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La deformazione del suolo ad Ischia rilevata dalla Rete tiltmetrica

Il monitoraggio tiltmetrico: a cosa serve?

Il monitoraggio tiltmetrico rappresenta una delle tecniche più usate nel rilevamento della deformazione del suolo in aree vulcaniche, in quanto consente lo studio della cinematica delle aree vulcaniche avvalendosi della registrazione in continuo della variazione d’inclinazione della superficie terrestre nei luoghi in cui sono installati i tiltmetri.

E’ proprio la variazione dell’angolo di inclinazione (tilt), misurata da questi sensori, che consente di correlarla eventualmente alla deformazione indotta in superficie dai potenziali cambiamenti della pressione magmatica dovuti all’accumulo e/o allo spostamento di magma all’interno della struttura vulcanica o semplicemente dalla circolazione dei fluidi idrotermali (vedi Figura 1).

Figura 1 – Schema delle deformazioni del suolo registrate da un tiltmetro durante le fasi: pre-eruttiva (stage 1), eruttiva (stage 2) e post-eruttiva (stage 3); [Dvorak e Dzurisin, 1997]

Oltre al monitoraggio delle aree vulcaniche, le informazioni ottenute dallo studio dei segnali tiltmetrici hanno un vasto campo di applicazione che va dal controllo strutturale di grandi opere ingegneristiche come dighe, ponti, ecc., allo studio della marea crostale.

La variazione di tilt o ground tilt registrata da un tiltmetro è la variazione lungo una determinata direzione dello spostamento verticale, quindi una misura di come cambia la pendenza del suolo nel tempo. Lo spostamento verticale del suolo, invece, è misurabile con il GPS in maniera continua oppure mediante tecniche di interferometria SAR o anche attraverso livellazioni di alta precisione lungo linee altimetriche appositamente realizzate.

I sensori utilizzati dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia – Osservatorio Vesuviano (INGV-OV) sono tiltmetri elettronici biassiali con trasduttore a bolla che misurano le variazioni di inclinazione del suolo lungo due direzioni ortogonali (indicate come X e Y nelle Figure 2a e 3).

Il trasduttore è costituito da un tubicino di vetro (uno per ogni asse) contenente un fluido elettrolitico e chiuso agli estremi da tre elettrodi inseriti in un circuito elettrico a ponte che, ogni qualvolta viene sbilanciato in seguito ad una rotazione (o ad una accelerazione) genera una tensione elettrica proporzionale all’entità del tilt (Figura 2b).

Nel monitoraggio delle componenti di inclinazione della deformazione del suolo vengono impiegati 3 tipi diversi di sensore: quelli analogici che possono essere di tipo superficiale o da pozzo (Figura 2a) e quelli digitali che sono solo da pozzo (Figura 3).

Figura 2 – a) Tiltmetri analogici. b) Principio di funzionamento del trasduttore inclinometrico.

Il monitoraggio tiltmetrico viene effettuato già da molti anni nelle aree vulcaniche campane ed attualmente questi segnali geofisici sono acquisiti da 3 Reti:

  • Rete tiltmetrica dei Campi Flegrei con 10 stazioni, di cui 4 attrezzate con sensori analogici di superficie, 3 attrezzate con sensori analogici da pozzo (Figura 2a) e 3 attrezzate con sensori biassiali digitali da pozzo di ultima generazione (Figura 3).
  • Rete tiltmetrica del Vesuvio costituita da 7 stazioni, di cui 3 attrezzate con sensori analogici di superficie e 4 attrezzate con sensori digitali da pozzo.
  • Rete tiltmetrica dell’Isola d’Ischia con 3 stazioni attrezzate con sensori digitali da pozzo.

Poiché i segnali registrati dai sensori di superficie (operanti in gallerie o pozzetti poco profondi) sono influenzati da fattori ambientali, come le variazioni di temperatura, la pressione, le precipitazioni e le variazioni della falda acquifera, che possono mascherare la reale deformazione misurata, negli ultimi anni sono stati utilizzati i sensori da pozzo di tipo digitale, calati in pozzi perforati a – 25 m dal piano campagna.

L’unità di misura angolare utilizzata in ambito tilmetrico è il µradiante (microradiante), equivalente ad uno spostamento verticale del suolo di 1 mm ad 1 km di distanza; poiché però sia i sensori tiltmetrici di superficie che quelli da pozzo misurano un campo sufficientemente vicino e quindi al massimo di qualche centinaio di metri, può essere considerata attendibile l’equivalenza di 1 µradiante ad uno spostamento di 0.5 mm a 500 m di distanza.

Rete Tiltmetrica di Ischia e specifiche tecniche

L’INGV- OV ha realizzato nell’aprile 2015 una rete di 3 tiltmetri sull’Isola di Ischia, nell’ambito del Progetto Vulcamed. La sua geometria è stata progettata considerando gli allineamenti strutturali, la morfologia dell’Isola [de Vita et al., 2010], l’andamento della deformazione del suolo dedotto dalle misure ottenute attraverso le campagne di livellazione geometriche di precisione effettuate in oltre 20 anni [Del Gaudio et al., 2011], nonché la fattibilità degli scavi [Aquino et al., 2014].

Le 3 stazioni tiltmetriche sono state installate nelle seguenti località:

  • Stazione ISC (settore NE), situata nel Comune di Ischia, in prossimità dell’Acquedotto EVI in località Montagnone Alto; il sensore è collocato in un deposito di piroclastiti che ricopre il duomo lavico di Montagnone;
  • Stazione BRN (settore SE), situata nel Comune di Barano d’Ischia, in Località Vateliero; il sensore è posizionato nella coltre eluvio-colluviale su depositi di frana e di piroclastici del Vateliero;
  • Stazione FOR (settore SW), situata nel Comune di Forio, in località Panza; il sensore è collocato nel tufo.

I 3 tiltmetri digitali da pozzo sono stati installati a profondità comprese tra 25 e 27 m dal piano campagna (Figura 3). I segnali acquisiti in digitale sono trasmessi al Centro di Monitoraggio dell’INGV- OV. Ogni stringa di dati contiene le componenti NS ed EW direttamente in µradianti, l’azimuth magnetico in gradi, la temperatura in °C, la data e l’ora, i minuti, i secondi, l’alimentazione in mV ed il numero di serie del sensore.

Ad Aprile 2015 è andata in funzione la rete di acquisizione dati ma, in considerazione del fatto che per i primi 30-40 giorni dall’installazione possono essere osservate delle derive sui segnali dovute al riassestamento dei pozzi perforati (indurimento del cemento e riequilibrio tensionale dei fori), i primi segnali tiltmetrici utili per la caratterizzazione della deformazione che interessa l’Isola sono stati raccolti a partire dal 1 Giugno 2015.

Figura 3 – Tiltmetro digitale Lily e componenti elettroniche

I segnali acquisiti con tiltmetri profondi

I segnali sono acquisiti ogni minuto, con la singola lettura mediata su 8000 campioni acquisiti ogni 0.0075 Hz, la precisione del clock interno è di 1.5 sec/mese ed il tempo viene sincronizzato con cadenza settimanale, risultando quindi un errore di ± 0.4 secondi.

I dati vengono trasmessi quotidianamente al Centro di Monitoraggio dell’INGV- OV e successivamente elaborati attraverso vari passaggi  riassumibili in 3 fasi principali:

  1. preprocessing: lettura dei dati aggiornati, eliminazione delle acquisizioni effettuate con tempi sbagliati; interpolazione lineare dei dati eventualmente mancanti e despiking dei segnali;
  2. processing: scelta del filtro adatto alla rappresentazione grafica dei segnali acquisiti e corretti, rappresentazione delle componenti spettrali dei segnali, rappresentazione grafica delle componenti NS e EW corrette, spettrogramma;
  3. studio del segnale: valutazione della direzione di tilting prevalente e confronto con altre stazioni, studio di eventuali anomalie in ampiezza e frequenza presenti nei segnali, interpretazione degli osservabili dal confronto con i dati acquisiti con altre metodologie geofisiche e geochimiche.

I dati non vengono soggetti ad alcun procedimento di filtraggio delle periodicità di tipo termico, data la profondità di installazione del sensore, a differenza delle stazioni di tipo superficiale [Ricco et al., 2003; Ricco et al., 2013].

Le caratteristiche delle stazioni tiltmetriche sono riportate in tabella:

Stazione Località Prof. (m) Fc (Hz) Coord. (Lat /Long) Quota (m. s.l.m.)
ISC Località Montagnone Alto, Comune di Ischia -25 0.017 40.74°

13.93°

173
BRN Località Vateliero, Comune di Barano d’Ischia -25 0.017 40.71°

13.93°

145
FOR Località Panza, Comune di Forio -27 0.017 40.71°

13.88°

157

Deformazione osservata attraverso i tiltmetri nel lungo periodo

La deformazione del suolo che interessa l’Isola di Ischia mostra un andamento di inclinazione polarizzato in direzione NNW, come si può evincere dalla Figura 4.

In essa è riportata la linea di costa dell’isola e le principali curve di livello, georeferenziate, sovrapposte ad un reticolo che rappresenta il piano bidimensionale delle inclinazioni (con asse Y+ orientato a N ed asse X+ orientato ad E) in cui ogni lato della maglia equivale ad una variazione tiltmetrica di 20 µradianti e ad una distanza di 500 m.

I 3 siti-stazione ISC, BRN e FOR, indicati con una freccia nera puntata verso il basso, sono contraddistinti da colori diversi come anche le curve che da essi hanno origine. Le curve rappresentano la variazione tiltmetrica cumulativa (odografo) a partire dal 1 Giugno 2015. Inoltre, la freccia nera puntata verso l’alto indica il verso della deformazione e convenzionalmente i settori di crosta terrestre in abbassamento rispetto alla posizione dei siti stazione.

Figura 4 – Variazione tiltmetrica cumulativa (odografo) registrato ai 3 siti-stazione della rete di Ischia nel biennio 2015-2017, filtrato delle periodicità inferiori a 10 giorni. L’origine di ogni vettore tilt è siglata con il nome del sito stesso ed indicata convenzionalmente con una freccia puntata verso il basso, mentre l’estremo libero è indicato con una freccia puntata verso l’alto. Il verso di ogni vettore (che indica settori di crosta terrestre in abbassamento) è univocamente definito dal suo estremo libero. I 3 siti-stazione ISC, BRN e FOR, indicati con una freccia nera puntata verso il basso, sono contraddistinti da colori diversi come anche le curve che da essi hanno origine: ISC (grigio), BRN (giallo) e FOR (verde).

In 27 mesi, dal 2015 al 2017 le 3 stazioni hanno misurato una variazione di tilt totale che ammonta a 145.3 µradianti ad ISC, 105.6 a BRN e 102.7 a FOR.

La stazione ISC, situata nel settore di NE ed a una quota maggiore alle altre, è quindi quella che si inclina di più, mentre si calcola una riduzione rispetto ad essa del 27% a BRN e del 29% a FOR.

Nei primi 8 mesi del 2017, invece i valori misurati sono stati: 47.1 µradianti ad ISC, 15.7 a BRN e 25 a FOR; ISC risulta sempre quella che si inclina maggiormente mentre la riduzione in ampiezza alle altre stazioni aumenta (67% a BRN e 47% a FOR).

Si può notare inoltre che, procedendo dal quadrante nord-orientale dell’Isola (stazione ISC) verso il settore meridionale (BRN) e poi verso quello sud-occidentale (FOR), la direzione dei vettori tilt resta praticamente costante seppur con qualche piccola rotazione; solo la stazione FOR esibisce inizialmente una direzione di tilting verso NW che negli ultimi 2 anni tende a riallinearsi con quella NNW di ISC.

La deformazione del suolo ricavata dal tilt (in un raggio di 500 m), equivale ad un abbassamento di più di 7 cm a NNW della stazione ISC, di 5 cm a NNW della stazione BRN e di 5 cm a NNW della stazione FOR.

Il campo di spostamento del suolo misurato negli anni passati (livellazioni effettuate negli ultimi 30 anni) evidenzia estesi fenomeni deformativi nella zona centro-meridionale (Serrara-Fontana) e nord-occidentale (Lacco Ameno località Fango) con velocità di subsidenza leggermente inferiori al cm/anno [Del Gaudio et al., 2011] (Figura 5a,b).

Dal confronto, quindi, tra dati di inclinazione e spostamento verticale del suolo si desume che le direzioni di tilting sono coerenti con tale andamento di deformazione, mentre le velocità attuali di subsidenza, ricavate dai dati tiltmetrici, risultano raddoppiate rispetto a quelle misurate fino al 2010.

Figura 5 – Andamento deformativo dell’Isola di Ischia misurato attraverso le livellazioni di precisione dal 2003 al 2010. a) Variazioni di quota lungo la linea “Costiera”. b) Variazioni di quota lungo la linea “Borbonica”.

Deformazione osservata attraverso i tiltmetri ed associata al terremoto del 21 agosto 2017

L’evento sismico del 21 agosto 2017, ore 20:57:52 italiane, è stato registrato dalle 3 stazioni tiltmetriche i cui segnali hanno mostrato molteplici peculiarità.

La stazione ISC, la più vicina all’area epicentrale, nell’intervallo temporale 20:56÷21:03, ha subito un tilt cosismico di 6.3 µradianti in direzione NW. Tale stazione che già nei 2 anni precedenti si inclinava in direzione NNW in misura notevole, durante l’evento sismico si è definitivamente inclinata in maniera permanente lungo una direzione allineata con l’epicentro (Figura 6a, b).

Figura 6 – Variazione tiltmetrica registrata alla stazione ISC. a) Sono riportate le singole componenti NS ed EW registrate nell’intervallo temporale 20:51÷20:59. b) Sono mostrate le nuvole di punti nella griglia delle inclinazioni che rappresentano la variazione tiltmetrica (in µradianti) registrata dal 1 luglio 2017 al 21 agosto 2017; si notano 2 concentrazioni spaziali di punti (clusters) separate tra loro in corrispondenza dell’arrivo del treno di onde generato dal terremoto, l’offset spaziale si configura pertanto come deformazione cosismica permanente. Le frecce gialle sovrapposte corrispondono al vettore tilt apparente calcolato tra le 20:56 ed i minuti successivi, mentre la freccia rossa rappresenta il tilt cosismico. La freccia nera indica la rotazione della direzione di tilting.

Analizzando la figura 6b, in cui è mostrata nella griglia delle inclinazioni la variazione tiltmetrica totale registrata alla stazione ISC dal 1 Luglio 2017 al 21 Agosto, sono evidenti 2 nuvole di punti: una prima nuvola allineata in direzione NS relativa alla deformazione registrata fino a 2 minuti prima del terremoto mentre la seconda, più piccola e di forma ovale, si osserva a partire dal quinto minuto successivo all’evento, quando cioè il sensore tiltmetrico ha raggiunto di nuovo il suo equilibrio meccanico.

Si osserva inoltre che il punto-stazione subisce una variazione di tilt apparente (con componente di accelerazione orizzontale) in direzione SSW un minuto prima dell’evento (20:57), una seconda variazione in direzione SW durante l’evento stesso e successivamente si inclina permanentemente a NW, mostrando una chiara rotazione in senso orario della direzione di tilting, mostrata in Figura 6b con una freccia nera.

Figura 7 – Variazione tiltmetrica registrata alla stazione BRN. a) Sono riportate le singole componenti NS ed EW registrate nell’intervallo temporale 20:51÷20:59. b) E’ mostrata la nuvola di punti nella griglia delle inclinazioni che rappresenta la variazione tiltmetrica (in µradianti) registrata dal 1 luglio 2017 al 21 agosto; si osserva l’assenza di offset spaziale durante l’evento sismico e di conseguenza l’assenza di deformazione cosismica permanente. Le frecce gialle sovrapposte corrispondono al vettore tilt apparente calcolato tra le 20:56 ed i minuti successivi, mentre la freccia rossa rappresenta il tilt cosismico. La freccia nera indica la rotazione della direzione di tilting.

La stazione BRN (distante in direzione SE dall’epicentro) che nei 2 anni precedenti già si inclinava in direzione NNW, ha subito un minimo incremento di tilt nelle 2 componenti (Figura 7a). Anche in questo caso, durante l’evento, il punto-stazione subisce una variazione di tilt in direzione SW e successivamente mostra una rotazione in senso antiorario, per poi rientrare nella nuvola di punti. In Figura 7b la rotazione antioraria della direzione di tilting viene mostrata con una freccia nera.

La stazione FOR (posizionata in direzione SW rispetto all’epicentro) che nei 2 anni precedenti si inclinava come le altre in direzione NNW, ha subito nell’intervallo temporale 20:56÷21:03 un tilt cosismico di 5.3 µradianti in direzione W.

Figura 8 – Variazione tiltmetrica registrata alla stazione FOR. a) Sono riportate le singole componenti NS ed EW registrate nell’intervallo temporale 20:51÷20:59. b) Sono mostrate le nuvole di punti nella griglia delle inclinazioni che rappresentano la variazione tiltmetrica (in µradianti) registrata dal 1 luglio 2017 al 21 agosto; si notano 2 concentrazioni spaziali di punti (clusters) separate tra loro in corrispondenza dell’arrivo del treno di onde generato dal terremoto, l’offset spaziale si configura pertanto come deformazione cosismica permanente. Le frecce gialle sovrapposte corrispondono al vettore tilt apparente calcolato tra le 20:56 ed i minuti successivi, mentre la freccia rossa rappresenta il tilt cosismico. La freccia nera indica la rotazione della direzione di tilting.

Inoltre, analizzando la Figura 8b, come per il segnale relativo alla stazione ISC, si evidenziano 2 nuvole di punti: la prima allineata in direzione NS relativa alla deformazione registrata fino a 2 minuti prima del terremoto mentre la seconda, più piccola e di forma circolare, si osserva a partire dal quinto minuto successivo all’evento, quando cioè il sensore tiltmetrico ha raggiunto di nuovo il suo equilibrio meccanico.

Si osserva inoltre che il punto-stazione subisce una forte variazione di tilt in direzione SSE un minuto prima dell’evento (20:57) (come per i segnali della stazione ISC), una ulteriore variazione in direzione NNW durante l’evento stesso e successivamente si inclina permanentemente ad W, esibendo una chiara rotazione della direzione di tilting in senso antiorario, mostrata in Figura 8b con una freccia nera.

Conclusioni

L’andamento di inclinazione del suolo dell’Isola di Ischia, desunto delle variazioni di tilt misurate nei 3 punti stazione dal 2015 ad oggi, mostra un abbassamento verso NNW generalizzato ma più pronunciato alla stazione ISC, situata a NE dell’Isola.

L’evento sismico del 21 Agosto registrato dai 3 tiltmetri, ha mostrato una deformazione cosismica permanente alle stazioni poste ad Est ed a SW dell’area epicentrale. La stazione ISC, più vicina all’epicentro, ha subito un tilt cosismico di 6.3 µradianti in direzione NW (Figure 6 e 9) e la stazione FOR ha registrato un tilt cosismico di 5.3 µradianti in direzione W (Figure 8 e 9), mentre la stazione BRN, situata a SE dall’area epicentrale ha mostrato un minimo incremento di tilt (Figure 7 e 9).

Rispetto agli andamenti strutturali dell’Isola, il tilt cosismico di ISC è legato indubbiamente alla subsidenza a N del M. Epomeo e quindi alla deformazione dell’area epicentrale stessa; quello subito dalla stazione FOR, situata nel settore di SW è attribuibile alla posizione del sensore stesso, situato alla base di un sistema di faglie che degradano anch’esse verso W e che sono ben lubrificate dalla circolazione idrica sottostante.

Figura 9 – Deformazioni tiltmetriche cosismiche permanenti osservate alla stazioni ISC (freccia rossa) e FOR (freccia verde). La stella in blu indica l’epicentro del terremoto del 21 Agosto.

Inoltre, è evidente dai segnali tiltmetrici delle 3 stazioni un tilting notevole in direzione Sud sia 1 minuto prima che durante il terremoto (fatta eccezione per FOR), all’interno di una rotazione dello stesso in senso orario a NE ed in senso antiorario a SE ed a SW (Figure 6, 7 e 8). La cerniera della deformazione registrata nell’intervallo temporale 20:51÷20:59 sembra essere proprio BRN, in quanto è l’unica delle 3 stazioni a subire una rotazione del vettore che non si conclude con un tilt cosismico (Figura 9) [Di Napoli et al., 2009]; l’assenza di deformazione permanente a BRN è dovuta alla sua maggiore distanza dall’epicentro.

Figura 10 – Tilting registrato dalle 3 stazioni nel 2017. I triangolini neri sovrapposti al tilt cumulativo indicano i 4 eventi sismici occorsi il 21, 23 e 30/8. La traslazione verso W delle direzioni di tilting alle stazioni FOR ed ISC dopo l’evento del 21/8 è solo apparente ed è dovuta alla rappresentazione bidimensionale del tilt.

Poiché i segnali tiltmetrici sono sensibili anche alle accelerazioni orizzontali del terreno è ragionevole supporre che le forti variazioni di tilt registrate possano avere anche una componente di accelerazione orizzontale. Si osserva inoltre che, dopo il terremoto del 21 Agosto ed i tre eventi successivi del 23 e 30 Agosto, le direzioni preferenziali di tilting sono rimaste pressoché invariate alle 3 stazioni come evidenziato in Figura 10. La traslazione verso W di tali direzioni alle stazioni FOR ed ISC è solo apparente ed è dovuta alla deformazione cosismica permanente rappresentata nel piano bidimensionale delle inclinazioni.

a cura di Ciro Ricco, Vincenzo Augusti, Giovanni Scarpato e Ida Aquino, INGV-Osservatorio Vesuviano.


Bibliografia

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Aquino I., Ricco C., Del Gaudio C., Augusti V., Scarpato G. (2016). Potenziamento delle reti tiltmetriche nell’area vulcanica campana: Rapporto sull’attività svolta nell’ambito del progetto Vulcamed. Rapporti Tecnici INGV anno 2016 numero 348.  ISSN 2039-7941.

De Vita S., Sansivero F., Orsi G., Marotta E., Piochi M., (2010). Volcanological and structural evolution of the Ischia resurgent caldera (Italy) over the past 10 k.y. The Geological Society of America Special Paper 464: 193-241

Del Gaudio C., Aquino I, Ricco C., Serio C. (2011). Monitoraggio Geodetico dell’Isola d’Ischia: Risultati della Livellazione Geometrica di Precisione Eseguita a Giugno 2010. Quaderni di Geofisica n. 87 anno 2011. ISSN 1590-2595

Di Napoli R., Martorana R, Orsi G., Aiuppa A., Camarda M., De Gregorio S., Cagliano Candela E., Luzio D., Messina N., Pecoraino G., Bitetto M., de Vita S., Valenza M. (2011), The structure of a hydrothermal system from an integrated geochemical, geophysical, and geological approach: The Ischia Island case study, Geochem. Geophys. Geosyst., 12, Q07017, doi:10.1029/2010GC003476.

Dvorak J., Dzurisin D. (1997). Volcano geodesy: The search for magma reservoirs and the formation of eruptive vents. Reviews of Geophysics, 35, 3 / August 1997. DOI: 10.1029/97RG00070

Ricco C., Aquino I., Del Gaudio C. (2003). Ground tilt monitoring at Phlegraean Fields (Italy): a methodological approach. Annals of Geophysics 46(6): 1297-­1314. ISSN: 1593-5213

Ricco C., Aquino I., Borgstrom S.E.P., Del Gaudio C. (2013). 19 years of tilt data on Mt. Vesuvius: state of the art and future perspectives.  Annals of Geophysics  vol. 56 n. 4  2013. DOI 10.4401/ag-6459.


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Terremoto dell’Isola d’Ischia del 21 agosto 2017: il rilievo macrosismico

A seguito del terremoto che ha colpito l’isola di Ischia il 21 agosto 2017, alle ore 20:57 italiane, squadre del gruppo operativo QUEST (QUick Earthquake Survey Team) dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) in collaborazione con personale dell’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile (ENEA) hanno iniziato a svolgere il rilievo macrosismico sul terreno a partire dal pomeriggio del 23 agosto. Il rilievo è stato condotto secondo la scala europea EMS98 (European Macroseismic Scale [Grünthal, 1998] da qui in poi EMS, che contempla una casistica dettagliata di tipologie costruttive e di livelli di danno miranti a rendere il più oggettiva possibile la valutazione dell’intensità) ed ha riguardato solo il danno esterno agli edifici.

L’area maggiormente danneggiata (e quasi unicamente) è risultata la parte collinare di Casamicciola Terme, il cui abitato è distribuito sul versante settentrionale dell’isola. Per distinguere chiaramente le zone a diversità di danneggiamento all’interno dello stesso territorio comunale di Casamicciola Terme, sono state tenute separate, in questa fase del rilievo, due aree: la parte collinare di Casamicciola (Zona Rossa) e Marina di Casamicciola.

Marina di Casamicciola non appare particolarmente danneggiata, avendo subito danni lievi anche se abbastanza diffusi (Intensità EMS VI).

Sulla parte collinare (Zona Rossa) l’abitato di Casamicciola risulta edificato sulle creste di piccole vallette o terrazzi e conoidi, a guisa di piccoli insediamenti separati. Qui il danno si presenta localmente molto grave. Infatti, sebbene la maggioranza delle abitazioni fosse di tipo B, secondo la classificazione della scala EMS (edifici di buona fattura in mattoni o blocchetti di tufo o pietra squadrata),  non erano presenti tiranti e catene o altri elementi vincolanti. Percentualmente, invece, poche le case di tipo A (edifici in pietra non lavorata, muratura a sacco con malte scadenti a volte assenti, in generale le più vulnerabili) e di tipo C (generalmente in cemento armato o in muratura cordolata).

Casamicciola. Lesione sulla parete con espulsione di muratura.

I danni osservati sono pochi crolli totali, molti danni come lesioni a croce, perdita di verticalità e ribaltamento di pareti, espulsione di spigoli, qualche crollo parziale (vedi foto sopra e sotto). Gli edifici in cemento armato hanno subito in rari casi danni come lievi lesioni alle tamponature.

Casamicciola. Crollo parziale.

Il complesso dei danni osservati giustifica l’assegnazione del grado VIII alla zona rossa di Casamicciola Terme.

Danni diffusi anche nella frazione Fango di Lacco Ameno a cui è stata assegnata una intensità pari al VII EMS. In Lacco Ameno capoluogo si osservano sporadici danni molto lievi (Intensità EMS V).

La assegnazione dei gradi più bassi, laddove non vi è manifestazione del danno, è stata svolta tramite interviste alla popolazione, con la valutazione degli effetti transitori, come la caduta di oggetti e il livello di percezione della popolazione.

Località Intensità EMS
Casamicciola T. (zona rossa) VIII
Fango (Lacco Ameno) VII
Marina di Casamicciola VI
Fontana V-VI
Ciglio V
Lacco Ameno V
Serrara V
Forio IV-V
Perrone IV-V
Barano IV-V
Ischia Porto IV

La concentrazione dei danni e loro gravità configura un chiaro effetto di sito nella zona collinare di Casamicciola Terme. Questo si accorda anche con la fortissima attenuazione osservata: infatti, a distanze anche molto ridotte dalla zona più danneggiata, non compare alcun effetto di danno (vedi tabella sopra).

Il rilievo è ancora in corso da parte delle squadre di QUEST al fine di completare il quadro di risentimento su tutta l’isola.


Citare come R. Azzaro, S. Del Mese, G. Martini, S. Paolini, A. Screpanti, V. Verrubbi A. Tertulliani (2017), QUEST- Rilievo macrosismico per il terremoto dell’isola di Ischia del 21 agosto 2017, Rapporto interno, doi:10.5281/zenodo.849091.

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Terremoto dell’Isola d’Ischia del 21 agosto 2017: dichiarazione del Presidente dell’INGV, Carlo Doglioni

In questi giorni su diversi organi di stampa sono usciti articoli che paventano inefficienze nell’operato dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) durante l’emergenza a Ischia. In realtà la macchina organizzativa interna e le analisi condotte sono state svolte e continuano con i consueti rigore e sollecitudine. Tutti i prodotti scientifici forniti in questi giorni dall’INGV alle istituzioni competenti rispettano totalmente i requisiti qualitativi e i protocolli decisi per la gestione delle emergenze che rappresentano lo stato dell’arte a livello mondiale. L’INGV è il più importante ente geofisico in Europa ed è un patrimonio nazionale con personale di altissima professionalità e con una serie di reti osservazionali di inestimabile valore per la comunità scientifica e per i cittadini. Metterne in dubbio la competenza, la terzietà e l’efficienza significa non conoscere come funziona l’istituto, alimentare una polemica inutilmente pretestuosa e danneggiare ingiustamente l’immagine di un’istituzione pubblica di ricerca che opera quotidianamente per la sorveglianza sismica e vulcanica in Italia.

Come da procedura consolidata e formalizzata con il Dipartimento della Protezione Civile, l’INGV fornisce entro pochi minuti dall’evento sismico la stima della magnitudo di un qualsiasi terremoto sul territorio nazionale maggiore o uguale a 2.5 (1.5 per Ischia e i Campi Flegrei). Tale procedura è stata adottata anche la sera del 21 agosto scorso in cui la sala sismica di Roma, che riceve i dati registrati dalle oltre 400 stazioni sismiche distribuite sul territorio nazionale, ha rilevato un evento a Ischia di Ml 3.6. Questa è chiamata magnitudo locale (Ml) ed è un valore che, pur potendo avere un errore in più o meno di circa 0.2, è tuttora confermato. La sala operativa dell’INGV a Napoli ha contemporaneamente elaborato le registrazioni sismiche dell’evento e calcolato con una tecnica diversa (magnitudo durata, Md) stimando il terremoto a Md 4. L’INGV ha comunicato in tempo reale alla Protezione Civile anche questo nuovo dato secondo le procedure concordate con la stessa per le aree vulcaniche. Una stima successiva della magnitudo momento (Mw) ha confermato la M 4. Tutte le stime di magnitudo maggiori di quest’ultima sono dimostrabilmente non realistiche sulla base dei dati a nostra disposizione.

Veniamo alla localizzazione dell’evento: anche qui vi sono dei protocolli chiari che prevedono una valutazione in automatico e delle successive verifiche e raffinamenti progressivi. I tempi dell’emergenza non sono quelli della ricerca scientifica accurata che sono necessariamente più lunghi.

Nell’emergenza, la prima stima della profondità, fatta entro i 2 minuti in cui la sala sismica registra la scossa, è sempre approssimativa. La seconda valutazione ha portato l’evento a circa 5 km di profondità, 3 km a nord di Casamicciola. Queste le stime nella fase critica: tuttavia, consapevoli dell’importanza di queste informazioni in una vicenda tragica come quella di Ischia, l’Ente si è immediatamente attivato per una migliore localizzazione dell’evento (raggiunta nei giorni scorsi e comunicata la mattina del 25 agosto alla Commissione Grandi Rischi) che è stato innalzato a circa 2 km di profondità e all’interno dell’isola.

ischia localizzazione

L’INGV ha comunicato i dati e le elaborazioni che sono state via via elaborate nella più totale trasparenza e rapidità, non ultimi quelli fondamentali dell’effetto di sito rilevato; infatti, oltre alla superficialità dell’ipocentro, ha giocato un ruolo fondamentale l’amplificazione delle onde al passaggio in terreni con velocità sismiche basse, che hanno variato addirittura l’accelerazione di gravità di oltre un quarto, provocando le oscillazioni del suolo e il conseguente danneggiamento degli edifici, nonostante la magnitudo relativamente modesta.

Roma, 26 agosto 2017


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Terremoto dell’Isola d’Ischia del 21 agosto 2017: elaborazione dati INGV presentata alla Commissione Grandi Rischi (CGR) del 25 agosto 2017

Come in ogni emergenza, anche a seguito del terremoto che ha colpito l’isola di Ischia il 21 agosto 2017, alle ore 20:57 italiane, il personale dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), organizzato in varie squadre, sta svolgendo sia attività sul campo sia elaborazioni dei dati nelle sale operative INGV del Centro Nazionale Terremoti di Roma e dell’Osservatorio Vesuviano (OV) a Napoli per approfondire la comprensione del fenomeno in atto e fornire supporto agli interventi di Protezione Civile.

In tutto tre le diverse squadre operative INGV che si sono recate a Ischia per le seguenti attività di ricerca:

– rilievo macrosismico da parte del gruppo QUEST (QUick Earthquake Survey Team)

– indagini geologiche da parte del Servizio Emergenze Geologiche – OV

– analisi geochimiche da parte del gruppo geochimico di Palermo

Il terremoto che ha colpito Ischia la sera del 21 agosto ha avuto Magnitudo Locale M3.6 ± 0.2 e Magnitudo Durata MD 4.0 ± 0.3.

Le due stime di magnitudo sono visibili alla pagina informativa dell’evento sismico così come la stima automatica della Magnitudo Momento (disponibile sulla pagina Meccanismo focale) ancora preliminare.

L’INGV utilizza diverse stime di magnitudo. La Magnitudo Locale ML (o Magnitudo Richter, dal nome del sismologo che l’ha proposta) è la più rapida da calcolare ed è la misura più diffusa per stimare l’energia rilasciata dai terremoti crostali. Nelle nostre aree vulcaniche è spesso utilizzata la Magnitudo Durata MD, perché si può calcolare rapidamente, anche se necessita della registrazione completa dell’evento, e perché per essa disponiamo di un’apposita calibrazione che tiene in considerazione le condizioni particolari di propagazione delle onde sismiche all’interno della crosta terrestre interessata da fenomeni vulcanici. La Magnitudo Momento Mw, invece, fornisce una stima accurata e complessiva dell’energia rilasciata dal terremoto ed è particolarmente adatta a stimare l’energia dei terremoti più forti.

Per quanto riguarda l’evento di Ischia, essendosi verificato all’interno di una porzione della crosta molto superficiale ed eterogenea, si è preferito utilizzare come stima dell’energia rilasciata dal terremoto la Magnitudo Durata MD, che è pari a 4.0. Per questa stima sono state utilizzate solo le stazioni della regione vulcanica campana, così che le caratteristiche delle rocce che compongono la crosta di Ischia in termini di velocità delle onde sismiche e di attenuazione potessero essere tenute in considerazione. Ciò non vale per la magnitudo ML, calcolata a tutte le stazioni disponibili della Rete Sismica Nazionale.

Per poter essere localizzati con precisione, i terremoti in zone vulcaniche richiedono modelli di velocità specifici dell’area, sia per la forte variabilità litologica, che per l’alto gradiente geotermico.
Tali modelli sono disponibili e ben verificati per l’area vesuviana e quella etnea, ma non per l’Isola d’Ischia perché, per essere messi a punto e calibrati, deve essere utilizzata la sismicità locale stessa. Dal 1999 a Ischia vi sono stati in media meno di 5 terremoti l’anno (di magnitudo M<2.5), insufficienti per elaborare un modello di velocità di riferimento affidabile. L’utilizzo di modelli non specifici permette di ottenere risultati approssimativi utili alle esigenze immediate di protezione civile e rappresenta l’unica procedura attuabile nei tempi brevissimi richiesti dall’emergenza.

Consapevoli di tale approssimazione, i sismologi dell’INGV hanno per questo iniziato da subito dopo l’evento un percorso di affinamento della localizzazione, utilizzando modelli di velocità prototipali. Questo ha permesso ieri di ottenere un primo risultato migliore che è stato comunicato alla Commissione Grandi Rischi nella riunione di stamattina, 25 agosto 2017, presso la Protezione Civile a Roma. Tale rivalutazione è da considerarsi preliminare, ovvero ancora passibile di raffinamento una volta che sarà determinato un modello di velocità tridimensionale dell’area.

1 km SW Casamicciola Terme (NA)

I parametri ipocentrali presentati alla CGR localizzano il terremoto a 1 km SW di Casamicciola Terme (NA), con coordinate geografiche (lat, lon) 40.74°, 13.90° a una profondità di circa 2 km.

Il forte danneggiamento rilevato nella zona alta di Casamicciola con intensità macrosismica VIII, oltre alla scarsa resilienza del costruito, è dunque imputabile sia alla superficialità dell’evento, che all’amplificazione locale dei terreni che ha dato valori di accelerazione del suolo di circa 0.28 g e di velocità di scuotimento del suolo di quasi 18 cm/s.


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Aggiornamento evento sismico nei pressi dell’Isola di Ischia (NA), la sismicità storica dell’isola

Ad oltre 12 ore dall’evento sismico localizzato dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia a 3 chilometri a nord dell’Isola di Ischia, non sono state registrate altre scosse rilevanti ma esclusivamente una trentina di piccoli terremoti di bassissima magnitudo (minore di 1).

L’isola d’Ischia, la più grande delle Isole Partenopee che chiude a ovest il Golfo di Napoli, ha una sismicità storica ben conosciuta.

Il Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani CPTI15 (Rovida et al., 2016) contiene i parametri epicentrali di 12 terremoti localizzati nell’isola o a mare negli immediati dintorni (rappresentati ed elencati nella figura e nella tabella qui sotto), con magnitudo Mw compresa tra poco meno di 3.0 e poco superiori a 4.0. Il più antico di questi terremoti avvenne il 2 novembre 1275, il più recente risale al 23 aprile 1980.

Terremoti dell’Isola d’Ischia nel catalogo CPTI15 (Rovida et al., 2016)

La maggior parte di questi eventi era già nota al grande repertorio descrittivo di terremoti italiani compilato da Mario Baratta alla fine dell’Ottocento e pubblicato nel 1901. Gli studi svolti nell’ultimo ventennio hanno documentato con un buon livello di approfondimento gli effetti di tutti i terremoti noti che hanno interessato l’isola.

Anno Me Gi Or Mi Area epicentrale Ref Lat Lon Imax Mw ErMw
1275 11 02     Isola d’Ischia CFTI4med 40,743 13,942 8-9 4,01 0,5
1557 Isola d’Ischia MOLAL008 40,721 13,953 D 3,5 0,5
1762 07 23 Isola d’Ischia AMGNDT995 40,746 13,909 6-7 3,5 0,5
1767 Isola d’Ischia AMGNDT995 40,735 13,919 D 3,5 0,5
1796 03 18 16 30 Isola d’Ischia CFTI4med 40,746 13,909 8 3,88 0,5
1828 02 02 09 15 Isola d’Ischia CFTI4med 40,745 13,899 9 4,01 0,5
1841 03 06 12 Isola d’Ischia MOLAL008 40,749 13,899 6 3,25 0,5
1863 01 30 11 30 Isola d’Ischia MOLAL008 40,746 13,909 5 2,87 0,5
1867 88 15 23 30 Isola d’Ischia MOLAL008 40,746 13,909 5-6 2,99 0,5
1881 03 04 12 15 Isola d’Ischia CFTI4med 40,747 13,895 9 4,14 0,5
1883 07 28 20 25 Isola d’Ischia CFTI4med 40,744 13,885 10 4,26 0,5
1980 04 23 11 11 Isola d’Ischia MOLAL008 40,718 13,89 5 4,37 0,2

I terremoti principali sono datati rispettivamente 1275, 1796, 1828, 1881 e 1883.

Caratteristica di questi terremoti è che a stime di magnitudo piuttosto modeste (valori calcolati con procedure specifiche per terremoti di area vulcanica e con valori di incertezza molto forti) corrispondono effetti di intensità macrosismica molto elevata e distruttiva (X MCS nel 1883 a Casamicciola), che però in genere interessano un’area estremamente limitata, mentre  l’area di risentimento è in genere poco estesa.

Questi scenari particolarmente drammatici – riscontrabili nella storia sismica di Casamicciola – sono indubbiamente frutto di un concorso di fattori complesso e da analizzare però caso per caso.

Storia sismica osservata di Casamicciola (Locati et al., 2016)

Tra le concause che in passato hanno determinato la elevata consistenza degli effetti ci sono gli ipocentri molto superficiali, la geologia dell’isola, la vulnerabilità del patrimonio edilizio e elevata densità abitativa.

L’isola è compresa nella regione vulcanica flegrea e ha avuto numerose eruzioni in tempi protostorici e storici, ma l’ultimo di questi fenomeni (eruzione di Arso) risale al 1301; i terremoti che costituiscono la storia sismica di Ischia non sono comunque accompagnati da attività eruttiva.

La fragilità del suolo è invece evidente, come attesta la frequenza delle frane: la più antica ben documentata storicamente risale alla seconda metà del Duecento, la più recente è avvenuta il 10 novembre 2009 quando un costone del monte Epomeo si è staccato a causa di abbondanti piogge causando una frana che ha raggiunto il porto di Casamicciola, causando una vittima e numerosi feriti.

L’antropizzazione è antichissima, con tracce preistoriche dal 1400 a.C. e una colonizzazione greca dall’VIII secolo a.C. La presenza di minerali, la fertilità del suolo vulcanico e la presenza di sorgenti termali hanno favorito la presenza umana in tutto il periodo storico. Il terremoto del 28 luglio 1883 causò più di 2000 vittime perché capitò nel pieno della stagione turistica, quando gli alberghi erano affollatissimi (la stampa dell’epoca lo ribattezzò, non a caso, “il terremoto dei ricchi”). Ma non bisogna dimenticare che solo poco più di due anni prima un altro forte terremoto, il 4 marzo 1881, aveva prodotto danni altrettanto gravi, e il patrimonio edilizio dell’isola era evidentemente in pessime condizioni.

Un cenno particolare merita il caso del terremoto più recente, quello del 23 aprile 1980, che nel Catalogo CPTI15 presenta un valore di magnitudo relativamente elevato per quest’area (Mw 4.37); questo valore deriva da un dato strumentale (Mw 4.6, ISC) affetto da molte incertezze (incertezze che riguardano anche la localizzazione: l’Osservatorio Vesuviano lo riteneva localizzato a 20 km a Sud di Ischia) combinato alla magnitudo macrosismica (3.1) per un terremoto che produsse spavento ma non danni. Questo terremoto esemplifica chiaramente la variabilità delle stime di localizzazione, di magnitudo e anche di intensità macrosismica con le loro incertezze.

Con il contributo di Viviana Castelli e Romano Camassi (INGV Bologna)


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