Le onde sismiche sono onde elastiche che si propagano all’interno della Terra. Come tutti i tipi di onde, la loro velocità dipende dalle caratteristiche del mezzo che attraversano. Se un’onda attraversa una superficie di discontinuità tra due mezzi con caratteristiche elastiche diverse, essa viene in parte riflessa ed in parte trasmessa ma rifratta. Questo ad esempio avviene alla luce quando passa dall’aria all’acqua, mezzi con densità diverse. Se immaginiamo che la densità della Terra aumenti con la profondità dobbiamo pensare che un raggio sismico, definito come la perpendicolare al fronte dell’onda, propagandosi in profondità debba essere rifratto di continuo man mano che la densità aumenta, allontanandosi sempre più dalla verticale fino a tornare verso la superficie. Ciò significa che esistono dei raggi che possono attraversare il pianeta e tornare in superficie portandoci, sotto forma di onde sismiche registrate sui sismogrammi, informazioni dal suo interno.

Nel 1909, il geofisico croato Andrija Mohorovicic (1857-1936), analizzando il terremoto di Pokuplje (valle di Kupa, a 40 km a sud di Zagabria) dell’8 ottobre (in alto), individuò particolari arrivi di onde sismiche.

Maggiore è la distanza di una stazione di misura dall’epicentro, maggiore è il tempo impiegato dalle onde sismiche a raggiungerla. Ci si dovrebbe aspettare quindi che, in un grafico spazio-tempo, una linea retta dovrebbe unire i tempi di arrivo con le distanze. Maggiore la pendenza della retta, maggiore la velocità delle onde. I grafici che costruì Mohorovicic usando le onde S perché più ampie e riconoscibili, erano delle spezzate.

Come spiegarlo? Se ad un tratto le onde passassero in un mezzo a maggiore densità cosa accadrebbe? Come già visto, se un’onda sismica incontra una superficie di discontinuità, viene in parte riflessa ed in parte rifratta. Le onde riflesse, P od S che siano, tornano in superficie con lo stesso angolo con cui hanno inciso la discontinuità e vengono registrate dai sismografi. Le rifratte proseguono in profondità deviando dalla verticale con un angolo maggiore di quello di incidenza (se oltre la discontinuità passano in un mezzo più denso). Esiste un angolo di incidenza critico tale che il raggio rifratto è parallelo alla discontinuità; quest’ultima comincerà così ad emettere raggi verso l’alto, con lo stesso angolo di quello incidente (in basso).

In zone relativamente vicine all’epicentro, i primi arrivi ai sismografi sono le onde dirette, quelle che viaggiano quasi orizzontalmente fino alla stazione sismica. Poi arriveranno le onde riflesse dalle superfici di discontinuità. Queste onde viaggiano sempre nello stesso mezzo, a velocità mediamente costante. Le onde critiche che viaggiano lungo la superficie di discontinuità vanno ad unavelocità maggiore, quella relativa alla densità maggiore di quella superficie. Esisterà una distanza tale alla quale cominceranno ad arrivare insieme alle onde riflesse e poi prima di esse. Questo spiega la spezzata del grafico spazio-tempo e ci permette di calcolare la profondità della discontinuità.

Mohorovicic la calcolò a circa 50 km sotto l’attuale Croazia. La discontinuità prese il suo nome in onore dello scopritore, in breve “Moho”. L’aumento di densità è spiegato con una variazione di composizione alla base della crosta, dove comincia quello che viene definito come mantello terrestre (così detto in quanto ricopre il nucleo).

Da dati di superficie e di pozzo sappiamo che la composizione media della crosta continentale è vicina a quella delle rocce granitiche-granodioritiche (ricche in quarzo e silicati di sodio e calcio); la crosta oceanica è più povera in quarzo e ha una composizione media vicina a quella dei basalti (ricchi in silicati di ferro e magnesio). Per quel che riguarda il mantello, rocce provenienti da condotti vulcanici profondi suggeriscono una composizione peridotitica (silicati di ferro e magnesio a basso tenore di silice). La Moho è a circa 30-50 km di profondità. Anche a meno di 10 km al di sotto degli oceani, ma sotto le catene montuose può raggiungere la profondità di 70 km.