Perché si sente un boato prima di un terremoto: la spiegazione scientifica

Seneca lo aveva già notato duemila anni fa. Nel sesto libro delle Naturales quaestiones scriveva che, prima che la terra si muova, si sente di solito un muggito, "antequam terra moveatur, solet mugitus audiri". Chi ha vissuto un terremoto in Italia, anche di modesta entità, riconosce quella descrizione: un rombo cupo, a volte uno schiocco secco, altre volte qualcosa che assomiglia più a un fischio, percepito pochi istanti prima che il pavimento cominci a tremare.

Secondo i dati raccolti dall'INGV attraverso i questionari macrosismici online, circa il 40% delle persone che hanno vissuto un terremoto dichiara di aver sentito questo suono. Quindi non si tratta di una suggestione collettiva né un effetto della paura che amplifica la percezione, il fenomeno è reale, misurabile, ed è stato oggetto di uno studio scientifico pubblicato nel 2012 sulla rivista Geophysical Research Letters.

Capire da dove arrivi quel boato significa entrare nella fisica delle onde sismiche, nel modo in cui l'energia rilasciata da una faglia attraversa la roccia e, a un certo punto, smette di essere solo vibrazione del terreno per diventare anche vibrazione dell'aria. Cioè suono, nel senso più letterale del termine.

Le onde sismiche e la loro doppia natura

Quando una faglia si rompe, la roccia accumulata sotto sforzo per anni o decenni rilascia in pochi secondi un'enorme quantità di energia. Questa energia si propaga in tutte le direzioni sotto forma di onde elastiche, e le due famiglie principali sono le onde P e le onde S.

Le onde P, le prime ad arrivare

Le onde P, dette anche onde di compressione o longitudinali (la P sta per "prime", perché sono le più veloci), fanno vibrare la roccia nella stessa direzione in cui si propagano. Comprimono e dilatano il materiale che attraversano in successione rapida, un po' come il mantice di una fisarmonica. Viaggiano a velocità comprese tra i 5 e gli 8 chilometri al secondo nella crosta terrestre, a seconda della densità delle rocce attraversate, e per questo raggiungono la superficie prima di qualsiasi altra perturbazione sismica.

Le onde S e lo scuotimento vero e proprio

Le onde S (secondarie) sono più lente, viaggiano a circa il 60% della velocità delle onde P, e fanno vibrare le rocce perpendicolarmente alla direzione di propagazione, come una corda scossa da un'estremità. Sono queste le principali responsabili dello scuotimento avvertito e, quando l'energia è sufficiente, dei danni materiali. Il ritardo tra l'arrivo delle onde P e quello delle onde S è proprio il principio su cui si basano i sistemi di allerta rapida come lo ShakeAlert giapponese e californiano; pochi secondi di preavviso, ottenuti sfruttando la differenza di velocità tra le due onde, possono bastare a fermare un treno o a fare uscire una linea di produzione da un ciclo pericoloso.

Dal terreno all'aria: come nasce il suono

Il punto chiave per capire il boato riguarda cosa succede quando le onde P raggiungono la superficie. Il suolo, in quell'istante, comincia a muoversi verticalmente con un'ampiezza e una frequenza che, in determinate condizioni, ricadono parzialmente nello spettro udibile dall'orecchio umano (circa 20-20.000 Hz). Il terreno si comporta a tutti gli effetti come il cono di un altoparlante; infatti, la sua vibrazione comprime e rarefà l'aria sovrastante, generando un'onda di pressione che si propaga come qualunque altro suono.

La sismologa Patrizia Tosi, ricercatrice dell'INGV e prima autrice dello studio del 2012, ha spiegato che solo una piccola parte dello scuotimento rientra effettivamente nel campo uditivo umano: la maggior parte delle frequenze prodotte da un terremoto è troppo bassa per essere percepita come suono, ma una frazione, generalmente quella legata alle onde P più superficiali e più vicine alla sorgente, riesce a superare quella soglia. È per questo motivo che il boato si sente quasi sempre solo in prossimità dell'epicentro, e quasi mai a grandi distanze anche quando il terremoto è comunque avvertito come scuotimento.

C'è poi un dettaglio geometrico che spiega perché l'effetto acustico sia più marcato per chi si trova sopra o vicino all'ipocentro: le onde P arrivano in quel caso quasi verticalmente dal basso, facendo sobbalzare il suolo in modo netto e diretto, con un'efficienza di trasferimento dell'energia verso l'aria molto più alta. Lontano dall'epicentro, invece, le stesse onde P arrivano con un'incidenza più radente, producono soprattutto movimenti orizzontali del terreno lungo la linea che congiunge l'osservatore all'ipocentro, e trasferiscono all'atmosfera una quantità di energia acustica molto minore.

Cosa ha mostrato lo studio dell'INGV su 77.000 testimonianze

Fino al 2012 il rombo sismico era un effetto riconosciuto ma poco studiato in modo sistematico, in parte perché è difficile da registrare con la strumentazione classica pensata per misurare accelerazioni del suolo, non pressioni acustiche. Tosi, Sbarra e De Rubeis hanno aggirato il problema affidandosi alla scienza partecipativa: attraverso il portale Hai sentito il terremoto?, attivo dal 2007, hanno raccolto e analizzato oltre 77.000 questionari compilati da cittadini dopo terremoti superficiali italiani, includendo domande specifiche sulla percezione del suono.

I risultati, pubblicati su Geophysical Research Letters, hanno permesso di formalizzare due relazioni piuttosto solide. La prima riguarda la distanza: la percentuale di persone che riferisce di aver sentito il boato diminuisce in proporzione al logaritmo della distanza dall'epicentro, un andamento coerente con il modo in cui si attenua lo spostamento del suolo prodotto dalle onde sismiche. La seconda riguarda la magnitudo: a parità di distanza, l'udibilità del suono cresce in modo lineare con l'intensità del terremoto.

I ricercatori hanno inoltre osservato che, a parità di magnitudo, la percentuale di persone che sente il rombo aumenta insieme all'intensità macrosismica osservata sul posto, un dato che apre a un possibile utilizzo pratico: includere la percezione sonora tra i parametri usati per stimare l'intensità di un terremoto nelle zone dove mancano stazioni strumentali dense.

Un confronto con dati raccolti in Francia da un gruppo di ricerca indipendente (Sylvander e Mogos, 2005) ha mostrato un accordo qualitativo con i risultati italiani, un indizio che la relazione tra distanza, magnitudo e percezione del suono non sia una peculiarità della sismicità della penisola ma un comportamento fisico più generale.

Perché il terreno conta quanto il terremoto

Non tutti i luoghi trasmettono il suono sismico allo stesso modo. La composizione geologica superficiale influenza sia l'ampiezza dello scuotimento sia la sua capacità di generare un'onda acustica percepibile. Terreni sciolti, come depositi alluvionali o coltri di riempimento, tendono ad amplificare le vibrazioni a bassa frequenza rispetto a un substrato roccioso compatto, un fenomeno noto in sismologia come effetto di sito.

In alcune aree urbane, edifici e strutture possono a loro volta comportarsi come radiatori secondari di suono, vibrando in risonanza con lo scuotimento del terreno e contribuendo al rombo percepito da chi si trova nelle vicinanze, un meccanismo che gli studiosi francesi Sylvander e Mogos avevano già segnalato analizzando i bollettini macrosismici regionali.

Questo spiega anche perché testimonianze raccolte a distanze simili dall'epicentro, ma su terreni geologicamente diversi, possano differire molto nella descrizione del suono: c'è chi parla di un rombo profondo e prolungato, chi di un colpo secco paragonabile a un tuono ravvicinato, chi di un fischio acuto. Non esiste un'unica "firma sonora" del terremoto, perché il risultato finale dipende dalla combinazione tra il meccanismo di rottura in profondità e le caratteristiche del suolo che il segnale attraversa prima di raggiungere l'orecchio di chi ascolta.

Il ruolo degli animali e la soglia uditiva umana

Molti proprietari di animali domestici raccontano comportamenti insoliti pochi secondi prima di una scossa: cani che si agitano, gatti che cercano rifugio, uccelli che smettono di cantare. La spiegazione più accreditata non ha nulla di paranormale e si lega proprio alla fisica delle onde P. L'udito di cani e gatti copre un intervallo di frequenze molto più ampio di quello umano, esteso verso l'alto fino a 40.000-60.000 Hz contro i circa 20.000 Hz del limite umano, ma soprattutto risulta più sensibile anche alle basse frequenze e alle vibrazioni trasmesse dal suolo attraverso le zampe.

Questo permette loro di percepire la componente iniziale delle onde P, quella meno udibile per l'uomo, con qualche secondo di anticipo rispetto all'arrivo delle onde S che producono lo scuotimento vero e proprio. Per l'orecchio umano vale un discorso simile su scala ridotta: la parte più bassa dello spettro prodotto da un terremoto, quella infrasonica sotto i 20 Hz, resta sotto la soglia di udibilità cosciente, mentre solo la porzione più alta dello spettro, generata soprattutto vicino all'epicentro da rotture superficiali, riesce a farsi sentire come rombo o boato distinto.

Suono e scuotimento non sempre in sequenza

Un chiarimento utile riguarda la sequenza temporale. Il boato non precede sempre e comunque lo scuotimento ma nella maggior parte dei casi documentati dai questionari INGV, il suono viene percepito in stretta concomitanza con l'inizio della scossa, e solo in una parte dei casi sembra anticiparla di una manciata di secondi. Questo dipende dalla profondità dell'ipocentro, dalla distanza dall'osservatore e dal rapporto tra le velocità delle onde P e S in quel particolare contesto geologico, più l'ipocentro è superficiale e vicino, più il margine temporale tra le due percezioni si riduce fino quasi ad annullarsi.

Un fenomeno che la scienza sta ancora affinando

Il lavoro di Tosi, Sbarra e De Rubeis ha aperto una direzione di ricerca che va oltre la semplice curiosità, gli autori suggeriscono che la percezione del rombo sismico possa diventare, in futuro, un parametro accessorio nella stima dell'intensità macrosismica, utile soprattutto nelle aree in cui la rete strumentale è meno densa e le testimonianze dirette dei cittadini restano una fonte di dati preziosa.

In un paese dove la sismicità è diffusa e frequente come l'Italia, ogni segnale raccolto tramite piattaforme di scienza partecipativa continua ad aggiungere un tassello alla comprensione di come l'energia liberata in profondità arrivi, letteralmente, alle orecchie di chi vive in superficie.