Cosa succede quando le faglie si parlano

Il moto delle placche tettoniche produce il lento accumulo di grandi quantità di energia, attraverso la deformazione di grandi volumi di roccia e l’accumulo di sforzo all’interno della crosta terrestre. E’ noto che un terremoto è causato da un’improvvisa rottura della crosta terrestre, accompagnata dal movimento relativo di due blocchi di crosta attraverso una superficie di contatto comunemente indicata come “faglia”. La rottura produce il rilascio istantaneo dell’energia accumulata nel corso di decenni o di secoli.

Le faglie interagiscono tra loro. Lo spostamento di masse crostali associato alla rottura su una faglia perturba il volume circostante, per decine o a centinaia fino a migliaia di chilometri, a seconda della energia liberata dal terremoto. Queste variazioni alterano lo stato di sforzo sulle faglie limitrofe, diminuendo il carico e quindi allontanando il tempo del prossimo terremoto o, al contrario, caricandole ulteriormente e portandole più vicine alla rottura.

Negli ultimi decenni, in Italia si sono verificate sequenze sismiche con terremoti di magnitudo simile tra loro, avvenuti nella stessa area a distanza di pochi secondi (Irpinia, 1980), poche ore (Molise, 2002), pochi giorni (Umbria-Marche, 1997; Emilia Romagna, 2012) o pochi mesi (es: Italia centrale, 2016). Questi eventi fanno ipotizzare che la rapida successione di terremoti non sia casuale. Infatti, per alcuni di questi è stato dimostrato che gli eventi precedenti hanno favorito l’accadimento di quelli che sono seguiti, anticipandone quindi il tempo di accadimento (es.: Nostro et al., 2005; Nespoli et al., 2017).

In generale, il fatto che un terremoto possa avvenire prima è percepito come un evento nefasto. Tuttavia, relativamente al danno potenziale, questo non è necessariamente un accadimento totalmente negativo. Infatti, le variazioni di sforzo prodotte da eventi precedenti possono avvicinare nel tempo la rottura su una faglia adiacente, ma potrebbero modificarne le modalità di accadimento, anche limitandone l’energia emessa.

Figura 1

Figura 1 – Mappa della sequenza sismica dell’Italia centrale del 2016. In figura sono riportati gli eventi dall’inizio della sequenza (24 agosto) al 30 ottobre, giorno in cui si è verificato il terremoto più forte (MW 6.5). Il colore e la dimensione dei simboli cambia in funzione del tempo di accadimento e della magnitudo (tranne per gli eventi di magnitudo inferiore a 2, che sono riportati in bianco). Sono indicati anche i meccanismi focali dei 4 terremoti maggiori e la proiezione in superficie dei piani di faglia associati a questi eventi. Le linee più spesse indicano l’intersezione dei piani con la superficie (figura tratta da Pino et al., 2019).

Nel corso della sequenza sismica dell’Italia centrale del 2016, nell’arco di un paio di mesi si sono verificati diversi terremoti di magnitudo rilevante, nel quadro della sismicità che interessa il territorio italiano (Figura 1). Al primo terremoto del 24 agosto 2016 di magnitudo MW 6.0, con epicentro localizzato nel comune di Accumoli (RI), hanno fatto seguito i due terremoti del 26 ottobre 2016, di magnitudo rispettivamente MW 5.4 e MW 5.9 e localizzati a Visso (MC), oltre 20 km a N-NO rispetto al primo evento. Infine, quattro giorni più tardi, il 30 ottobre, nell’area compresa tra gli eventi sismici del 24 agosto e del 26 ottobre è avvenuto il terremoto di Norcia (PG), il più forte della sequenza, con magnitudo MW 6.5.

Come nei casi citati, anche per la sequenza del 2016 è ipotizzabile un effetto “a cascata” dei terremoti precedenti sui successivi. Il calcolo delle variazioni causate dal terremoto del 24 agosto e da quelli del 26 ottobre sulla faglia che poi si romperà il 30 ottobre (Figura 2) mostra che i terremoti precedenti hanno modificato il campo di sforzo, diminuendo il carico sulla parte meridionale e su quella settentrionale della faglia, incrementando invece significativamente lo sforzo nella zona centrale, soprattutto nella porzione più profonda della faglia. Da qui la mattina del 30 ottobre partirà poi la rottura, rimanendo per lo più limitata all’area in cui lo sforzo era stato incrementato (Figura 3).

Figura 2

Figura 2 – Variazione dello sforzo (sforzo di Coulomb) sul piano di faglia del terremoto di Norcia, causata dai 3 eventi più forti della sequenza, precedenti al 30 ottobre. In ogni pannello è riportata la variazione causata dal terremoto avvenuto al tempo indicato sopra (in b e c la variazione è cumulata a quelle prodotte dai terremoti precedenti). Sono riportate anche le localizzazioni dei terremoti avvenuti entro 350 m dal piano di faglia e il loro tempo di accadimento è indicato secondo la scala di colore riportata nel pannello a. La stella indica il punto in cui è partita la rottura del 30 ottobre (figura tratta da Pino et al., 2019).

La struttura interessata dall’evento del 30 ottobre ha una superficie di circa 440 km2, due volte quella realmente attivata dal terremoto (Falcucci et al., 2018). Se questa si fosse rotta per intero in un unico terremoto l’energia emessa sarebbe stata almeno doppia, dando un terremoto di magnitudo almeno MW 6.7.

Figura 3

Figura 3 – Mappa della dislocazione associata alla rottura del terremoto del 30 ottobre, ottenuta dai risultati delle analisi sismologiche e geodetiche (Chiaraluce et al., 2017; Cheloni et al., 2017). Sono riportate anche le localizzazioni dei terremoti avvenuti entro 350 m dal piano di faglia e il loro tempo di accadimento è indicato secondo la scala di colore riportata nella figura 2a. La stella e la freccia indicano rispettivamente il punto in cui è partita la rottura del 30 ottobre e la direzione dominante della sua propagazione (figura tratta da Pino et al., 2019).

Che il terremoto avrebbe potuto essere più grande lo si può dedurre anche dal fatto che, pur avendo rilasciato energia sismica circa 7 volte maggiore – con uno spostamento relativo tra i due blocchi crostali mediamente doppio – rispetto al terremoto del 24 agosto, questi due eventi hanno rotto una superficie di dimensione simile. Questa evidenza suggerisce che, se gli eventi precedenti non avessero “bloccato” la porzione meridionale e quella settentrionale della faglia, il terremoto del 30 ottobre avrebbe avuto energia per rompere l’intera superficie di 440 km2.

Considerando che in quest’area i lenti movimenti tettonici accumulano sforzo con un tasso di 0.0028 bar/anno (Mildon et al., 2017), l’incremento di sforzo prodotto dai maggiori terremoti della sequenza sulla faglia del 30 ottobre (1.13 bar) corrispondono a un avanzamento nel tempo di circa 400 anni. Ma assumendo per questa faglia il tempo di accadimento dell’ultimo terremoto (500 A.D.) e il tempo di ricorrenza (1627 anni) utilizzato per i calcoli di pericolosità sismica (Akinci et al., 2009), in assenza di variazioni prodotte da altri eventi sismici, il prossimo terremoto su questa faglia sarebbe avvenuto tra circa 110 anni. Questo quindi è il tempo di cui è stato anticipato il terremoto avvenuto il 30 ottobre.

Si può quindi concludere che gli eventi precedenti hanno anticipato di oltre un secolo l’accadimento del terremoto del 30 ottobre, ma allo stesso tempo ne hanno limitato la magnitudo, verosimilmente dimezzando l’energia disponibile, che corrisponde a un decremento della magnitudo pari a 0.2.

Quest’analisi dimostra che il monitoraggio della sismicità con reti sismiche molto fitte e una conoscenza approfondita della geometria delle faglie rendono possibile questo tipo di analisi in tempo quasi reale e quindi si potrebbero identificare le aree verosimilmente interessate da prossimi terremoti. Purtroppo queste condizioni non sono sempre verificate. Un esempio per tutti, a oggi non è stata ancora individuata la faglia responsabile del terremoto dello Stretto di Messina del 1908, il più forte avvenuto in Italia da quando registriamo strumentalmente i terremoti e uno dei più disastrosi nella storia dell’intera umanità.

I risultati di questo studio sono stati appena pubblicati in un articolo sulla rivista Scientific Reports, scaricabile a questo link.

A cura di Nicola Alessandro Pino e Vincenzo Convertito, INGV-Osservatorio Vesuviano.


Riferimenti bibliografici

Akinci et al. Effect of time dependence on probabilistic seismic-hazard maps and deaggregation for the central Apennines, Italy, Bull. Seismol. Soc. Am. 99, 585–610, 2009.

Cheloni, D. et al. Geodetic model of the 2016 Central Italy earthquake sequence inferred from InSAR and GPS data. Geophys. Res. Lett. 44, 6778–6787, 2017.

Chiaraluce, L. et al. The 2016 Central Italy seismic sequence: A first look at the mainshocks, aftershocks and source models. Seismol. Res. Lett. 88, 757–771, 2017.

Falcucci et al. The Campotosto seismic gap in between the 2009 and 2016–2017 seismic sequences of central Italy and the role of inherited lithospheric faults in regional seismotectonic settings, Tectonics, 37, 2425–2445, 2018.

Mildon, Coulomb stress transfer and fault interaction over millennia on non-planar active normal faults: the MW 6.5–5.0 seismic sequence of 2016-2017, central Italy, Geophys. J. Int., 210, 1206–1218, 2017.

Nespoli et al. Effects of layered crust on the coseismic slip inversion and related CFF variations: Hints from the 2012 Emilia Romagna earthquake, Phys. Earth Planet. Int., 273, 23-35, 2017.

Nostro et al. Coulomb stress changes caused by repeated normal faulting earthquakes during the 1997 Umbria‐Marche (central Italy) seismic sequence, J. Geophys. Res., B05S20, 2005.

Pino et al. Clock advance and magnitude limitation through fault interaction: the case of the 2016 central Italy earthquake sequence, Scientific Reports, doi:10.1038/s41598-019-41453-1, 2019.


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I terremoti profondi della Grecia: risentimenti anomali in Italia

Utilizzando i dati raccolti sul sito web Hai sentito Il Terremoto (HSIT) dell’INGV, che permette di monitorare gli effetti dei terremoti sul territorio italiano grazie al contributo volontario dei cittadini, è stato possibile realizzare uno studio che ha messo in evidenza come alcuni eventi sismici che avvengono in area ellenica abbiano un risentimento anomalo in Italia [Sbarra et al., 2017].

Figura 1 – Mappa dell’intensità macrosismica in Scala MCS del terremoto del 12 ottobre 2013 (magnitudo Mb 6.4).

E’ stato notato, infatti, che i terremoti che avvengono in corrispondenza della subduzione ellenica a profondità intermedie (50-110 km) possono essere avvertiti in Italia a distanze maggiori rispetto a quelle aspettate, fino ad oltre 700 km dall’epicentro (vedi ad es. Figura 1). Questo fenomeno è già stato osservato in passato sia nella stessa zona [Ambraseys and Adams, 1998], che in altre regioni del mondo come Giappone [Utsu, 1966], Tonga [Oliver and Isacks, 1967] e Taiwan [Chen et al., 2013]. Il risentimento a così lunghe distanze è dovuto all’origine profonda dell’evento e alla particolare propagazione delle onde sismiche attraverso la litosfera oceanica (Figura 2).

Figura 2 – Assetto geologico-strutturale della regione mediterranea [fonte: Sbarra et al., 2017].

La distribuzione dei risentimenti sul territorio italiano di questi terremoti lontani mostra una anomalia: lo scuotimento si percepisce con maggiore intensità nelle aree della Puglia e della Sicilia sud-orientale, rispetto alle altre regioni d’Italia situate alla stessa distanza dall’epicentro. Sono stati analizzati i campi di risentimento di 6 terremoti di profondità intermedia avvenuti tra il 2007 e il 2014 in area ellenica (Tabella 1, Figura 3a-f).

Data

Profondità (km)

Magnitudo (Mw)

Figura

03-02-2007

60

5.5

2a; 2g

06-01-2008

72

6.2

2b; 2h

01-04-2011

60

6.0

2c; 2i

12-10-2013

47

6.4

2d; 2j

04-04-2014

111

5.6

2e; 2k

29-08-2014

95

5.8

2f; 2l

Tabella 1 – Terremoti analizzati (vedi Figura 3).

Figura 3 – (a-f) intensità macrosismiche ricavate dalle osservazioni dei cittadini relative agli eventi riportati in Tabella 1; nel riquadro in alto a destra è mostrata la posizione dell’epicentro e con il cerchio blu l’area entro la quale si dovrebbe avvertire il terremoto in condizioni normali; (g-l) intensità macrosismiche stimate a partire da dati strumentali di accelerazione del suolo per gli stessi terremoti (vedi Tabella 1) [fonte: Sbarra et al., 2017].

La distribuzione ottenuta dalle osservazioni dei cittadini per ciascun terremoto è stata confrontata con la mappa delle intensità macrosismiche ottenuta dai dati accelerometrici. Tale confronto ha evidenziato le stesse anomalie della distribuzione dei risentimenti (Figura 2g-l). Per spiegare questo fenomeno è necessario considerare la complessità della struttura crostale e sub-crostale dell’area mediterranea. La porzione settentrionale della Placca Africana è in subduzione sia ad Est in area ellenica che ad Ovest nell’Italia meridionale (Figura 2). Quindi un terremoto che si origina a determinate profondità nell’area di subduzione ellenica viene avvertito anche in Sicilia perché le onde sismiche si propagano, poco attenuate, lungo la litosfera oceanica ionica (in celeste in Figura 2) e lungo la litosfera continentale adriatica (in viola in Figura 2). Inoltre, l’astenosfera, che per le sue caratteristiche attenua le onde sismiche, è la causa del minore risentimento del terremoto sulla Placca Euroasiatica (in giallo in Figura 2). Infatti, la presenza di astenosfera (in rosa in Figura 2) a bassa profondità [Chiarabba et al., 2008] fino al margine di placca (linee rosse con i triangoli in Figura 2 e 3) limita la percezione degli effetti del terremoto.

Questo risultato può essere utilizzato anche nello studio dei terremoti del passato che hanno avuto effetti simili a quelli descritti, per avere una indicazione della loro profondità, ovviando così all’assenza delle registrazioni strumentali.

Le osservazioni dei cittadini sono preziose poiché permettono di avere informazioni degli effetti dei terremoti sul territorio con un grande dettaglio. E basandosi su tali osservazioni è stato possibile caratterizzare un fenomeno che rispecchia la complessità della struttura profonda della regione mediterranea.

A cura di Paola Sbarra, Patrizia Tosi e Valerio De Rubeis, INGV-Roma1.


Riferimenti bibliografici

Ambraseys, N. N., and Adams, R. D., 1998. The Rhodes earthquake of 26 June 1926. Journal of Seismology, 2, 267–292.

Chen, K. H., Kennett, B. L., and Furumura, T., 2013. High‐frequency waves guided by the subducted plates underneath Taiwan and their association with seismic intensity anomalies. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 118, 665-680, doi: 10.1002/jgrb.50071.

Chiarabba, C., Gori, P.D., and Speranza, F., 2008. The southern Tyrrhenian subduction zone: Deep geometry, magmatism and Plio-Pleistocene evolution. Earth and Planetary Science Letters, 268, 408–423, doi: 10.1016/j.epsl.2008.01.036.

Oliver, J., and Isacks, B., 1967. Deep earthquake zones, anomalous structures in the upper mantle, and the lithosphere. Journal of Geophysical Research, 72, 4259–4275.

Sbarra, P., Tosi, P., and De Rubeis, V., 2017. Role of African–Eurasian plate setting in the felt areas of intermediate‐depth earthquakes: an investigation using crowdsourced data. Terra nova, 29(1), 36-43.

Utsu, T., 1966. Regional difference in absorption of seismic waves in the upper mantle as inferred from abnormal distribution of seismic intensities. Journal Faculty Sciences Hokkaido University, 2, 359–374.


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La fagliazione superficiale prodotta dal terremoto etneo del 26 dicembre 2018, Mw 4.9

Il 26 dicembre 2018, alle ore 03:19 italiane si è verificato un terremoto di magnitudo Mw 4.9 localizzato sul fianco orientale dell’Etna ad una profondità inferiore di 1 km. Questo evento è il principale tra quelli localizzati nel corso dell’intensa attività sismica etnea iniziata il 23 dicembre 2018 e caratterizzata da una settantina di eventi con magnitudo M>2.5, concomitante all’attività eruttiva. Il terremoto del 26 dicembre è l’evento più energetico verificatosi sull’Etna negli ultimi 70 anni (Catalogo CPTI15) ed è avvenuto sulla Faglia di Fiandaca (Figura 1) producendo fagliazione superficiale.

Figura 1 – Carta vulcano-tettonica dell’Etna (da Azzaro et al., 2012). Sistemi di faglia (sigle): a, Ragalna; b, Tremestieri-Trecastagni-S. Gregorio; c, Ripe della Naca-Piedimonte-Calatabiano; d, Pernicana; AC, Acicatena; AP, Aciplatani; AT, Acitrezza; CA, Calcerana; FF, Fiumefreddo; MC, Mt. Cicirello; PD, Piedimonte; PL, Punta Lucia; PN, Pizzi Deneri; PT, Praiola-Torre Archirafi; SA, S. Alfio; SB, Serra S. Biagio; SG, S. Gregorio; SV, S. Venera; TD, Tardaria. Meccanismo focale e localizzazione (stella gialla) del terremoto del 26 dicembre 2018 da http://cnt.rm.ingv.it/event/21285011. La mappa piccola (a) illustra il contesto tettonico regionale. Legenda: AMT, fronte della Catena Appennino-Maghrebide; ME, Scarpata di Malta; TF, Faglia di Taormina.

Per fagliazione superficiale si intendono le deformazioni Leggi il resto di questa voce

Il terremoto del 251 d.C. a Santa Venera al Pozzo (Acireale) studiato con un approccio multidisciplinare

Secondo la ricostruzione proposta dalle fonti storiche, un anno dopo la morte di Sant’Agata (Santa Patrona della città di Catania), nel 252 d.C. si verificò una grande eruzione dell’Etna: il vulcano avrebbe eruttato ingenti quantità di lava, che arrivarono a minacciare direttamente la città di Catania. Soltanto un miracolo della Santa, il cui velo, secondo alcuni storici, sarebbe stato portato incontro al fiume di lava, avrebbe evitato il peggio (Guidoboni et al., 2014). Le stesse fonti storiche riportano che durante il martirio della Santa, nel 251 d.C., si sarebbe verificato un terremoto che evitò all’eroina il supplizio destinatole dai suoi carnefici.

Figura 1 – Mappa della Sicilia orientale con l’indicazione del sito archeologico di Santa Venera al Pozzo (sinistra, da Monaco and Tortorici, 2007); dettaglio del versante sud orientale dell’Etna con l’indicazione dei terreni affioranti (destra).

Nonostante la descrizione dettagliata dell’eruzione del 252 d.C. tramandata dalle fonti storiche e riportata nel Catalogo delle eruzioni dell’Etna (2014), quasi nulla viene documentato sull’evento sismico che l’avrebbe preceduta. Questo evento sismico è probabilmente da mettere in relazione con l’evidenza archeologica recentemente individuata presso il complesso termale di Santa Venera al Pozzo, nei pressi di Acireale (Figure 1 e 2). Tra la fine del III sec. e l’inizio del IV sec. d.C. alcuni lavori di ricostruzione/trasformazione vennero eseguiti presso la Villa Romana adiacente il complesso termale; si tratta della trasformazione della Villa Romana da mansio (stazione di posta ubicata lungo la via Pompeia che collegava Messina con Catania) a laboratorio per la produzione della ceramica (Branciforti, 2006). Leggi il resto di questa voce

Le donne dell’INGV per la Giornata Internazionale delle donne e delle ragazze nella Scienza

L’11 febbraio si celebra in tutto il mondo la Giornata Internazionale delle donne e delle ragazze nella scienza, nata nel 2015 sotto l’egida delle Nazioni Unite per riconoscere l’importante ruolo delle donne nella scienza come agenti del cambiamento e dell’innovazione nonostante siano ancora non equamente rappresentate (https://womeninscienceday.org).

Vogliamo testimoniare la nostra presenza e la nostra partecipazione con le immagini che rappresentano le donne e le ragazze dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia nel corso delle loro attività di lavoro, ricerca, monitoraggio e sviluppo.

Il video e le fotografie che seguono rappresentano una sintetica panoramica delle variegate attività svolte quotidianamente dalle donne dell’istituto.

 

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