I terremoti del ‘900: la sequenza sismica in Umbria-Marche del 1997

Il 26 settembre 1997  due eventi sismici di magnitudo Mw 5.7 e 6.0 colpirono l’area di Colfiorito (al confine tra Umbria e Marche) a distanza di nove ore l’uno dall’altro (alle 2:33 e alle 11:40 ore italiane).

Questo slideshow richiede JavaScript.

La sequenza sismica del 1997 al confine tra Umbria e Marche rappresenta uno spartiacque per la sismologia italiana. Si è trattato del primo terremoto nel nostro Paese per il quale furono disponibili dati di alta qualità rilevati dalle reti di monitoraggio a terra e dai satelliti. Il quadro che questi dati fornirono permise di delineare con una precisione mai raggiunta prima le caratteristiche delle faglie che si erano attivate e dei meccanismi di generazione dei terremoti appenninici. Gli eventi sismici degli anni successivi, quelli del 2009 all’Aquila e la recente sequenza del 2016-2017, hanno confermato molte delle interpretazioni tratte dagli studi sui terremoti del 1997, evidenziando ulteriori elementi caratteristici. La galleria fotografica mostra alcune immagini della Rete Sismica Mobile dell’ING (Istituto Nazionale di Geofisica, poi confluito nell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia), installata nelle prime ore dopo i terremoti del 26 settembre, che ha rappresentato uno degli strumenti più importanti per la ricerca sismologica, nonché un punto di riferimento informativo molto importante per la comunità locale colpita dal terremoto nel 1997.

Mappa epicentrale delle sequenze sismiche in Italia centrale dal 1997 al 2017. I terremoti del 1997 sono rappresentati in blu. Le tre stelle blu in alto a sinistra sono gli epicentri dei terremoti del 26 settembre e del 14 ottobre 1997. In giallo la sequenza dell’Aquila del 2009, in arancione e rosso la sismicità del 2016-2017.

Un tratto molto importante emerso dagli studi sulla sequenza del 1997 è la tendenza dei terremoti appenninici a manifestarsi con la migrazione dell’attività tra segmenti di faglia vicini, come accadde proprio il 26 settembre 1997. Al primo terremoto di magnitudo Mw 5.7, avvenuto nella notte alle ore 02:33 italiane, seguì un secondo evento più forte nove ore dopo, di magnitudo Mw 6.0, alle ore 11:40 italiane, che provocò ulteriori crolli e vittime. Studi successivi permisero di comprendere le cause di questa migrazione di sismicità (Cocco et al., 2000; Miller et al., 2004; Antonioli et al., 2005), anche se un unico modello in grado di spiegare la variegata casistica registrata in tutti i successivi terremoti appenninici (per es. L’Aquila, 2009, Amatrice-Norcia-Visso, 2016; Campotosto, 2017) non è ancora stato definito.

Il crollo della Basilica di Assisi la mattina del 26 settembre 1997.

La sequenza si manifestò con sette terremoti principali di magnitudo momento Mw compresa tra 5.0 e 6.0 nel primo mese di attività e migliaia di terremoti di magnitudo minore che in 40 giorni attivarono un sistema di faglie esteso per circa 45 chilometri lungo l’Appennino.

Data	Ora (UTC)	Zona	Mw
26/09/1997	0:33	Appennino umbro-marchigiano	5.7
26/09/1997	9:40	Appennino umbro-marchigiano	6.0
26/09/1997	9:47	Appennino umbro-marchigiano	5.0
03/10/1997	8:55	Appennino umbro-marchigiano	5.2
06/10/1997	23:24	Appennino umbro-marchigiano	5.5
12/10/1997	11:08	Valnerina	5.2
14/10/1997	15:23	Valnerina	5.6
21/03/1998	16:45	Appennino umbro-marchigiano	5.0
26/03/1998	16:26	Appennino umbro-marchigiano	5.3
03/04/1998	7:26	Appennino umbro-marchigiano	5.1

I due eventi principali della sequenza (Mw 5.7 e 6.0) colpirono l’area di Colfiorito, rompendo due faglie con meccanismo distensivo (faglie normali) con opposta direttività. Uno degli elementi più significativi della sequenza fu la migrazione della sismicità da Nord-Ovest a Sud-Est e la conseguente attivazione di segmenti di faglia adiacenti, un meccanismo poi ritrovato in altri terremoti appenninici. Altri due eventi di magnitudo maggiore di 5.0 si verificarono il 3 e il 6 ottobre 1997: magnitudo Mw 5.2 e 5.5, rispettivamente.

Successivamente, l’attività interessò il settore meridionale, verso Sellano e Preci (PG), e culminò con due forti eventi il 12 ottobre di magnitudo Mw 5.2 e il 14 ottobre, magnitudo 5.6. Nel mese di aprile del 1998 un altro terremoto di magnitudo Mw 5.1 interessò l’area di Gualdo Tadino, estendendo così l’area attiva ancora più a Nord.

I terremoti della sequenza hanno interessato faglie normali (o estensionali) che dislocarono la porzione più superficiale della crosta fino a 8 km di profondità, con pendenza verso Sud-Ovest. Queste caratteristiche furono individuate grazie ai dati delle reti sismiche, in particolare della Rete Sismica Mobile che fu installata lo stesso 26 settembre 1997 nell’area epicentrale. Nella figura sotto, tratta da un articolo pubblicato nel 1998 sul GRL (Geophysical Research Letters), si vede, in mappa e in una sezione verticale attraverso l’area di Colfiorito, la distribuzione spaziale degli eventi sismici che delineano la faglia responsabile del terremoto, con un andamento parallelo alla catena e immersione di circa 40° da Nord-Est a Sud-Ovest.

Mappa (in alto) e sezione verticale (in basso) dei terremoti del 1997 (da Amato et al., 1998)

L’analisi delle migliaia di eventi sismici registrati dalle reti sismiche portò poi a delineare in modo dettagliato la notevole complessità del sistema di faglie che si erano attivate nella regione, come evidente nella figura sotto.

Sezioni Ovest-Est attraverso il sistema di faglie di Colfiorito. A destra gli eventi sismici rilocalizzati, a sinistra l’interpretazione delle faglie coinvolte (da Chiaraluce et al., 2004)

I terremoti del 1997 inaugurarono anche l’era della “sismologia spaziale” in Italia. Gli eventi del 26 settembre sono stati infatti i primi terremoti italiani per i quali i satelliti permisero di evidenziare gli spostamenti della superficie e realizzare così un modello di faglia (Stramondo et al., 1999). Anche i dati GPS furono molto utili per la caratterizzazione delle sorgenti sismiche interessate (Anzidei et al., 1999).

Interferogrammi calcolati con i satelliti ERS per i terremoti del 1997 (Lundrgren and Stramondo, 2002).

Gli interferogrammi mostrati sopra, unitamente ai dati GPS misurati prima e dopo i terremoti principali, furono molto utili per calcolare lo spostamento cosismico del terreno e ricavare quindi un modello di faglia per gli eventi principali della sequenza del 1997. Altri modelli di faglia vennero proposti da Capuano et al. (2000) e Hernandez et al. (2004).

Spostamento del terreno (i colori indicano i cm) ricavato dal modello di faglia ottenuto con i dati SAR e GPS. Le linee nere rappresentano le frange di interferenza ottenute dagli interferogrammi della figura precedente. Le frecce mostrano gli spostamenti orizzontali del terreno misurati dai dati GPS e quelli calcolati dal modello di faglia (Lundrgren and Stramondo, 2002)

Nel 1997 la Rete Sismica Nazionale non era ancora stata aggiornata agli standard internazionali più elevati (come accadde a partire dal 2001), ma le reti sismiche digitali euro-mediterranee (come la Rete MedNet dell’ING) e quelle globali cominciavano a fornire dati di elevata qualità per calcolare i meccanismi focali dei terremoti più forti della sequenza. I dati mostrarono inequivocabilmente, per la prima volta in maniera così chiara e diffusa, la predominanza che rivestono le faglie normali nella deformazione della penisola italiana (Ekstrom et al., 1998).

I terremoti del 26 settembre 1997 aprirono una nuova fase anche per la geologia del terremoto in Italia. Dopo il forte evento sismico del 1980 in Irpinia, infatti, quello dell’Umbria-Marche fu il primo terremoto a lasciare una traccia evidente, sebbene molto labile, di fagliazione superficiale. Le tracce della faglia furono seguite e studiate dai geologi con grande attenzione e nei minimi dettagli, aprendo nuove ipotesi sul rapporto tra faglie geologiche note, faglie cosismiche e fagliazione superficiale (si vedano tra gli altri Basili et al., 1998; Cinti et al., 1999).

Uno degli effetti in superficie del terremoto del 26 settembre

Altri studi molto importanti riguardarono gli effetti di amplificazione delle onde sismiche al variare della geologia di superficie (es. Gaffet et al., 2000). Nell’esempio riportato sotto si vede la differenza tra una registrazione effettuata sui rilievi calcarei al bordo del bacino e da un array di sismometri ubicato nel bacino stesso; si nota la forte amplificazione, sia come ampiezza che come durata, rilevata da questi ultimi a causa della spessa coltre di sedimenti lacustri presenti nell’area.

Molte attività di studio dei terremoti vennero avviate o sistematizzate dopo i terremoti del 1997. Tra queste, una novità importante è stata la nascita del Gruppo “QUEST” (QUick Earthquake Survey Team), in collaborazione tra ING (Istituto Nazionale di Geofisica, poi confluito nell’INGV), GNDT (Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti, le cui funzioni rientrarono poi nell’INGV), SSN (Servizio Sismico Nazionale, confluito poi nel Dipartimento Nazionale della Protezione Civile) e alcune università.

---

Bibliografia selezionata

Numerosissimi sono gli articoli scientifici pubblicati sulla sequenza del 1997. Nella lista seguente sono riportati solo alcuni tra quelli pubblicati dopo il terremoto che trattano i vari aspetti degli studi effettuati. Per una bibliografia aggiornata e una rassegna più esaustiva si veda qui.

Amato, A., Azzara, R., Chiarabba, C., Cimini, G., Cocco, M., Di Bona, M., Margheriti, L., Mazza, S., Mele, F., Selvaggi, G., Basili, A., Boschi, E., Courboulex, F., Deschamps, A., Gaffet, S., Bittarelli, G., Chiaraluce, L., Piccinini, G. and Ripepe, M. (1998). The 1997 Umbria-Marche, Italy earthquake sequence: a first look at the main shocks and aftershocks. Geophysical Research Letters, 25:2861- 2864

Antonioli A., Piccinini D, Chiaraluce L, Cocco M. (2005). Fluid flow and seismicity pattern:Evidence from the 1997 Umbria Marche (central Italy) seismic sequence, Geophys. Res. Lett., 32, doi:10.1029/2004GL022256

Anzidei M., Baldi P., Galvani A., Pesci A., Hunstad I. and Boschi E., (1999). Coseismic displacement of the 26th september 1997 Umbria – Marche (Italy) earthquakes detected by GPS: campaigns and data. Annali di Geofisica, vol.42, n.4, 597-607

Basili, R, Bosi, C., Bosi, V., Galadini, F., Galli, P., Meghraoui, M., Messina, P., Moro, M. and Sposato, A., (1998). The Colfiorito earthquake sequence of September-October 1997. Surface breaks and seismotectonic implications for the central Apennines (Italy). J. of Earthquake Engineering, 102(2), pp. 291-302

Capuano, P., Zollo, A., Emolo, A., Marcucci, S. and Milana, G. (2000). Rupture mechanism and source parameters of the Umbria-Marche main shocks from strong motion data. J. Seism., 4, 436-478

Chiarabba C. and Amato A (2003). Vp and Vp/Vs images of the Colfiorito fault region (Central Italy): a contribute to understand seismotectonic and seismogenic processes, J. Geophys. Res., 108, 10.1029/2001JB001665

Chiaraluce L., Chiarabba C., Cocco M., and Ellsworth W.L. (2003). Imaging the complexity of a normal fault system: The 1997 Colfiorito (Central Italy) case study, J. Geophys. Res., 108, 10.1029/2002JB00216

Cinti, F.R., Cucci, L., Marra, F. and Montone, P., (1999). The 1997 Umbria-Marche (Italy) earthquake sequence: relationship between ground deformation and seismogenic structure. Geophys. Res. Lett. 26(7), pp. 895-898

Cocco, M., Nostro, C., Ekstrom, G. (2000). Static stress changes and fault interaction during the 1997 Umbria-Marche earthquake sequence. J. Seismol., 4, 501–516

Cultrera, G., Rovelli, A., Mele, G., Azzara, R.M., Caserta, A. and Marra, F. (2003). Azimuth-dependent amplification of weak and strong ground motions within a fault zone (Nocera Umbra, central Italy), J. Geophys. Res., 108 (B3), 2156

Ekström, G., Morelli, A., Boschi, E. and Dziewonski A.M., (1998). Moment tensor analysis of the central Italy earthquake sequence of September-October 1997, Geophys. Res. Let., 25, 1971-1974

Gaffet, S., Cultrera, G., Dietrich, M., Courboulex, F., Marra, F., Bouchon, M., Caserta, A., Cornou, C.,Daschamps, A., Glot, J.P, and Guiguet, R. (2000). A site effect study in the Verchiano valley during the 1997 Umbria-Marche (Central Italy) earthquakes, Journal of Seismology Vol. 4

Hernandez, B., Cocco, M., Cotton, F., Stramondo, S., Scotti, O., Courboulex, F. and Campillo, M., (2004). Rupture history of the 1997 Umbria-Marche (central Italy) mainshocks from the inversion of GPS, DInSAR and near field strong motion data. Ann. Geophys., 47, 4, 1355-1376

Lundgren, P. and Stramondo, S., (2002). Slip distribution of the 1997 Umbria-Marche earthquake sequence: Joint inversion of GPS and synthetic aperture radar interferometry data, J. Geophys. Res., 107(B11), 2316, doi:10.1029/2000JB000103

Miller, S.A:, Collettini C., Chiaraluce, L., Cocco, M., Barchi, M., Kaus, B.J.P. (2004). Aftershocks driven by a high-pressure CO2 source at depth. Nature, 427, 724-727

Stramondo S., Tesauro M., Briole P., Sansosti E., Salvi S., Lanari R., Anzidei M., Baldi P., Fornaro G., Avallone A., Buongiorno M.F., Franceschetti G., Boschi E., (1999). The September 26,1997 Central Italy earthquakes: coseismic surface displacement detected by sar interferometry and GPS, and fault modeling. Geophysical Research Letters, vol.26, n.7, pp.883-886 April, 1