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Ricordando il terremoto del 6 aprile 2009: 3) Geologia e paleosismologia delle faglie abruzzesi

Il terremoto del 6 aprile 2009 è stato generato dall’attivazione di una faglia normale (estensionale), denominata faglia di Paganica in quanto l’evidenza in superficie di questa struttura tettonica attraversa l’abitato di Paganica. La faglia di Paganica era, in parte, nota prima del terremoto del 2009 nella letteratura scientifica (es. Bagnaia et al., 1992; Boncio et al., 2004) ed è riportata nella Carta Geologica della Regione Abruzzo di Vezzani e Ghisetti (1998) e nella Cartografia Geologica Ufficiale, Foglio CARG 359 “L’Aquila” (Figura 1a).

Gli studi geologici di terreno condotti nell’area epicentrale dopo l’evento del 6 aprile 2009 hanno riconosciuto l’occorrenza di fagliazione di superficie lungo la faglia di Paganica (es. Falcucci et al., 2009; Boncio et al., 2010; EMERGEO Working Group, 2010; Vittori et al. 2011). Ovvero, la rottura cosismica si era propagata dalla profondità dell’ipocentro (circa 9 km di profondità) fino alla superficie, dislocandola fino a un massimo di 10-15 cm sulla verticale (Figura 1b).

Studi geologici di dettaglio hanno inoltre chiarito la storia dei movimenti della faglia di Paganica nelle ultime centinaia di migliaia di anni, definendone il ruolo nella dislocazione di depositi alluvionali e lacustri quaternari di decine o centinaia di metri (es. Galli et al., 2010; Giaccio et al., 2012; Improta et al., 2012; Nocentini et al., 2018), con rigetti man mano crescenti all’aumentare dell’età dei depositi  (Figura 1c).

Fig. 1. a) Stralcio del Foglio CARG 359 “L’Aquila”; le frecce rosse indicano la traccia della faglia di Paganica, che pone a contatto sedimenti quaternari del Pleistocene Inferiore con altri del Pleistocene Superiore. b) fagliazione di superficie lungo la faglia di Paganica, indicata dalle frecce rosse. c) Schema geologico-strutturale della zona di faglia (Galli et al., 2010), distinta in tre rami principali (linee rosse).

A seguito dell’evento sismico del 2009, per meglio comprendere l’attività della faglia di Paganica nelle ultime migliaia di anni e riconoscere eventi di attivazione della faglia stessa precedenti a quello del 2009, sono state effettuate indagini “paleosismologiche” attraverso alcuni dei rami (splay) della faglia, allo scopo di definire ogni quanto tempo si attiva e l’entità della dislocazione in superficie determinata da ogni evento di attivazione. A titolo di esempio, analoghi studi sulla faglia del Monte Vettore-Monte Bove condotti prima dei terremoti del 2016 avevano permesso di ipotizzare che la faglia fosse in grado di generare eventi sismici di magnitudo intorno a 6.5 e che l’ultimo evento di dislocazione era precedente all’ultimo millennio (Galadini e Galli, 2003). Ipotesi poi verificata, appunto, dalla sequenza sismica del 2016 e in particolare dalla scossa del 30 ottobre di magnitudo 6.5. Va precisato che i tempi di ritorno dei terremoti stimati dalle indagini paleosismologiche sono tipicamente caratterizzati da incertezze dell’ordine di qualche secolo e non consentono quindi di effettuare delle “previsioni”, in merito ai futuri terremoti, che siano utilizzabili ai fini di protezione civile, ma sono tuttavia elementi preziosi per la valutazione della pericolosità sismica di una regione.

Gli studi paleosismologici condotti lungo la faglia di Paganica hanno definito che questa struttura tettonica si è attivata diverse volte nel tardo Olocene (Figura 2a e 2b). In particolare, la faglia si è probabilmente attivata nel passato insieme ad altre faglie adiacenti, generando terremoti più forti di quello del 6 aprile 2009 (es. Galli et al., 2010; Cinti et al., 2011; Moro et al., 2013). Nello specifico, aggregando diverse osservazioni geologiche alcuni autori hanno suggerito che la faglia di Paganica faccia parte di un sistema di faglie più grande che comprende le faglie del Monte Pettino e del Monte Marine (Galli et al., 2011; Moro et al., 2013) Falcucci et al., 2015), noto in letteratura come sistema di faglie dell’Alta Valle dell’Aterno (Galli et al., 2011; Moro et al., 2016). Secondo questi autori l’intero sistema di faglie, compresa la faglia di Paganica, si sarebbe attivato durante il terremoto del 2 febbraio del 1703 (M 6.7; Rovida et al., 2016) (Figura 2c). Tale evidenza non è stata identificata da altri autori (Cinti et al., 2011) i quali ipotizzano invece l’attivazione della faglia di Paganica insieme ad altre faglie quaternarie localizzate più a sud durante eventi sismici passati, non escludendo l’attivazione della stessa faglia in occasione di un evento sismico successivo al terremoto del 1461 (forse l’evento del 1762).

Fig. 2. a) parete di scavo geognostico per finalità paleosismologica attraverso la faglia di Paganica (modificata da Moro et al., 2013); le frecce bianche indicano il piano della faglia. b) parete di scavo geognostico per finalità paleosismologica attraverso la faglia di Paganica e la fagliazione superficiale del terremoto del 2009 (modificata da Cinti et al., 2011). c) Schema strutturale della del settore aquilano dell’Appennino abruzzese (modificata da Falcucci et al., 2015); in colore i rami di faglia che appartengono allo stesso sistema. MMF, faglia del Monte Marine; MPF, faglia del Monte Pettino; PF, faglia di Paganica; AF, faglia di Assergi; CIF, faglia di Campo Imperatore; MVA, faglia della Media Valle dell’Aterno; VS, faglia della Valle Subequana. d) parete di scavo geognostico per finalità paleosismologica attraverso la faglia della Valle Subequana; le linee rosse indicano i piani di faglia (modificata da Falcucci et al., 2011).

Il settore aquilano dell’Appennino abruzzese è interessato anche da altri sistemi di faglie estensionali attivi, considerati come l’espressione in superficie di sorgenti sismogenetiche responsabili di terremoti di magnitudo compresa tra 6 e 7. Tra questi, il sistema di faglie Campo Imperatore-Assergi (es. Giraudi e Frezzotti, 1995; Galli et al., 2002), quello di Montereale (es. Civico et al., 2016; Cinti et al. 2018) e quello della Media Valle dell’Aterno-Valle Subequana (es. Bosi e Bertini, 1970; Galadini e Galli, 2000; Falcucci et al., 2011) (Figura 2c). Studi paleosismologici condotti lungo questi sistemi di faglia (Figura 2d) hanno permesso di definire eventi di attivazioni cronologicamente diversi di queste strutture rispetto a quelli della faglia di Paganica, suggerendo che tali sistemi abbiano storie di attivazioni indipendenti fra loro. Inoltre, per ciò che riguarda il sistema di faglie di Campo Imperatore-Assergi, dati preliminari sembrano suggerire un evento di attivazione in epoca medievale dell’intera struttura tettonica (Gori et al., 2015; Moro et al., in preparazione), con un evento di magnitudo stimata tra 6.5 e 7; il sistema di faglie di Montereale si potrebbe essere attivato in occasione del terremoto del 16 gennaio della sequenza del 1703; il sistema di faglie della Media Valle dell’Aterno-Valle Subequana si sarebbe attivato l’ultima volta fra il I e il II secolo a.C. (es. Falcucci et al., 2015), anch’esso con un evento sismico di magnitudo intorno a 6.5-7.

Fig. 3. Parete di scavo geognostico per finalità paleosismologica realizzato e studiato nel 2018-2019 attraverso la faglia del Monte Morrone nei pressi dell’abitato di Roccacasale. Le frecce nere indicano i principali piani di taglio osservati nei depositi di versante interessati dal movimento della faglia.

Infine, poco a sudest della faglia della Media Valle dell’Aterno-Valle Subequana è presente un’altra faglia attiva maggiore dell’Appennino abruzzese, quella che borda il fianco occidentale del Monte Morrone, rilievo che delimita ad oriente la piana di Sulmona. La faglia del Monte Morrone è stata investigata da diversi autori in passato e definita come attiva e sismogenetica (es. Vittori et al., 1995; Gori et al., 2011). Indagini archeosismologiche hanno suggerito che l’ultimo evento di attivazione di questa faglia sia avvenuto nel II secolo d.C. (Ceccaroni et al., 2009). Tale ipotesi sembrerebbe essere avvalorata da indagini paleosismologiche condotte dopo l’evento del 2009 (Galli et al., 2014). Ulteriori indagini di questo tipo (realizzate da INGV, Università di Chieti-Pescara e Università degli Studi di Cassino) sono attualmente in corso, allo scopo di verificare o meno i risultati delle indagini precedenti (Fig. 3).

Gli studi paleosismologici consentono di estendere all’indietro di alcune migliaia di anni le nostre conoscenze sulla storia sismica delle principali faglie dell’Appennino centrale, fornendo inoltre importanti indicazioni sull’evoluzione recente della catena montuosa e sulla pericolosità sismica in Italia.

a cura di Stefano Gori, Emanuela Falcucci, Fabrizio Galadini (INGV-Rm1).


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Ricordando il terremoto del 6 aprile 2009: 2) Modelli di faglia

In questo secondo contributo alla conoscenza del terremoto del 2009 vediamo come sia stato possibile ricostruire il processo di rottura associato alla scossa principale del 6 aprile alle ore 3:32, attraverso l’utilizzo di dati geodetici e sismologici.

Deformazioni e modelli di faglia geodetici

La deformazione della crosta terrestre causata dalla sequenza sismica dell’Aquila del 2009 è stata misurata sia da stazioni GPS collocate a terra in un’ampia regione dell’Italia centrale (Anzidei et al., 2009; Cheloni et al., 2010; D’Agostino et al., 2012; Gualandi et al., 2014), sia dai satelliti con le tecniche radar (Atzori et al., 2009; Walters et al., 2009; Trasatti et al., 2011), e sia da tecniche di geodesia terrestre (Cheloni et al., 2014). Tali tecniche hanno permesso di evidenziare gli spostamenti della superficie terrestre e realizzare così un modello di faglia (posizione, estensione, spostamento dei due lembi della faglia) per l’evento principale del 6 aprile del 2009 (Anzidei et al., 2009; Atzori et al., 2009, Cheloni et al., 2010; Walters et al 2009).

Figura 1 – Spostamenti cosismici orizzontali misurati (frecce nere) e simulati (frecce rosse) ai caposaldi GPS presenti nella zona epicentrale. Il rettangolo blu rappresenta il modello di faglia (proiezione sulla superficie) ricavato da tali spostamenti. Il riquadro in basso a destra mostra invece gli spostamenti verticali osservati e modellati (Anzidei et al., 2009.)

In particolare i massimi spostamenti orizzontali e verticali osservati furono dell’ordine dei 10 e 15 cm alla stazione GPS denominata CADO (Figura 1).

Figura 2 – Interferogrammi calcolati con i satelliti (a) COSMO-Sky-Med e Envisat (b and c) per la scossa del 6 aprile. La stella rossa indica l’epicentro del terremoto del 6 aprile (Atzori et al., 2009).

Gli interferogrammi (ottenuti dai sensori radar satellitari in passaggi prima e dopo il terremoto) mostrano un campo di deformazione caratterizzato da frange concentriche (Figura 2) indicanti che il terreno si era allontanato dal satellite (lungo la linea di vista – Light Of Sight – del satellite) su un’area di circa 480 km2 estesa verso sud-est a partire dall’epicentro del terremoto del 6 aprile. I massimi spostamenti osservati lungo la linea di vista dei satelliti furono dell’ordine dei 20-28 cm, misurati tra la città dell’Aquila e Fossa (AQ).

Per la prima volta in Italia, sono stati inoltre osservati dei movimenti lenti della superficie terrestre nell’area circostante l’epicentro, dovuti al movimento post-terremoto che avviene sul piano di faglia successivamente al terremoto (Cheloni et al., 2010; D’Agostino et al., 2012; Cheloni et al., 2014; Gualandi et al., 2014). Definiamo “lento” questo spostamento perché avviene in un arco temporale di molte settimane o alcuni mesi, mentre durante il terremoto lo spostamento di tutta la faglia avviene in pochi secondi, come vedremo più avanti. Questo movimento lento viene definito afterslip (scivolamento post-sismico). Le registrazioni giornaliere GPS disponibili mostrano chiaramente il lento movimento avvenuto nei giorni successivi alla scossa principale (Figura 3).

Figura 3 – Spostamento misurato alle stazioni GPS dell’Aquila (AQUI) e di Paganica (PAGA) durante (freccia rossa) e nelle settimane successive (freccia blu) al terremoto del 6 aprile 2009. Sono mostrate le tre componenti del movimento (North, East, Up) (Cheloni et al., 2010).

In particolare, i dati GPS misurati unitamente agli interferogrammi mostrati sopra, misurati prima e dopo il terremoto principale del 6 aprile, hanno permesso di calcolare lo spostamento del terreno e ricavare quindi un modello di faglia per la sequenza del 2009. I principali modelli di faglia sono stati proposti da Anzidei et al. (2009), Atzori et al. (2009), Walters et al. (2009), Cheloni et al. (2010) e Gualandi et al. (2014). Altri modelli vennero proposti da Balestra et al. (2015) e Castaldo et al. (2018).

Figura 4 – Modello di faglia e distribuzione di movimento (slip) sul piano di faglia stimato da misure di spostamento GPS. Le frecce nere rappresentano gli spostamenti osservati, mentre quelle bianche gli spostamenti previsti dal modello. La scala di colori rappresenta l’entità di movimento stimata sul piano di faglia (Gualandi et al., 2014).

Gli spostamenti cosismici medi sull’intero piano di faglia ottenuti dall’inversione dei dati GPS (Anzidei et al., 2009; Cheloni et al., 2010; Gualandi et al., 2014), sono di circa 50-60 cm, in accordo con l’inversione di dati interferometrici (Atzori et al., 2009, Walters et al., 2009), con massimi movimenti di circa 1 metro (Figura 4).

In generale, i vari modelli di faglia proposti per la scossa del 6 aprile 2009, concordano nel definire come sorgente sismogenetica della sequenza dell’Aquila del 2009 la faglia di Paganica. Tutti i modelli la caratterizzano come una faglia con geometria planare con un angolo di immersione (dip) verso SW di circa 50° fino ad una profondità di circa 10 km, attivatasi per una lunghezza di circa 16 km. La geometria della faglia identificata dai dati sopra descritti è in accordo con quanto mostrato dalla distribuzione in mappa e in profondità delle repliche (o aftershocks), descritti nell’articolo precedente.

Ulteriori dettagli sul processo di fagliazione, in particolare quelli legati all’evoluzione temporale della rottura durante il terremoto del 6 aprile, possono essere ricavati dai dati accelerometrici registrati dalle stazioni poste in area epicentrale, come illustrato nel seguito.

Modellazione congiunta sismologica / geodetica

Il terremoto del 6 aprile 2009 e i principali eventi della sequenza sismica ad esso associati sono stati registrati da diverse stazioni digitali appartenenti alla “Rete Accelerometrica Nazionale” (RAN) gestita dal Dipartimento della Protezione Civile, da diverse stazioni accelerometriche a larga banda della Rete MedNet e dalle stazioni sismiche permanenti digitali della Rete Sismica Nazionale Italiana dell’INGV (tutti i dati sono disponibili su http://itaca.mi.ingv.it/ItacaNet_30/#/home). Subito dopo l’evento principale, l’INGV in collaborazione con il Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique (LGIT) di Grenoble ha provveduto all’installazione di una fitta rete temporanea composta di ulteriori 40 stazioni sismiche digitali (Chiaraluce et al., 2011), che ha permesso la registrazione dell’intera sequenza. I dati accelerometrici registrati dalle stazioni dislocate nella regione epicentrale (Figura 5) durante il terremoto dell’Aquila del 2009, costituiscono per la comunità scientifica un set di osservazioni senza precedenti per un evento con meccanismo di faglia normale.

Figure1NEW

Figura 5 – Mappa del terremoto dell’Aquila: – il rettangolo in rosso rappresenta la proiezione in superficie del piano di faglia; – i triangoli bianchi indicano le stazioni accelerometriche strong-motion e i punti in viola i siti GPS selezionati nello studio di Cirella et al., (2012) per la modellazione della sorgente sismica. L’epicentro del terremoto è identificato dalla stella rossa mentre in giallo vengono riportate le posizioni della città de L’Aquila e di Paganica.

L’analisi e la modellazione della radiazione sismica associata al terremoto dell’Aquila, eseguite attraverso l’applicazione di metodologie che tengono conto degli effetti dovuti alla vicinanza della sorgente sismogenetica, ha permesso di ricostruire l’evoluzione spazio-temporale della rottura co-sismica avvenuta sulla faglia di Paganica, responsabile del terremoto. In particolare, l’inversione congiunta di dati geodetici (GPS e DInSAR) e dati sismologici (Cirella et al., 2009; Yano et al., 2009; Cirella et al., 2012; Gallovič et al., 2015; Del Gaudio et al., 2015) ha consentito di ottenere una descrizione dettagliata del processo di sorgente sismica, in termini di distribuzioni dei parametri cinematici (picco della velocità di dislocazione, velocità del fronte di rottura, durata e direzione della dislocazione) sul piano di faglia.

Figure6NEW

Figura 6. a) Modello della sorgente sismica responsabile del terremoto dell’Aquila, descritto in termini di distribuzioni della dislocazione sul piano di faglia (in alto), durata (centro) e picco (in basso) della velocità di dislocazione sul piano di faglia. b) Confronto tra le forme d’onda osservate (blu) e modellate (rosso). I numeri indicano i valori di picco, in cm/s, osservati su ciascuna stazione e per ogni componente del moto.

La Figura 6a mostra il modello di rottura ottenuto per il terremoto dell’Aquila del 6 aprile 2009, da Cirella et al. (2012). I pannelli in alto, al centro e in basso mostrano, rispettivamente, le distribuzioni di dislocazione, la durata ed il picco della velocità di dislocazione sul piano di faglia. Le isolinee in bianco rappresentano i tempi di rottura e i vettori in nero corrispondono alla direzione di dislocazione. La stella rossa identifica la posizione dell’ipocentro. In Figura 6b si ha il confronto tra i sismogrammi osservati (in blu) e modellati (in rosso) alle stazioni riportate in Figura 5.

Il video mostra l’evoluzione temporale della velocità di dislocazione (in m/s) sul piano di faglia proiettata sulla superficie terrestre. I punti in rosso identificano i siti della città dell’Aquila e dei villaggi di Paganica ed Onna. Si nota come l’intero processo di rottura della faglia duri meno di 10 secondi. Questa durata non va confusa con quello dello scuotimento, che è molto maggiore per il propagarsi delle onde sismiche nella crosta, con riflessioni e rifrazioni multiple, come si vede nel video della propagazione delle onde in Italia centrale.

Questo tipo di indagini fornisce uno strumento essenziale per ottenere una descrizione della sorgente sismica che sia il più possibile rappresentativa dei reali processi sismogenetici, nell’ottica di migliorare la conoscenza dei meccanismi che sono alla base della generazione di un terremoto. Conoscenza indispensabile per la prevenzione e la mitigazione del rischio sismico.

A cura di Daniele Cheloni (INGV-ONT) e Antonella Cirella (INGV-Rm1).


Riferimenti bibliografici

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Cirella A., Piatanesi A., Tinti E. Chini M. and M. Cocco (2012), “Complexity of the rupture process during the 2009 L’Aquila, Italy, earthquake”, Geophysical Journal International.190, 607-621, doi:10.1111/j.1365-246X.2012.05505.x.

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Ricordando il terremoto del 6 aprile 2009: 1) La sequenza sismica e la struttura del sistema di faglie

In questo primo approfondimento sulla sequenza sismica del 2009 in Italia centrale riassumiamo l’evoluzione spazio-temporale della sequenza, ricostruita attraverso l’analisi di circa 60.000 terremoti che sono stati studiati integrando i dati della Rete Sismica Nazionale dell’INGV con quelli delle reti mobili installate subito dopo l’evento del 6 aprile. Con gli stessi dati è stata ricostruita la struttura del sistema di faglie in profondità. Nei prossimi post vedremo come questi dati siano stati utilizzati, insieme a quelli geodetici, accelerometrici e di superficie, per vincolare altre caratteristiche della faglia principale responsabile del terremoto del 2009 e delle altre faglie presenti nella regione. Negli ultimi anni sono stati già affrontati diversi aspetti del terremoto su questo sito, come per esempio in questo articolo e in questo.

Il 6 Aprile 2009 alle ore 03:32 un terremoto di Mw6.1 [1] si verifica nell’area attorno alla città dell’Aquila, dove era in atto un’attività sismica da alcuni mesi, generando una lunga sequenza di repliche. Gran parte della sequenza sismica si verifica sulla faglia responsabile del terremoto principale, la faglia di Paganica, mentre altre faglie minori vengono attivate nei giorni successivi al 6 aprile. A seguito della ridistribuzione degli sforzi causata dall’evento principale, unita ad una probabile migrazione di fluidi presenti nella crosta superiore, l’attività sismica migra inoltre su una faglia posizionata immediatamente a Nord nella zona dei Monti della Laga (figura 1).

Subito dopo l’evento principale, i ricercatori e tecnici dell’INGV, con la successiva collaborazione dell’Università di Grenoble, hanno installato una rete sismica composta da 47 stazioni temporanee che hanno permesso di integrare le informazioni fornite dalla rete permanente (la Rete Sismica Nazionale dell’INGV, RSN) per seguire e monitorare l’evolversi della sequenza e permettere studi successivi di dettaglio.

Figura 1: la figura mostra la distribuzione spazio-temporale dei terremoti avvenuti lungo l’asse della catena appenninica (asse verticale del grafico) a partire dal 1 gennaio al 31 dicembre 2009 (asse orizzontale), cioè circa 3 mesi prima e 9 mesi dopo l’occorrenza dell’evento del 6 aprile 2009. Notiamo la sequenza sismica che inizia a metà gennaio concentrata attorno all’epicentro della scossa del 6 aprile (stella più grande). Le altre stelle indicano i terremoti con magnitudo ML > 5. Come si vede gran parte dei terremoti più forti è avvenuta nella prima settimana a partire dal 6 aprile. Il sistema di faglie attivato, composto da due faglie principali (definite qui faglia di Paganica e faglia dei Monti della Laga) si estende per circa 45 km in direzione NW-SE lungo l’asse dell’Appennino (da Valoroso et al., 2013)

Con la sequenza del 2009, per la prima volta in Italia è stato possibile generare un catalogo ricchissimo di terremoti registrato da stazioni sismiche permanenti e temporanee. Questo catalogo è stato usato per capire a fondo il processo di rilascio sismico e riconoscere le strutture crostali coinvolte nella genesi del terremoto. Dal segnale sismico acquisito in continuo dai sismometri sono stati estratti i segnali di oltre 60.000 terremoti, la cui localizzazione di estrema precisione ha consentito di rilevare il corteo di faglie interessate dai movimenti principali verificatisi durante la sequenza. Il numero così elevato di eventi dipende dal fatto che siamo riusciti a riconoscere e a localizzare con procedure automatiche terremoti molto più piccoli di quelli che normalmente vengono riconosciuti con i metodi standard di analisi; è stato così possibile abbassare la magnitudo di completezza del nostro catalogo di terremoti.

L’architettura delle faglie in profondità delineate dalle repliche (o aftershocks) è stata definita con un’accuratezza della decina di metri, simile quindi a quella osservata dalla geologia di superficie. Questo può consentire di colmare il gap che ancora esiste tra osservazioni geologiche (di superficie) e sismologiche (nel sottosuolo). Infatti per la prima volta sono state osservate, dalla distribuzione della sismicità, le caratteristiche della zona di faglia che rispecchiano le geometrie delle faglie identificate sul terreno. In un prossimo post vedremo come sono organizzate queste ultime e come sono state studiate in questi dieci anni.

 

Figura 2: la figura mostra la distribuzione dei numerosi aftershocks in pianta e in sei sezioni verticali perpendicolari al sistema di faglie, che come è noto si presenta allungato in direzione nordovest-sudest. Se ne apprezza così la geometria, la pendenza (verso sudovest) e l’estensione in profondità (fino a circa 10 km). Notiamo la faglia principale di Paganica-Monte Stabiata (PaF-MSF) e il corteo di altre strutture che si sono attivate durante la sequenza (da Valoroso et al., 2013)

I dati sismologici di dettaglio ci hanno permesso di effettuare una vera e propria radiografia delle faglie nel sottosuolo. La faglia principale, sulla quale si è originato il terremoto del 6 aprile, è chiaramente definita dalla distribuzione degli aftershocks in profondità: questi individuano un piano che si estende per una lunghezza di circa 20 km nella direzione appenninica (nordovest-sudest), inclinato di 50° gradi verso sudovest, e definito dagli aftershocks tra la superficie e 8-9 km di profondità (si veda la sezione verticale 10a in figura 2). La proiezione in superficie di questa faglia coincide con le rotture del terreno mappate in superficie nelle zone di Paganica e Monte Stabiata (faglie PaF e MSF in figura 2). Insieme alla faglia principale sono state osservate alcune altre faglie più piccole che sono state coinvolte nella sequenza. Il complesso corteo di faglie attivate ha permesso di osservare la complessità geologica del sottosuolo in zone di catena “giovani”; questa complessità si traduce anche nella difficoltà di individuare con precisione quali siano le faglie sismogenetiche che si potrebbero attivare in altre zone della catena appenninica.

I numerosi dati sismici di alta qualità hanno permesso inoltre di ricostruire le principali strutture tettoniche del sottosuolo tramite l’utilizzo di tecniche di tomografia sismica. In pratica, i raggi sismici che si propagano dall’ipocentro dei terremoti alle stazioni sismiche “illuminano” la struttura dell’interno della terra lungo il loro tragitto, analogamente a quanto avviene con una TAC per vedere all’interno del corpo umano. Incontrando zone a diversa composizione, e quindi a diversa velocità, le onde sismiche subiscono dei rallentamenti o delle accelerazioni che modificano il loro tempo di percorso nella crosta tra gli ipocentri e le stazioni di rilevamento. Con le tecniche tomografiche siamo quindi in grado di definire la struttura tridimensionale del sottosuolo in termini di velocità delle onde sismiche. L’interpretazione congiunta della sismicità e della struttura profonda ha permesso di capire come la sequenza sismica abbia in parte riattivato numerose strutture geologiche pre-esistenti che si erano generate durante la precedente fase di formazione della catena appenninica. La complessità che abbiamo osservato durante la sequenza del 2009, con l’attivazione di più segmenti di faglie adiacenti, potrebbe derivare da questa eterogeneità del sottosuolo. In generale, nei processi di generazione dei terremoti dell’Appennino, questi segmenti di faglia possono rompersi individualmente oppure in rapida sequenza, originando eventi più o meno forti, come osservato in altre sequenze sismiche (es. Emilia 2012 ed Amatrice-Norcia 2016).

Figura 3: la figura mostra alcune sezioni verticali del modello tomografico (velocità delle onde P) attraverso le due faglie principali posizionate nel settore dei Monti della Laga (faglia dei Monti della Laga, MLGF nelle sezioni 1, 2 e 3) e la faglia di Paganica (faglia PAGf nelle sezioni 4, 5 e 6). Dall’andamento delle velocità in profondità (forma delle anomalie e dei corpi con simile velocità) sono stati tracciati i principali elementi strutturali riconosciuti nel sottosuolo e relativi sia alla tettonica compressiva della catena (piani di thrust, Mot, Tt, GSt, Act) che le faglie estensionali coinvolte nell’attuale fase tettonica distensiva (PAGf, MLGf) (da Buttinelli et al., 2018)

[1] La magnitudo Richter o locale (ML) del terremoto del 6 aprile 2009 alle 3:32 è stata stimata in 5.9 (+/-0.2), mentre le stime della magnitudo momento Mw sono comprese tra 6.1 e 6.3

A cura di Luisa Valoroso e Claudio Chiarabba, INGV-ONT


Riferimenti bibliografici

Buttinelli, M., Pezzo, G., Valoroso, L., De Gori, P., & Chiarabba, C. (2018). Tectonics inversions, fault segmentation, and triggering mechanisms in the central Apennines normal fault system: Insights from high-resolution velocity models. Tectonics, 37, doi:10.1029/2018TC005053

Margheriti, L., et al. (2011). Rapid response seismic networks in Europe: lessons learnt from the L’Aquila earthquake emergency. Ann. Geophys., 54, 4, doi: 10.4401/ag-4953

Valoroso L., L. Chiaraluce, D. Piccinini, R. Di Stefano, D. Schaff, and F. Waldhauser (2013), Radiography of a normal fault system by 64,000 high-precision earthquake locations: The 2009 L’Aquila (central Italy) case study, J. Geophys. Res., 118, doi:10.1029/2012JB009927

Valoroso L., L. Chiaraluce, C. Collettini, (2014), Earthquakes and fault zone structure. Geology, 118, doi:10.1029/2012JB009927


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Ricordando il terremoto del 6 aprile 2009 a L’Aquila

Alle 3 e 32 italiane del 6 aprile 2009, una scossa di magnitudo stimata Mw 6.1 (Bollettino Sismico Italiano, BSI), magnitudo stimata Mw 6.3 nel Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani 2015 (CPTI15) e nel Catalogo European-Mediterranean Regional Centroid-Moment Tensors (RCMT), colpisce una vasta area della provincia dell’Aquila e viene avvertita in tutta l’Italia centrale. La scossa principale si verifica dopo alcuni mesi di scosse di energia moderata, molte delle quali avvertite dalla popolazione. Il terremoto provoca danni gravissimi: 309 vittime, 1.600 feriti e oltre 70.000 sfollati.

Dopo la scossa principale del 6 aprile, altri 4 eventi importanti si verificano nella notte tra il 6 e il 7 aprile (Mw 5.0, BSI) alle ore 1:15 locali, il 7 aprile (Mw 5.4, BSI) alle ore 19:47 e due eventi il 9 aprile alle ore 2:52 (Mw 5.2, BSI) e alle ore 21:38 (Mw 5.0, BSI).

Mappa della sismicità nell’aquilano dal 1 gennaio al 31 dicembre 2009.

L’evoluzione della sequenza sismica nel primo mese comprende diversi eventi forti (M≥4.0) in aree adiacenti a quella epicentrale e un numero molto elevato di eventi di magnitudo superiore a 2.0: in tutto il 2009 sono quasi 20.000 le scosse localizzate nell’area, presenti nel Bollettino Sismico Italiano consultabile qui.

Gli effetti più gravi sono stati osservati nel centro storico dell’Aquila, a Onna e nelle località di Castelnuovo, Sant’Eusanio Forconese, San Gregorio, Tempera e Villa Sant’Angelo. Il danneggiamento nel comune dell’Aquila è molto diversificato, data la sua estensione, le caratteristiche eterogenee del patrimonio edilizio e la risposta sismica locale.

Mappa della distribuzione degli effetti del terremoto del 6 aprile 2009 – fonte: DBMI15 http://emidius.mi.ingv.it/CPTI15-DBMI15/

Le strutture geologiche attive e responsabili dei terremoti in questa zona sono faglie normali, ovvero distensive, talora con evidenze di rottura in superficie. La porzione attivata il 6 aprile è compatibile con la faglia denominata di Paganica, lungo il cui affioramento sono state riscontrate deformazioni permanenti di alcuni centimetri. I dati satellitari hanno confermato un ribassamento nella conca aquilana, che raggiunge valori massimi di 15-20 cm.

Nel 2009 a L’Aquila tecnici e ricercatori INGV hanno impegnato mesi di lavoro ed energie per elaborare in tempo reale l’enorme quantità di dati sismologici raccolti dalla Rete Sismica Nazionale e dalle reti di monitoraggio geofisico, attivate in poche ore, per raccogliere e interpretare dati sugli effetti geologici; per monitorare la distribuzione degli effetti e supportare il Servizio Nazionale della Protezione Civile nella gestione dell’emergenza.

Questa è stata la prima occasione nella quale l’INGV ha avuto un ruolo attivo a sostegno del Servizio Nazionale della Protezione Civile per coordinare gli interventi nella gestione delle emergenze. L’INGV ha infatti allestito il Centro Operativo Emergenza Sismica (COES), un presidio logistico, tecnico, scientifico e informativo nell’area epicentrale.

Emergenza Sismica dell’INGV allestito all’interno della Di. Coma. C. nella Caserma della Guardia di Finanza a Coppito (AQ). Il COES è rimasto attivo fino al 31 gennaio 2010.

Il coinvolgimento personale, umano, in questi mesi di lavoro duro e intenso, il rapporto con le persone che abbiamo incontrato, sono stati tutti elementi di una esperienza professionale, culturale e umana molto forte, che porteremo sempre con noi. Insieme alle tante cose che come persone che fanno ricerca abbiamo imparato, di quell’esperienza conserviamo soprattutto questo: l’esserci sentiti parte di una comunità in circostanze tanto difficili.

Questa vicinanza, e lo stimolo che per noi ha rappresentato per fare sempre meglio il nostro lavoro, l’abbiamo avvertita soprattutto in una parte molto speciale di questa esperienza, quando a poche settimane dal terremoto abbiamo avviato una serie di incontri: dapprima incontri pomeridiani con insegnanti, poi serate con le persone ospitate nelle tendopoli e infine, di nuovo, incontri con tutto il personale scolastico di tutte le scuole di L’Aquila e provincia, e delle province di Teramo e Pescara. Fra la fine di aprile e settembre abbiamo avuto la possibilità di partecipare a oltre sessanta incontri con migliaia di persone. Da questa esperienza abbiamo imparato che prima che ricercatori siamo persone che appartengono a questo stesso mondo, ne condividono le difficoltà, le conquiste e i passi indietro, e abbiamo compreso quanto il nostro lavoro non fosse importante solo per noi.

Per questo abbiamo pensato di dedicare i prossimi mesi a riflettere su quello che è stato per noi, donne e uomini dell’INGV, questa esperienza, cosa abbiamo imparato, cosa avremmo potuto fare meglio, e come pensiamo che il nostro lavoro debba cambiare per essere ricerca migliore e rappresentare un servizio più forte per le nostre comunità.

Racconteremo su questo blog, con una serie di contributi, i passi avanti che la ricerca ha fatto nella comprensione del terremoto e quale patrimonio di conoscenza ed esperienza siamo oggi in grado di consegnare alla Società. Molte restano le cose che ancora non conosciamo e su cui stiamo lavorando per giungere ad una conoscenza sempre più approfondita dei fenomeni sismici.

Come primo contributo INGVterremoti ha creato una story map sull’andamento spazio-temporale della sequenza in tutto l’anno 2009, dove si visualizzano circa 6.700 eventi sismici di magnitudo maggiore di 1.6.

La “story map” è un’applicazione web che attraverso mappe interattive, contenuti multimediali e funzioni di interazione l’INGV utilizza al fine di migliorare l’informazione, la didattica e la comunicazione anche di fenomeni naturali come la sismicità.

L’interfaccia e le funzionalità della story map sulla sequenza sismica dell’Aquilano nel 2009

Grazie agli strumenti di interazione e le funzionalità di info-grafica presenti nell’interfaccia dell’applicazione è possibile avere informazioni sul numero di eventi e sulla magnitudo massima in mappa, interrogare ogni singolo terremoto per visualizzarne i parametri ipocentrali, selezionare gli eventi sismici dei vari periodi della sequenza (fasi temporali) o in base alla loro magnitudo. Infine attivando il cursore temporale sarà possibile visualizzare i terremoti in un determinato intervallo di tempo e far partire l’animazione, giorno per giorno, della sismicità.

La story map sulla sequenza sismica dell’Aquilano del 2009 è visualizzabile al seguente indirizzo https://bit.ly/2UtlwBt ed è presente nella galleria di story maps di INGVterremoti.

Alcuni articoli sul terremoto del 2009 già pubblicati su questo blog:

https://ingvterremoti.wordpress.com/2014/11/09/linizio-e-la-fine-della-sequenza-sismica-dellaquila/

https://ingvterremoti.wordpress.com/2014/04/05/speciale-cinque-anni-dal-terremoto-dellaquila/

https://ingvterremoti.wordpress.com/2013/04/06/speciale-quattro-anni-dal-terremoto-dellaquila/


Riferimenti

Moretti, M., Nostro, C., Govoni, A., Pignone, M., La Longa, F., Crescimbene, M. and Selvaggi, G., (2011). L’intervento del Centro Operativo Emergenza Sismica in occasione del terremoto del 2009 a L’Aquila, Quaderni di Geofisica, No. 92, http://istituto.ingv.it/images/collane-editoriali/quaderni-di-geofisica/quaderni-di-geofisica-2011/quaderno92.pdf.

AA. VV. (2012), Miscellanea INGV “Sintesi dei lavori del Workshop EDURISK 2002 – 2011 | 10 anni di progetti di educazione al rischio”, n. 13, ISSN 2039-6651, http://istituto.ingv.it/images/collane-editoriali/miscellanea/miscellanea-2012/miscellanea13.pdf

EMERGEO WORKING Group – Rilievi geologici di terreno effettuati nell’area epicentrale della sequenza sismica dell’Aquilano del 6 aprile 2009 – https://www.earth-prints.org/handle/2122/5036

QUEST – Rapporto sugli effetti del terremoto aquilano del 6 aprile 2009 http://www.questingv.it/index.php/rilievi-macrosismici/15-aquilano-06-04-2009-ml-5-9/file

Galleria STORY MAPS & TERREMOTI – http://ingv.maps.arcgis.com/apps/MinimalGallery/index.html?appid=3afd9d388d38419fbf94e278aa3f15b4


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Pubblicata la nuova versione di ITACA, il Database Italiano delle registrazioni accelerometriche

ITACA30.png

E’ stata appena pubblicata la versione 3.0 di ITACA, l’ITalian ACcelerometric Archive (http://itaca.mi.ingv.it/): è la banca dati delle registrazioni accelerometriche dei terremoti con magnitudo superiore a 3.0 avvenuti dal 1972 al 2018 in Italia, o in paesi limitrofi con risentimenti in Italia.

ITACA è il risultato di un percorso mai interrotto, ormai più che decennale. Nel 2007, infatti, veniva pubblicata la prima versione, al termine della convenzione tra INGV e Dipartimento della Protezione Civile nel biennio 2004-2006 (http://istituto.ingv.it/index.php/it/2-non-categorizzato/98-convenzione-quadro-tra-ingv-e-dpc). Da allora, l’archivio è stato aggiornato con cadenza annuale, non solo con i dati dei terremoti avvenuti nel periodo, ma è stato anche arricchito progressivamente con informazioni nuove e più accurate (per esempio sulla caratterizzazione dei siti delle stazioni), con nuovi strumenti per la consultazione, la selezione e l’elaborazione delle registrazioni.

La raccolta sistematica di registrazioni accelerometriche è motivata dalla necessità di avere sempre a disposizione dati aggiornati per applicazioni sismologiche e ingegneristiche, come ad esempio la valutazione del comportamento strutturale delle opere civili o geotecniche, la calibrazione di leggi predittive del moto del suolo, o il calcolo delle mappe di scuotimento.

Il costante aggiornamento della banca dati si è rivelato fondamentale per realizzare in tempi brevi una serie di prodotti utili alla società. Tra le applicazioni più recenti dei dati accelerometrici contenuti in ITACA, ricordiamo la selezione dell’input per le simulazioni numeriche monodimensionali della microzonazione sismica di terzo livello dei 138 comuni maggiormente danneggiati dalla sequenza dell’Italia centrale del 2016-2017 (https://www.centromicrozonazionesismica.it/it/attivita/terremoto-centro-italia). Un’altra importante applicazione dei dati di ITACA è stata la selezione dei modelli predittivi del moto del suolo per il calcolo del nuovo modello di pericolosità sismica a scala nazionale (https://ingvcps.wordpress.com/2015/04/02/aggiornamento-del-modello-di-pericolosita-sismica-di-lungo-termine-per-litalia/) che sarà rilasciato a breve. Infine, in fase di emergenza sismica, la raccolta e la rapida elaborazione delle registrazioni è stata fondamentale per il calcolo delle Shakemaps (http://shakemap.rm.ingv.it/).

Gli accessi numerosi e continui a ITACA sin dalla pubblicazione testimoniano che in questi anni è diventato un riferimento e una fonte di informazioni fondamentali non solo per i ricercatori, ma anche per molti professionisti.

La versione 3.0 di ITACA (http://itaca.mi.ingv.it/) è la risposta alla necessità di innovazione attraverso l’adozione di strumenti software più aggiornati, utili a migliorare la velocità della selezione dei dati e l’accessibilità alle informazioni contenute.

Tra le principali novità segnaliamo:

  • La possibilità di effettuare l’accesso al sito tramite il proprio account google o orcid
  • L’adozione della base cartografica Openstreetmap (https://www.openstreetmap.org/)
  • Un’ampia documentazione, inclusa la statistica sui dati contenuti (Figura 1)
  • Il link alle mappe di scuotimento degli eventi sismici (http://shakemap.rm.ingv.it/)
  • Le analisi sismologiche finalizzate alla caratterizzazione della risposta dei siti di registrazione (Figura 2)
  • La pubblicazione di mappe geotematiche e parametri di sito quali la frequenza di risonanza e la velocità delle onde di taglio calcolata al substrato sismico.
  • Le informazioni relative alla sorgente sismica, di cui è riportata la geometria della faglia e le coordinate del punto di enucleazione
Itaca_Fig1

Figura 1 – Dettaglio della statistica dei contenuti di ITACA 3.0: distribuzione delle registrazioni in funzione della magnitudo di evento e della distanza epicentrale sorgente – sito.

Itaca_Fig2

Figura 2 – Rapporto tra la componente orizzontale e verticale dello spettro di Fourier (fase S) per la stazione di Amatrice (IT.AMT).

I numeri di ITACA 3.0 sono:

  • 1882 terremoti dal 1972 al 2018, nell’intervallo di magnitudo 3 – 6.9.
  • 1543 stazioni appartenenti alle due maggiori reti nazionali (Rete Accelerometrica Nazionale, RAN – gestita da DPC -, e Rete Sismologica Nazionale, RSN – gestita da INGV), una serie di reti regionali, tra cui quella dell’Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale di Trieste, e reti temporanee per lo studio degli effetti di sito, quali la rete 3A, installata nei comuni del centro Italia nel 2016.
  • 43258 forme d’onda che sono distribuite sia nella versione originale sia nella versione elaborata, dopo un attento controllo degli errori e l’eliminazione del rumore eventualmente presente attraverso procedure di filtraggio del segnale. Insieme alle registrazioni accelerometriche vengono distribuite le forme d’onda di velocità e spostamento e gli spettri di risposta elastici in accelerazione e spostamento, calcolati assumendo il 5% del rapporto di smorzamento critico (Figura 3).
Itaca_Fig3

Figura 3 – Componente E-W della registrazione accelerometrica del terremoto del 24 Agosto 2016 (Mw 6.0) alla stazione Amatrice (IT.AMT).

A cura di Lucia Luzi e Giovanni Lanzano, INGV Milano.


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