Terremoto in Nepal: modello di faglia e repliche più forti

Il 12 maggio la zona di confine tra Nepal e Cina è stata colpita da una forte replica (aftershock), di magnitudo 7.3, localizzato circa 150 km a est dell’epicentro del terremoto principale della sequenza, quello di magnitudo 7.8 del 25 aprile.

La faglia del terremoto del 25 aprile

Per comprendere in che rapporto sia il forte aftershock del 12 maggio rispetto alla faglia attivata il 25 aprile, presentiamo i risultati di uno studio condotto dai ricercatori dell’INGV per determinare un modello di faglia della zona. Sono stati utilizzati i dati dello spostamento del terreno durante il terremoto del 25 aprile ottenuti da diversi satelliti (dettagli sotto). La faglia ottenuta dal modello si estende per circa 180 km da ovest verso est, e per circa 130 km (in senso nord – sud) dalla superficie a una profondità di 18 km al di sotto della catena himalayana (figura sotto). La distribuzione del movimento sul piano di faglia risulta molto eterogenea, con un massimo di quasi 6 metri di spostamento tra i due lati della faglia (zone rosse in figura). Il momento sismico calcolato è pari a 6.82E+20 Nm e la corrispondente magnitudo momento Mw risulta 7.86.

Figura 1. Distribuzione del movimento sul piano di faglia, aftershock e terremoti storici. Sono mostrati i risultati della modellazione della distribuzione dello spostamento (slip) sul piano di faglia a partire dai dati geodetici (InSAR e GPS). L’area rettangolare reppresenta la proiezione in superficie del piano di faglia, mentre i colori mostrano l’entità dello spostamento (in metri) secondo la legenda in basso a sinistra. La stella rossa rappresenta l’epicentro della scossa principale del 25 Aprile (Mw 7.9), mentre i cerchi grigi indicano gli epicentri degli aftershock (le stelle grigie indicano quelli più forti (agg.to 13/05; fonte USGS). Sono inoltre mostrati i terremoti storici più significativi avvenuti nelle aree circostanti (simboli viola).

Ricordando che la faglia attivata il 25 aprile è il contatto tra la placca indiana che si infila sotto quella euroasiatica con una debole pendenza (~10°) verso nord, vediamo dalla figura 1 che il suo bordo meridionale coincide con il limite di tale contatto mappato in superficie dai geologi (la riga rossa con i triangolini indicata come Main Himalayan Thrust). La faglia si immerge verso nord al di sotto della catena montuosa ed è caratterizzata da uno spostamento “co-sismico” molto irregolare: si passa da circa 6 metri nella zona centrale, a nord di Kathmandu, a valori di 1-2 metri verso i bordi. La replica del 12 maggio si localizza all’estremità nordorientale della faglia del 25 aprile, come si vede nella figura 1, in una zona che aveva avuto uno spostamento modesto durante l’evento principale. Anche le forti repliche delle ore successive (stelle grigie) sono localizzate nella stessa area della faglia. È quindi ragionevole interpretare il terremoto di magnitudo 7.3 del 12 maggio come una replica (aftershock) del terremoto del 25 aprile, che ha contribuito a rilasciare parte della deformazione accumulata e non rilasciata con l’evento principale. Ricordiamo che il terremoto di M7.3 è pari a circa 1/6 di quello di M7.86 in termini di energia rilasciata.

Dati utilizzati

A seguito del sisma del 25 aprile, la comunità internazionale delle Scienze della Terra ha iniziato a produrre e distribuire i risultati delle analisi geologiche, sismotettoniche, geodetiche effettuate. L’INGV si è attivato per studiare il campo di spostamento superficiale e le caratteristiche della faglia che lo ha generato. Utilizzando l’interferometria differenziale SAR e i dati GPS è stato possibile quantificare lo spostamento misurato al suolo e relativo al terremoto principale occorso nel centro del Nepal, alla base della catena Himalayana. Per tale scopo sono stati usati i dati di differenti satelliti disponibili (v. elenco sotto); inoltre sono state elaborate presso l’Ingv due immagini SAR, acquisite dal sensore radar in banda C a bordo della missione satellitare Sentinel-1 dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA). Le due immagini, acquisite in orbita discendente, sono datate 17 e 29 Aprile, quest’ultima solo quattro giorni dopo l’evento principale. Grazie all’innovativa modalità di acquisizione di Sentinel-1, il TOPSAR mode, nonostante la grande estensione dell’area colpita è stato possibile generare con un solo interferogramma la quasi totalità del campo di spostamento del suolo causato dal movimento della crosta terrestre lungo la faglia. Le figure qui di seguito mostrano il risultato dell’elaborazione interferometrica.

Nella figura 2 è riportato l’interferogramma arrotolato  che evidenzia l’elevato numero di frange (circa 34) visibili in una vasta area intorno a Kathmandu. Ogni frangia è rappresentata da un ciclo di colore rosso-blu e per il sensore Sentinel-1, operante in banda di frequenza C, rappresenta una variazione della distanza sensore-bersaglio pari a metà della sua lunghezza d’onda, in questo caso pari a 2.8 cm.

Figura 2. Interferogramma “arrotolato” del satellite Sentinel-1. Si noti l’elevato numero di frange di interferenza nella parte in alto a destra, corrispondente con la zona deformata dal terremoto, che comprende l’area di Kathmandu

Per una migliore comprensione lo stesso interferogramma arrotolato è mostrato in figura 3: in questo caso ciascuna frangia corrisponde a 12.5 cm di spostamento.

Figura 3. Interferogramma “arrotolato” del satellite Sentinel-1, in cui ciascuna frangia (dal verde al viola) corrisponde a 12.5 cm di spostamento

Il passaggio finale nel processamento di immagini SAR interferometriche consiste nel cosiddetto srotolamento, cioè nel calcolo del numero di frange presenti nell’interferogramma, per poi convertire i valori di fase così ottenuti nello spostamento continuo effettivo del suolo (espresso in metri nel nostro caso). Nella figura 4 è mostrata la mappa di spostamento così ottenuta. La figura mostra che il massimo di deformazione (area rossa) supera 1.2 metri, lungo la linea di vista del SAR, a 39.5 gradi dalla verticale. Un marcato abbassamento del suolo (con un massimo di circa -40 cm) è invece visibile nella zona subito a nord della zona in sollevamento (area blu).

Figura 4. Spostamento (lungo la linea di vista del satellite) calcolato a partire dagli interferogrammi Sentinel-1 mostrati nelle figure precedenti. L’area rossa mostra un avvicinamento al satellite, la blu un allontanamento.

Sfortunatamente, la parziale sovrapposizione della coppia di immagini Sentinel-1 a disposizione non ha consentito di mappare il campo di deformazione nella zona più a nord-est dall’epicentro (stella verde nelle figure).

Il campo di spostamento misurato è in accordo con lo spostamento atteso dal meccanismo di sorgente e dalla posizione della zona in subduzione. Inoltre, l’asimmetria del campo di spostamento stesso rispetto alla posizione dell’epicentro indica che la rottura del piano di faglia, che si immerge a basso angolo sotto la catena himalayana, è partita da Ovest e si è propagata verso Est per oltre 150 km, come confermato dall’inversione di tutti i dati mostrata in Figura 1.

Valutazione dei risultati

Nella Figura 5 vengono mostrati i dati utilizzati nell’inversione congiunta dei tre interferogrammi Radarsat2, Also e Sentinel e i dati GPS. Per ciascun dato vengono indicati nella colonna di sinistra i dati osservati, in quella centrale i dati del modello, e nella colonna di destra i residui (differenza tra le prime due). I residui prossimi allo zero indicano un buon accordo tra dati e modello.

Figura 5. Dati geodetici osservati e calcolati dal modello. Vengono mostrati i 4 diversi tipi di dati geodetici utilizzati per modellare la distribuzione di spostamento sul piano di faglia. In particolare sono stati utilizzati 3 interferogrammi cosismici InSAR, relativi ai satelliti RADARSAT2, ALOS2 e SENTINEL1 e gli spostamenti orizzontali e verticali (rappresentati con delle frecce nelle figure in basso) di una decina di stazioni GPS presenti nell’area.

A cura di Daniele Cheloni, Cristiano Tolomei, Christian Bignami e Simone Atzori (ricercatori INGV)

Dati utilizzati:

• GPS (dal sito ARIA JPL-Caltech link http://aria-share.jpl.nasa.gov/events/): gli offsets cosismici sono stati stimati dalle posizioni giornaliere, utilizzando 5-10 giorni pre-terrremoto e 1-9 giorni post-terremoto, a seconda della disponibilità del dato; per la sola stazione SYBC, gli offsets cosismici sono stati stimati dalle posizioni 5Hz alta frequenza);
• RADARSAT2 ( dal sito link ftp://ftp.ccrs.nrcan.gc.ca/ad/samsonov/Nepal/): date acquisizioni 2015 04 05 / 2015 04
• ALOS2: (dal sito link http://topex.ucsd.edu/nepal/): date acquisizioni 2015 02 22 / 2015 05 03
• SENTINEL1 dell’Agenzia Spaziale Europea, (Banda-C) : date acquisizioni 2015 04 17 / 20140429. Interferogramma elaborato da Cristiano Tolomei.

Spostamenti massimi osservati:

• 1.2 m verticale GPS (stazione KKN4) – 0.6 m verticale GPS (stazione NAST e CHLM)
• 1.9 m orizzontale GPS (stazione KKN4) – 1.4 orizzontale GPS (stazione NAST e CHLM)
• 1.2 m lungo la LOS (interferogramma ALOS2)
• 1.1 m lungo la LOS (interferogramma RADARSAT2)
• 1.3 m lungo la LOS (interferogramma SENTINEL1)

Link terremoti storici significativi (1833 e 1934):

http://cires1.colorado.edu/~bilham/1833Earthquake.html

http://cires1.colorado.edu/~bilham/HimalayanEarthquakes/1934BiharNepal/1934earthquake.html

L’ellisse del terremoto 1505 in figura 1 è presa da Ader et al. JGR 2012.

Ringraziamenti

Sergey Samsonov e il CCMEO NOAA AVHRR Data Distribution per i dati RADARSAT2.

L’INGV ringrazia la Sarmap SA per il contributo dato nell’elaborazione dei dati Sentinel-1 con il software SarScape.

Data contains Copernicus data (2015). More info at: https://sentinel.esa.int/documents/247904/690755/TC_Sentinel_Data_31072014.pdf