.) appesa al filo f di un metro e scrivente colla pennina p sopra il tamburo t . La disposizione dei tre pendoli Mɪ , Mɪɪ e Mɪɪɪ , è mostrata in piano dalla fig. 37, dove si vede come i pendoli esterni scrivono sul tamburo t mediante le leve B a gomito. Poco dopo, il Grablovitz aumentò la massa a 12 Kg., il filo a 2 metri e l’ingrandimento fino ad 8 volte, ma limitò a due il numero dei pendoli, e li pose ad angolo retto fra loro.

Nel 1896 anche il Cancani installò a Rocca di Papa due pendoli orizzontali a registrazione continua ad inchiostro, ma rigidi, cioè sospesi a due punte come nelle fig. 13, 14 e 38, e ne’ quali il peso era di 25 Kg. e la distanza tra le punte di ben 5 metri. A titolo di esempio riporto nella fig. 35 (pag. 110) il bel sismogramma (ridotto nella scala di 1 : 2) lasciato da uno di questi pendoli orizzontali (quello N-S ), da me perfezionati e resi ben più sensibili, in occasione d’un violento terremoto, avvenuto in Asia presso il Lago Baikal il 23 luglio 1905.

Pel fatto che i pendoli orizzontali, pur conservando dimensioni modestissime, possono dare periodi lenti oscillatorî, paragonabili a quelli di lunghissimi pendoli verticali (pag. 56), il loro impiego riesce assai conveniente per scosse locali dove il terreno vibra piuttosto rapidamente, ed allora le vibrazioni rapide si scorgono assai bene sovrapposte a quelle lente proprie dello strumento.

La tavola annessa rappresenta un mio sismografo (1900) destinato ai fortissimi terremoti e perciò denominato macrosismometrografo ( macros = grande) in contrapposto al microsismometrografo (pag. 107). Consiste in due pendoli orizzontali ad angolo retto tra loro, ruotanti attorno agli assi O ed Oʹ e con le masse M ed Mʹ d’un paio di Kg. soltanto, non essendovi qui nulla da temere dagli attriti, anche perchè la registrazione dei movimenti si fa senza amplificazione di sorta sulla zona di carta affumicata Z . L’iscrizione si fa mediante aghi q e qʹ , situati alle estremità dei bracci l ed lʹ , e quest’ultimi sono collegati rigidamente cogli stessi sostegni T e Tʹ delle masse. Lo strumento esposto all’Esposizione di Brescia del 1902, è a registrazione occasionale , poichè la carta affumicata, ordinariamente ferma e posta a cavalcioni sul cilindro C , si pone in rapido movimento, grazie ad un meccanismo d’orologeria Q , soltanto allo scattare di qualche pigro sismoscopio, collegato elettricamente con la bobina E ; ed allora soltanto l’ago qʹʹʹ comincia a tracciare il tempo, di secondo in secondo, sul margine della zona. Per la registrazione della componente verticale serve una terza massa Mʹʹ , all’estremità della leva Tʹʹ , ruotante attorno all’asse di rotazione orizzontale Oʹʹ e tenuta in equilibrio dalla tensione di 4 saltaleoni A fissi in alto al sostegno S ed agganciati in basso all’asse o . Però, allo scopo di determinare nel sistema oscillante un ritmo abbastanza lento, l’asse o rimane un poco al di sotto dell’asse O della leva Tʹʹ , come ha consigliato di fare l’Ewing (1881) ⁸ . I movimenti del telaio sono trasmessi dalla levetta a squadra L al braccio corto n di una leva, la quale ruota attorno all’asse verticale s ed il cui braccio lungo lʹʹ scrive in mezzo agli altri due l ed lʹ , ma alquanto indietro per non urtarli.

L’Omori costruì al Giappone pendoli orizzontali consimili a quelli del Grablovitz (pag. 111), ma dotati d’una moltiplicazione alquanto più notevole, e lo Stiattesi (1900) installò a Quarto presso Firenze una coppia di pendoli orizzontali tipo Cancani (pag. 112), ma con massa di ben 250 Kg. La fig. 38 dà una idea d’uno di siffatti pendoli. L’altro, affatto identico e non visibile nella figura, si deve intendere orientato ad angolo retto per rispetto al primo, e scrivente con la rispettiva leva orizzontale sullo stesso tamburo.

Qualche anno dopo, lo Stiattesi raddoppiò la massa de’ suoi pendoli e potè così portare l’ingrandimento a 50 volte. La potenza di questi pendoli è dimostrata dal fatto che, in occasione anche di lontanissimi terremoti, dànno sismogrammi amplissimi e nitidissimi, e talora l’ampiezza delle oscillazioni raggiunge sulla carta parecchi decimetri!

L’esperienza ha dimostrato pienamente il vantaggio che si può trarre dall’impiego di enormi masse pendolari, le quali permettono ingrandimenti sempre più forti. Questo punto di vista, sempre sostenuto dai sismologi italiani, trionfa sempre più, ed oggi lo vediamo accettato anche nella stessa Germania, ove per il passato erano in maggiore considerazione alcuni strumenti sismici a piccole masse, ma a registrazione fotografica, appunto allo scopo di sopprimere gli attriti (pag. 121 e 123). Così da qualche anno il meccanico Bosch di Strasburgo ha costruito numerose coppie di pendoli orizzontali, a registrazione meccanica; e più recentemente, dietro l’esempio dell’Omori, ha costruito un pendolo orizzontale con massa di 100 Kg. ed ingrandimento di 80 a 100 il quale, per la sua estrema delicatezza, è stato chiamato tromometro .

Però da pochi anni il Wiechert ha costruito un sismografo con ingrandimento di circa 200 volte, ove la massa pendolare è di 1000 Kg. sotto forma d’un cubo di ghisa poggiante su di una punta fissa al suolo, e tenuto in posizione quasi esattamente verticale come una specie di pendolo rovescio (pag. 47). Varî modelli di questo strumento funzionano, qua è là, in tutta la Germania. E più recentemente lo stesso autore ha costruito un altro sismografo, ove la massa di ben 17000 Kg. permette un’amplificazione di 2000 volte! Si faccia il confronto con il sismografo del Cecchi del 1876 e si sarà convinti dell’enorme progresso fatto dalla sismometria negli ultimi 30 anni.

Sismografi a liquidi.

Inspirandosi ai tubi pieni di mercurio del Palmieri (pag. 26) il Grablovitz fin dal 1894 installò ad Ischia i suoi livelli geodinamici a registrazione continua , consistenti in due livelli N-S ed E-W ad angolo retto tra loro, come li mostra la fig. 39 in piano e la fig. 40 in elevazione. Ognuno si compone d’un tubo pieno di acqua d’un paio di metri di lunghezza e di 15 cm. di diametro. Sulla superficie libera galleggiano 4 piatti di zinco s, n, e e w , di cui n e w sono destinati a registrare le variazioni di livello dell’acqua mediante leve scriventi sopra l’unico tamburo t con l’amplificazione di 1 a 50. Per impedire la sovrapposizione dei tracciati nel tamburo, invece di far spostare quest’ultimo, l’autore è ricorso all’artifizio di far salire gradatamente il livello nei vasi, mediante i cilindri c (fig. 40) che s’immergono gradatamente, per mezzo d’un motore speciale m , entro fori centrali dei galleggianti s ed e .

Ad evitare gli effetti dell’attrito che l’acqua subisce entro i tubi, lo stesso autore ideò la vasca sismica impiantata la prima volta nel 1895, quale è rappresentata in piano dalla fig. 41. È una vera vasca C di forma cilindrica di metri 1½ di diametro ed 1 di profondità, riempita d’acqua, su cui galleggia un disco di zinco d’un diametro un po’ minore e che serve alla registrazione mediante le leve l scriventi, per mezzo delle pennine p , sopra un unico tamburo t . I due bracci corti delle leve, le quali amplificano i movimenti del coperchio di zinco nel rapporto di 1 a 100, sono collegati col medesimo, mentre i loro fulcri s sono fissi sul bordo della vasca dal lato W e N .

Apparecchi a registrazione fotografica.

È evidente che la registrazione fotografica si può adoperare in ogni genere di strumenti sismici; ma per ragioni ovvie è stata limitata a quei casi in cui s’è voluto raggiungere una straordinaria sensibilità.

Già prima del 1883 lo Chesneau aveva proposto di registrare fotograficamente i movimenti di due pendoli, sospesi bifilarmente ed oscillanti ad angolo retto l’uno per rapporto all’altro; ed a tale scopo la massa pendolare era la stessa lente che doveva servire a concentrare i raggi luminosi sul registratore.

E così pure il Gruey (1891) aveva proposto la registrazione, sopra uno stesso foglio di carta fotografica, delle inclinazioni eventuali del suolo servendosi dei raggi riflessi dal mercurio contenuto in due bacinelle distinte, allo scopo di ottenere le due componenti del moto.

Però, a quanto io sappia, von Rebeur-Paschwitz è stato il primo a registrare effettivamente colla fotografia i movimenti d’un pendolo orizzontale leggerissimo, ma rigido, bilicato su due punte e precisamente del tipo rappresentato dalle fig. 13 e 14. Uno specchietto, attaccato al pendolo, serviva a riflettere ed a concentrare sul registratore fotografico un fascio di raggi, inviatigli da una lampada fissa al suolo. Le prime osservazioni di tal genere rimontano al 1888-89 e furono eseguite a Potsdam ed a Wilhelmshaven, e poco più tardi a Teneriffa, Nicolaiew e Strasburgo.

Fin dal 1890 io stesso costruii un tromometro a reg i strazione fotografica , nel quale erano registrate le due componenti del movimento, già meccanicamente amplificate, d’un pendolo verticale, e anzi in seguito (1893) questo strumento fu perfezionato; ma in presenza de’ meravigliosi risultati che in quell’anno si cominciarono ad ottenere con i sismometrografi a grande massa (pag. 100) non si pensò più in Italia alla registrazione fotografica, come troppo dispendiosa e perchè forniva sismogrammi assai meno nitidi e particolareggiati di quelli a registrazione meccanica. Si deve fare solo eccezione per il tromometro libero fotografico (1901) del Melzi, che per poco tempo funzionò a Firenze all’Osservatorio della Querce, e rimase ben tosto ecclissato dagli splendidi sismogrammi d’una coppia di pendoli orizzontali tipo Stiattesi , colà impiantati.

Invece, la registrazione fotografica ricevè in Germania un notevole impulso per parte dell’Ehlert. Egli utilizzando una disposizione, analoga a quella dei pendoli esagonali del Grablovitz (fig. 36), costruì il suo triplo pendolo orizzontale , il quale sorpassò in sensibilità quello stesso, già delicatissimo, del von Rebeur Paschwitz, specialmente per la grande distanza (ben 5 metri) del registratore dallo strumento.

Anche il Milne in Inghilterra costruì (1895) un pendolo orizzontale a registrazione fotografica, analogo a quelli del Grablovitz (fig. 15 e 36), cioè colla sospensione a filo, e con un sistema nuovo di registrazione il quale, pur dando nitide imagini, non permette però forti ingrandimenti. Questa è la ragione per cui non può uguagliare la sensibilità di quello dell’Ehlert e spesso rimane al di sotto anche di quella dei moderni sismografi a registrazione meccanica. Il pendolo orizzontale del Milne ha tuttavia il vantaggio di funzionare in una trentina di Osservatorî sparsi si può dire in tutto il mondo, e di fornire così indicazioni utilissime per lo studio dei terremoti di grande estensione.

Apparecchi a registrazione veloce-continua.

Abbiamo già visto che per avere sismogrammi particolareggiati al momento d’una scossa, si ricorre alla registrazione occasionale, provocata dal funzionamento di sismoscopî, più o meno sensibili, a seconda della delicatezza del sismografo (pag. 82, 85, 91, 95 e 97).

L’Eving pensò di fare a meno dei sismoscopî, facendo scrivere le estremità delle leve sulla periferia d’una lastra rotonda di vetro affumicato di gran diametro, la quale gira continuamente giorno e notte (un giro in 80 secondi), e per conseguenza è sempre pronta a ricevere a grande velocità il sismogramma. Ma vi è il pericolo della sovrapposizione dei tracciati, se la durata del movimento sia alquanto notevole, o se sopraggiungano diverse scosse; di più, a lungo andare, le linee tracciate dagli stili scriventi possono diventare così larghe da obliterare i piccoli sismogrammi; e infine è impossibile determinare l’ora del principio e delle altre fasi dei medesimi.

Per queste ragioni il Cancani (1899) applicò il suo sistema di registrazione veloce-continua ad un sismometrografo a pendolo verticale, quale è rappresentato dalla fig. 42. Consiste in una massa cilindrica di piombo M di circa 300 Kg., sospesa ai tre fili A . Dal punto di mezzo della base superiore sporge un pernetto d’acciaio X verticale collegato, come il solito, con i bracci corti di due leve orizzontali l ed lʹ le quali scrivono sulla carta affumicata Z , a cavalcioni sul tamburo C , mosso da un meccanismo d’orologeria t . L’asse del tamburo C è tagliato a vite di piccolo passo, in modo che durante la rotazione la carta è obbligata a spostarsi sempre dalla stessa parte. Per segnare il tempo, l’autore ha adottato il sistema di far sollevare ad intervalli e per pochi secondi le stesse leve, in modo da ottenere corte interruzioni sullo stesso tracciato d’ogni componente, in corrispondenza d’ogni ora, o mezz’ora, o quarto d’ora ecc. A ciò serve il telaio O , comandato dalla bobina h , la quale è collegata elettricamente con un cronometro di marina. Lo stesso siste ma di registrazione applicò di poi il Cancani ad una coppia di pendoli orizzontali, installati nel Collegio Romano. Nella tavola in fondo al libro si trova il fac-simile di alcuni sismogrammi ottenuti a registrazione veloce-continua.

Lo svantaggio di questo genere di registrazione è che, malgrado il tenue spostamento laterale che subisce ad ogni intero giro la zona di carta, questa viene riempita presto dai fasci delle numerose linee delle due componenti, in modo che bisogna cambiarla almeno ogni 12 ore, se vuolsi impedire la sovrapposizione. Da ciò deriva non poca spesa e fatica, essendo quasi un migliaio le zone all’anno da affumicare, fissare, e poi conservare. Di più, in occasione di terremoti lontani un po’ sensibili i quali possono durare anche più ore di seguito, le linee, non più dritte, tracciate a sì piccola distanza tra loro, s’intralciano in modo da rendere malagevole perfino la loro identificazione. Infine, la velocità di 5-6 metri all’ora, con cui si muove la zona, è addirittura insufficiente per l’analisi di sismogrammi in cui si abbia da fare con periodi oscillatorî piuttosto rapidi.

Apparecchi a doppia velocità.

Tutti questi inconvenienti sparirebbero, se la zona di carta, che abitualmente si muovesse a tenue velocità sotto gli stili degli strumenti, acquistasse automaticamente un rapido movimento al principiare d’ogni scossa e ritornasse da sè stessa alla primitiva piccola velocità, appena che il suolo fosse tornato tranquillo. È ciò che pensò il Gray, il quale fin dal 1887 risolse l’arduo problema, ma, a vero dire, in un modo troppo complicato.

Un congegno più semplice io stesso feci conoscere nel 1889 e ne costrussi altro ancor più pratico nel 1892 applicandolo al mio sismometrografo, rappresentato dalla (fig. 28), e che perciò chiamai a doppia velocità . In esso gli stili scriventi l ed lʹ sono prolungati posteriormente in λ e λʹ , e le loro estremità, munite di fili di platino orizzontali, vengono a trovarsi a piccolissima distanza da quelli verticali sporgenti dalle leve d e dʹ . Al sopraggiunger d’una scossa, per il contatto avvenuto tra i predetti fili di platino, si chiude un circuito elettrico nel quale è inclusa la bobina E ; questa allontana un dente che rattiene la ruota r e la zona di carta Z passa dalla velocità di 30 cm. all’ora a quella di 20-30 metri. Nel tempo stesso, mediante il tirante n le leve d e dʹ si gettano indietro, per non ostacolare i movimenti degli stili scriventi. Appena la ruota r ha fatto un giro intero, cessa la grande velocità, e le levette d e dʹ tornano di nuovo nella posizione primitiva, pronte a chiudere immediatamente il circuito elettrico per una 2ª volta, se gli stili scriventi fossero ancora in movimento, e così di seguito. Ben si comprende come alla bobina E sia conveniente collegare delicatissimi sismoscopî, affinchè la corsa della zona cominci possibilmente anche prima che si muovano in modo percettibile gli stili scriventi.

Credo opportuno far conoscere alcuni sismogrammi ottenuti a Roma con tal genere di registrazione e riprodotti nelle fig. 43, 44 e 45, i due primi ad ¼, l’ultimo ad ½ della grandezza naturale. Il 1º si riferisce al rovinoso terremoto di Firenze del 18 maggio 1895; il 2º al terre- moto Adriatico del 9 agosto dello stesso anno; il 3º al fortissimo terremoto delle Marche del 21 settembre 1897. In tutti e tre si riconosce come il meccanismo della grande velocità scattò qualche tempo dopo che cominciò la scossa, e terminò un pò prima della fine della stessa. Ciò deve imputarsi al fatto che la distanza tra i fili di platino, destinati al contatto elettrico, era allora troppo grande, appunto per impedire che lo strumento funzionasse troppo spesso in seguito al movimento cittadino in Roma, e di più alla circostanza che nessun sismoscopio era stato collegato colla bobina E .

Lo stesso problema fu risoluto in modo alquanto diverso nel mio microsismometrografo (fig. 33). In esso la registrazione si compie dagli stessi stili sopra due registratori distinti: uno anteriore, l’altro posteriore. Nel 1º abbiamo visto che gli stili l ed lˊ scrivono ad inchiostro sopra la zona di carta bianca Z , che si muove continuamente con la velocità costante di 70 cm. Nel 2º i prolungamenti λ e λʹ degli stessi stili scrivono mediante punte sopra la zona di carta affumicata Zʹ a cavalcioni sul cilindro C , il quale si pone in rapida rotazione soltanto al principiare d’una scossa, cioè quando le estremità di λ e λʹ vengono a far contatto elettrico contro le corrispondenti asticine d e dʹ , in modo analogo a quanto si disse per il precedente strumento. È dunque come se si trattasse di due sismografi diversi che scrivessero sopra distinti registratori. Invece, nel caso nostro, è lo stesso sismografo che con un po’ d’attrito di più lascia per ogni scossa due sismogrammi: l’uno a piccola velocità il quale porge un’idea generale del movimento avvenuto; l’altro, a grande velocità, dà le particolarità del principio della scossa e, se vuolsi, anche delle altre fasi successive. ⁹ Nella (fig. 46) è riprodotto nella scala di ¹ / ₅ il principio del sismogramma, tracciato a grande velocità a Rocca di Papa e relativo alla tremenda scossa dell’8 settembre di quest’anno, la quale in pochi istanti riempì di terrore e desolazione le Calabrie.