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La magnitudo del terremoto del 30 ottobre 2016

Il terremoto di ieri mattina, 30 ottobre alle 7.40, ha avuto magnitudo Richter 6.1 e magnitudo momento Mw 6.5.

L’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) utilizza entrambe le magnitudo: la magnitudo Richter, definita anche magnitudo locale ML, perché è molto rapida da calcolare ed è abbastanza affidabile per i terremoti fino a magnitudo 6; la magnitudo momento Mw, perché fornisce una stima più accurata dell’energia rilasciata dal terremoto e, in particolare, per quelli più forti.

La magnitudo Richter ML si calcola in pochissimi minuti e si comunica al Dipartimento della Protezione Civile dopo 2 minuti e alla popolazione tramite web e social media entro 30 minuti (in media dopo 12 minuti).

I valori preliminari di magnitudo, basati su dati incompleti ma disponibili già dopo pochi minuti dal terremoto, possono differire dalla magnitudo definitiva (fino a circa 0.5), ma sono indispensabili per scopi di protezione civile. Nei minuti successivi vengono aggiornati con stime più accurate non appena sono disponibili nuovi dati. Il procedimento usato è riportato su questo blog e sulla Guida al sito cnt.rm.ingv.it con gli eventi sismici in tempo reale.

Perché la magnitudo Richter non va bene per i terremoti forti?

Per capirlo dobbiamo innanzitutto spiegare come si calcolano le due magnitudo

La magnitudo Richter ML è ottenuta a partire dall’ampiezza massima delle oscillazioni registrate da un sismometro standard, chiamato Wood-Anderson, sensibile a onde sismiche con frequenza relativamente elevata di circa 0.8 Hz.ml

Questo metodo funziona abbastanza bene per i terremoti con magnitudo inferiore a 6.0.

imgresI terremoti di magnitudo maggiore, invece, emettono una parte importante di energia a frequenze più basse rispetto a 0.8 Hz, per cui la massima ampiezza misurata sul sismografo Wood-Anderson non rappresenta tutta l’energia emessa dal terremoto.

Per questo motivo i terremoti di magnitudo momento Mw maggiore di 6 tendono ad avere valori di magnitudo Richter ML molto simili (vedi figura al lato). In questi casi si deve quindi far ricorso alla magnitudo momento Mw.

Per calcolare la Msi deve analizzare una porzione molto lunga dei sismogrammi a larga banda, in modo da considerare tutta l’energia emessa e dare così un valore più realistico. Per far questo si deve aspettare la registrazione di tutto il segnale sismico alle varie (tante) stazioni della Rete Sismica Nazionale e analizzarle. Questo comporta dei tempi più lunghi, non compatibili con gli scopi di protezione civile e con il desiderio del pubblico di avere una informazione immediata.

Sul nostro sito cnt.rm.ingv.it è possibile vedere tutto quello che fa il personale in sala sismica e come le localizzazioni e le magnitudo cambiano quando arrivano nuovi dati e sono possibili nuove analisi.

Ieri mattina dopo 2 minuti abbiamo fornito telefonicamente al Dipartimento della Protezione Civile, una prima stima del valore della magnitudo ML pari a 6.1, specificando subito che il valore corretto sarebbe stato più alto e comunicato a breve. Questo valore è stato anche reso pubblico sul sito INGV 18 minuti dopo l’evento sismico.

Nei minuti successivi al terremoto è stata poi calcolata una prima stima della magnitudo momento Mw ottenendo un valore pari a 6.5 che è stato rivisto e confermato nelle due ore successive all’evento. La figura sotto riporta alcune delle stazioni sismiche utilizzate per il calcolo del momento sismico e della relativa magnitudo.

mw
Il valore ottenuto è ben calcolato perché sono stati utilizzati molti dati e la corrispondenza tra dati osservati e quelli modellati è molto buona. Tutti i dati dei sismometri delle reti sismiche INGV e di quelle collegate sono pubblici e possono essere scaricati e usati per calcolare i parametri ipocentrali, le magnitudo e altri dati.

La magnitudo momento viene calcolata anche da altri istituti internazionali. Al momento attuale queste sono le stime fornite da diversi enti:

Istituto internazionale Magnitudo calcolata
INGV 6.5
USGS 6.6
GFZ 6.5
CSEM 6.5

Come per qualsiasi misura di un parametro fisico, le stime sono affette da incertezze perché effettuate con diversi metodi, con dati di stazioni sismiche diverse e con diversi modelli della crosta terrestre. Questo spiega le differenze che talvolta caratterizzano le stime fornite dai diversi enti.

Un’altro aspetto importante, già trattato in un nostro articolo, è il legame tra il valore della magnitudo e il risarcimento dei danni prodotti dai terremoti. Come detto esplicitamente nel post del 26 agosto la magnitudo NON è utilizzata per il risarcimento dei danni prodotti dai terremoti; per questo scopo in passato sono stati utilizzati i valori di intensità calcolata sulla base della scala Mercalli (in realtà la scala Mercalli-Cancani-Sieberg).


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Terremoti profondi nel mar Tirreno, 28 e 29 ottobre 2016

Il 28 e 29 ottobre 2016 sono avvenuti due terremoti profondi in Italia. Il primo terremoto di magnitudo 5.7 è avvenuto ieri, 28 ottobre 2016, alle ore 22:02 italiane (20:02 UTC) nel Mar Tirreno a una profondità di circa 470 km.  Il secondo evento di magnitudo 4.3 è avvenuto oggi, 29 ottobre 2016, alle ore 13:58 italiane (11:58 UTC) in provincia di Potenza ad una profondità di 270 km.

terremotiprofondi_ottobre2016

Localizzazione dei terremoti profondi avvenuti il 28 ottobre 2016 alle ore 22:02 italiane (magnitudo 5.7) nel Mar Tirreno e il 29 ottobre 2016 alle ore 13:58 italiane (di magnitudo 4.3) in provincia di Potenza.

Nella regione italiana la maggior parte dei terremoti avviene tra 0 e 20 km di profondità, nella crosta superiore. Tuttavia, a causa dei complessi fenomeni geologici che hanno portato alla sua attuale configurazione, la nostra penisola è interessata in alcune aree da terremoti intermedi e profondi (fino a 600 km).

Questa sismicità, tipica delle zone di contatto tra placche oceaniche e continentali come quelle del margine dell’oceano Pacifico e dell’oceano Indiano, si manifesta nel nostro paese laddove la litosfera del Mar Ionio si approfondisce sotto l’arco calabro e il Tirreno meridionale. Il Mar Ionio, infatti, rappresenta il relitto di un antico grande oceano che occupava la regione del Mediterraneo e che è stato “subdotto” e in parte riassorbito nel mantello terrestre per decine di milioni di anni prima sotto le Alpi e poi sotto gli Appennini.

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Epicentri dei terremoti del Tirreno e dell’Appennino meridionale dal 1 gennaio 2010 a oggi. L’epicentro dell’evento del 28 ottobre 2016 alle ore 22:02 italiane (magnitudo 5.7) è la stella viola al centro del mar Tirreno. I simboli blu, viola e rossi indicano i terremoti più profondi della regione, mentre quelli gialli e arancio sono i terremoti crostali (profondità inferiori a 20 km).

Come scritto più volte negli articoli di questo blog, nella regione del Tirreno sono piuttosto frequenti i terremoti profondi, a causa della subduzione della litosfera ionica sotto la Calabria. La figura mostra i terremoti profondi (simboli blu, viola, rossi) nel Mar Tirreno.

Per un approfondimento sui terremoti profondi è stato realizzato un articolo su questo blog sui terremoti profondi e un video sul canale YouTube di INGVterremoti.

Si parla molto di una relazione tra questi eventi e il Marsili, il vulcano sottomarino che si trova sul fondo del Tirreno a partire da circa 3000 metri sotto il livello del mare e si innalza per 2000 metri. La scossa di magnitudo 5.7 è accaduta a oltre 470 km di profondità e non può assolutamente essere considerata come un segnale di attività del Marsili.

Nonostante l’elevata profondità ipocentrale il terremoto avvenuto il 28 ottobre 2016 alle ore 22:02 italiane (magnitudo 5.7) nel Mar Tirreno è stato avvertito in modo molto lieve dalla popolazione calabrese, probabilmente perché il corpo in subduzione ha favorito la propagazione verso la superficie in direzione della Calabria, come testimoniano i questionari arrivati fino a questo momento sul sito http://www.haisentitoilterremoto.it/. Di seguito la mappa (aggiornata alle ore 16:09 di oggi) che mostra la distribuzione dei risentimenti sul territorio in scala MCS (Mercalli-Cancani-Sieberg).

mcs_28-10-2016

Mappa del risentimento sismico in scala MCS (Mercalli-Cancani-Sieberg) che mostra la distribuzione degli effetti del terremoto sul territorio come ricostruito dai questionari on line. La mappa contiene una legenda (sulla destra). Con la stella in colore viola viene indicato l’epicentro del terremoto, i cerchi colorati si riferiscono alle intensità associate a ogni comune. Nella didascalia in alto sono indicate le caratteristiche del terremoto: data, magnitudo (ML) profondità (Prof) e ora locale. Viene inoltre indicato il numero dei questionari elaborati per ottenere la mappa stessa.

Le shakemap: una pronta ed efficace visualizzazione dello scuotimento prodotto da un terremoto

Le mappe di scuotimento (ShakeMap) forniscono una immediata visualizzazione del livello di scuotimento (shaking) di una zona colpita o interessata da un terremoto.
L’INGV da diversi anni calcola le ShakeMap (http://shakemap.rm.ingv.it; http://cnt.rm.ingv.it/help#impatto) che riportano i valori di picco registrati da accelerometri e sismometri, principalmente forniti dalla Rete Accelerometrica Nazionale (RAN) del Dipartimento per la Protezione Civile e dalla Rete Sismica Nazionale (RSN) dell’INGV, presenti nella zona del terremoto. Ove non sono presenti valori osservati, il software interpola i dati avvalendosi, ad esempio, delle leggi di attenuazione dello scuotimento con la distanza disponibili per l’area in esame.

Le mappe riportano sia valori fisici come ad esempio accelerazione e velocità di picco del suolo sulle componenti orizzontali, che una trasposizione di questi valori in intensità macrosismica (Mercalli Cancani Sieberg, MCS) che ovviamente non è osservata ma stimata dai dati. Questa distribuzione del risentimento atteso fornisce una prima indicazione sul livello di scuotimento osservato e quindi del potenziale impatto, informazione molto utile alla Protezione Civile per il coordinamento e l’organizzazione delle squadre di soccorso in caso di terremoti rilevanti.

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ShakeMap (mappa di scuotimento) espressa in intensità strumentale (scala di intensità Mercalli-Cancani-Sieberg, MCS) dell’evento principale M6.0 delle ore 03.36 italiane del 24 agosto 2016, determinata utilizzando i dati della Rete Sismica Nazionale dell’INGV (triangoli rossi), della Rete Accelerometrica Nazionale (RAN, triangoli blu) e la faglia estesa ricavata da dati sismologici (rettangolo grigio). La stella rappresenta l’epicentro.

La mappa di scuotimento dell’evento principale di magnitudo M6.0 avvenuto alle ore 03.36 italiane del 24 agosto 2016 (mostrata nella figura sopra) espressa in termini di intensità in scala Mercalli-Cancani-Sieberg (MCS) è ottenuta convertendo i valori di picco del moto del suolo (espresso in termini di accelerazione e in velocità) in intensità attraverso una relazione empirica ricavate dai dati registrati e macrosismici disponibili.

La legenda riportata alla base della figura indica la scala per la conversione da valori di accelerazione e velocità a intensità. Nel caso specifico, il valore massimo è superiore al grado VIII della scala MCS, mentre valori minimi ai bordi della mappa sono circa del V-VI grado.

Figura 2. Medesime mappe di scuotimento della Figura 1 presentate in forma semplificata. In particolare, le mappe evidenziano il livello di scuotimento utilizzando colori vieppiù “caldi” man mano che scuotimento aumenta. La dicitura WEAK-STRONG-SEVERE (debole-forte-severa) consente una rapida valutazione anche del potenziale impatto dell’evento.

Confronto tra le mappe di scuotimento (in forma semplificata) di quattro diversi terremoti della sequenza sismica in corso in Italia centrale. In particolare, le mappe evidenziano il livello di scuotimento utilizzando colori più caldi (dall’azzurro al rosso intenso) man mano che scuotimento aumenta. La dicitura WEAK-STRONG-SEVERE (debole-forte-severo) definisce il livello di scuotimento (shaking) e consente una rapida valutazione del potenziale impatto dell’evento.

Nella figura qui sopra sono mostrate le mappe semplificate di quattro diversi terremoti della sequenza sismica in Italia centraleil terremoto di magnitudo M3.1 avvenuto il 1 settembre alle ore 01.55 UTC in provincia di Macerataquello di magnitudo M4.2 avvenuto il 28 Agosto alle ore 15.55 UTC in provincia di Ascoli Picenoil terremoto di magnitudo M5.3 avvenuto il 24 Agosto alle ore 02.33 UTC in provincia di Perugia e l’evento principale della sequenza, di magnitudo M6.0 avvenuto il 24 Agosto alle ore 01.36 UTC in provincia di Rieti.

Tali mappe adottano la stessa scala di colore per le intensità fornendo, tramite la dicitura WEAK-STRONG-SEVERE (debole-forte-severo), anche una prima idea del livello di scuotimento del suolo prodotto dal terremoto. In pratica, con WEAK (azzurro) lo scuotimento è appena avvertito. Con STRONG (verde-giallo) la scossa si avverte molto distintamente e forte e, in taluni casi, potrebbe anche causare danni lievi (per es. crepe nell’intonaco). Infine, lo scuotimento è molto forte (SEVERE) arrecando danni consistenti fino al collasso di interi edifici quando il colore passa dall’arancio al rosso intenso.
Nel confrontare le mappe calcolate per i quattro eventi sismici, è importante ricordare che, in termini di energia elastica rilasciata durante il processo di rottura sulla faglia all’origine del terremoto, vi è un fattore di 32 per ogni unità di magnitudo. Pertanto, tra terremoti di magnitudo M3.1 e di magnitudo M6.0, l’energia rilasciata si differenzia di circa 30.000 volte (vedi anche http://cnt.rm.ingv.it/help#magnitudo).
Le mappe illustrano proprio la differenza di scuotimento indotto da terremoti che rilasciano, come onde sismiche e quasi istantaneamente, quantità  molto diverse di energia elastica immagazzinata precedentemente nelle rocce stesse.

a cura di Alberto Michelini, Licia Faenza e Valentino Lauciani, INGV-CNT.

Nota: Le ShakeMap, calcolate per tutti i terremoti con magnitudo M ≥ 3.0 che si verificano in Italia e nelle zone circostanti, sono pubblicate sul sito web http://shakemap.rm.ingv.it/. Qualora risultino disponibili nuove informazioni o ulteriori dati relativi al terremoto (e.g. la dimensione della faglia del terremoto -faglia estesa-, nuovi dati da reti gestite da altri enti) le mappe vengono aggiornate per migliorare la definizione dello scuotimento del terreno, in particolare nelle zone epicentrali.


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Terremoto in Italia centrale del 24 agosto: la stima della magnitudo dell’INGV

In queste ore l’INGV riceve molte richieste di chiarimenti sul valore della magnitudo della scossa più forte della sequenza in atto in Italia centrale, quella avvenuta il 24 agosto alle ore 03.36.

Si riportano di seguito alcune precisazioni che possono contribuire a fare un po’ di chiarezza:

  • Il valore della magnitudo NON è utilizzata per il risarcimento dei danni prodotti dai terremoti; per questo scopo in passato sono stati utilizzati i valori di intensità calcolata sulla base della scala Mercalli (in realtà la scala Mercalli-Cancani-Sieberg).
  • Come qualsiasi parametro fisico, la stima della magnitudo è affetta da incertezza. In particolare il valore di magnitudo calcolato dall’INGV è 6.0 ± 0.3.
  • Le stime fornite dall’INGV, dall’USGS e da altre agenzie internazionali rientrano nella variabilità aspettata.
  • I dati utilizzati e i parametri del modello crostale di riferimento possono differire contribuendo all’incertezza della stima. L’INGV utilizza un modello delle velocità crostali calibrato proprio per l’Italia centrale e una densità di stazioni sismiche maggiore di quello delle altre agenzie internazionali che utilizzano modelli di velocità globali.
  • Anche L’INGV, utilizzando i modelli globali ed un’altra tecnica di analisi dei dati (RCMT) ottiene un valore di magnitudo pari a 6.2.
  • Esistono diversi definizioni e metodi di stima delle magnitudo (magnitudo locale, magnitudo momento, magnitudo dalle onde superficiali e di volume, magnitudo durata, …). Queste vengono utilizzate a seconda del tipo di strumentazione che ha registrato le onde sismiche rilasciate dal terremoto e della distanza tra le stazioni e l’epicentro (scala locale, regionale o globale). Per il medesimo evento sismico, dovrebbero fornire stime della magnitudo identiche, ma effettivamente forniscono valori leggermente differenti anche se di norma all’interno delle incertezze di ciascuna stima.

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Per ulteriori informazioni c’è anche un altro articolo pubblicato sul blog qualche settimana fa.


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Localizzazioni ipocentrali e magnitudo: facciamo un po’ di chiarezza

L’altro ieri (4 luglio) alle ore 13:37 italiane c’è stato un terremoto di magnitudo 3.5 in Pianura Padana. La procedura seguita dalla nostra Sala di monitoraggio sismico è stata la solita: entro 2 minuti, non appena disponibili i primi dati dei nostri sistemi di calcolo automatico, è stata effettuata la prima telefonata al telefono rosso del Dipartimento di Protezione Civile (DPC) con l’indicazione della provincia interessata (Mantova) e un’indicazione approssimativa della magnitudo. Dopo 5 minuti dall’evento, la seconda telefonata con una prima stima delle coordinate ipocentrali e la magnitudo automatica determinata con più dati  (intorno a 3.5). Intanto i sismologi in turno avevano iniziato a rivedere i dati disponibili, rianalizzando tutti i sismogrammi e, dopo una ventina minuti, avevano ricalcolato i parametri ipocentrali.

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La Sala di monitoraggio sismico dell’INGV – Roma.

A questo punto, i nostri turnisti hanno effettuato la terza telefonata al DPC per fornire i valori definitivi, inclusi i comuni interessati, e contemporaneamente hanno pubblicato i dati sulle pagine web dell’INGV: magnitudo 3.5 alle ore 13:37 e 23 secondi, epicentro nella Pianura Padana in provincia di Mantova, profondità 5 chilometri.

Fino al momento della pubblicazione dei dati rivisti dell’INGV, le persone che avevano sentito il terremoto sono andate in cerca di notizie, e le hanno trovate sui siti e nei tweet di agenzie sismologiche internazionali che rilasciano il dato preliminare, prima che questo sia rivisto da un sismologo esperto. Capita spesso che questi dati preliminari siano sbagliati, proprio perché determinati da procedure non controllate.

È quanto accaduto anche l’altro ieri con la prima stima fornita dal Centro Sismologico Euro-Mediterraneo (CSEM), con sede in Francia, a cui tutti gli istituti di ricerca e monitoraggio sismico della regione euro-mediterranea, compreso l’INGV, inviano i dati. Lo CSEM riporta sul proprio sito tutte le localizzazioni ipocentrali (automatiche e riviste da un sismologo) e le magnitudo che riceve da questi istituti, man mano che arrivano; ognuno di questi istituti, però, utilizza una combinazione diversa di dati (propri o di altri istituti di ricerca italiani ed europei) e ottiene quindi delle soluzioni diverse. La figura sotto mostra la distribuzione delle localizzazioni pervenute allo CSEM per il terremoto in provincia di Mantova.

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Mappa degli epicentri pubblicati dallo CSEM per il terremoto in provincia di Mantova del 4 luglio 2016. Le sigle all’interno dei cerchi rappresentano gli istituti di ricerca che hanno calcolato quel particolare epicentro. La stella rossa è la localizzazione dell’INGV, considerata da CSEM quella di riferimento per l’Italia (fonte: CSEM).

Si nota una notevole dispersione degli epicentri, che spaziano dalle Alpi agli Appennini. Stesso discorso per le magnitudo. La tabella sotto riporta le varie soluzioni pubblicate dallo CSEM, con i valori di magnitudo calcolati dai diversi istituti: si va da 3.0 a 4.1. La prima informazione diffusa da CSEM su Twitter, alcuni minuti dopo il terremoto, è proprio la localizzazione con il valore di magnitudo più alto (4.1) calcolato, in via preliminare, dal GFZ (German Research Centre for Geosciences, Potsdam). Lo stesso GFZ nella pagina relativa a questo terremoto  pubblica un Disclaimer: Unless revised by a geophysicist, automatically determined earthquake locations may be erroneous! (Finché non rivista da un geofisico, la localizzazione determinata automaticamente può essere errata!).

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Tabella con tutte le localizzazioni ipocentrali arrivate a CSEM da diversi istituti di ricerca (fonte: CSEM).

Alcune decine di minuti dopo, CSEM ha ricalcolato la localizzazione e la magnitudo in base a tutti i dati arrivati, ottenendo un valore di magnitudo pari a 3.6. Si deve notare che i sismologi dello CSEM non analizzano i sismogrammi, come fanno invece i sismologi presenti nella sala di monitoraggio sismico, perché ricevono dai vari istituti soltanto i dati numerici pre-elaborati (tempi di arrivo e valori di ampiezza massima e periodo). La rielaborazione si basa su dati ottenuti dai sistemi automatici, che pertanto possono essere anch’essi sbagliati.

Nel caso del terremoto del 4 luglio, il calcolo della magnitudo effettuato nella nostra sala di monitoraggio sismico si è basato su un numero molto elevato di dati (212), come si vede nel grafico sotto. Come sempre accade, ogni sismometro fornisce un valore diverso di magnitudo, in quanto le ampiezze misurate (per la magnitudo Richter si usa l’ampiezza massima su un particolare periodo delle oscillazioni) dipendono dalla geologia locale, dalla propagazione nei diversi strati rocciosi, ecc. Il valore finale viene quindi determinato facendo la media (o meglio la mediana) di tutti i valori entro 600 km di distanza dall’epicentro e con una buona copertura in tutte le direzioni attorno all’epicentro. Il valore ottenuto è tanto più affidabile quanto più numerose e ben distribuite sono le stazioni sismiche, sia in termini di distanza che di copertura angolare attorno all’epicentro.

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Distribuzione dei valori di magnitudo ottenuti da tutti i sismometri della Rete Sismica Nazionale dell’INGV che hanno registrato il terremoto in provincia di Mantova del 4 luglio. Si nota una notevole dispersione di valori intorno al valore medio di 3.5. (Fonte: INGV)

Da un paio d’anni stiamo lavorando per il rilascio di informazioni automatiche al pubblico, prima dell’invio di quelle riviste. Comprendiamo l’esigenza di fornire prima possibile i dati di un terremoto, ma sappiamo anche che le soluzioni automatiche, come mostrato sopra, possono essere “errate”, sia in termini di epicentro che di magnitudo. E sappiamo anche che una volta che un’informazione viene pubblicata (sul web, su Twitter, ecc.) è molto difficile modificarla senza generare confusione. Per questo motivo abbiamo effettuato numerosi test al riguardo, e stiamo cercando il miglior compromesso tra rapidità e affidabilità dell’informazione.

Per ora, abbiamo scelto di non pubblicare direttamente e non inviare quindi a CSEM le nostre elaborazioni automatiche per evitare di diffondere informazioni poco affidabili.


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