Presunte previsioni di Terremoti

Di Patrizia Esposito

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Torno ad “approfittare” dello spazio che Matteo mi ha concesso sul blog per parlare nuovamente di terremoti. Il titolo dell’articolo che vi presento oggi è il nome di una sezione del forum Psicosi 2012, dedicata alle previsioni “ad capocchiam” dei terremoti, cioè quelle che indicano il giorno e il luogo esatti di un sisma (preferibilmente catastrofico) sulla base dei parametri più bislacchi (apparizioni, profezie, ecc.). L’ultimissima della serie- segnalata da un nostro caro utente- è quella di un tizio che aveva previsto per il 17 aprile scorso niente poco di meno che il Big One in California. Ma magari bastasse la lettura dei tarocchi per prevedere eventi catastrofici e salvare vite umane! La previsione dei terremoti è una materia spinosa e complessa alla quale si dedicano anima e corpo ricercatori scientifici seri. A tal proposito, vorrei illustrarvi qui di seguito uno studio tutto italiano che, a mio avviso, aggiunge un tassello interessante al mosaico della comprensione dei meccanismi che generano i terremoti. Buona lettura a tutti.

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Sul numero di marzo di Le Scienze è stato pubblicato un sunto dello studio condotto da Carlo Doglioni, Salvatore Barba, Eugenio Carminati e Federica Riguzzi. (1) Gli autori hanno analizzato la relazione tra la sismicità e il tasso di deformazione, evidenziando come le aree con terremoti più intensi siano quelle in cui la velocità di deformazione delle rocce è più bassa rispetto alle aree circostanti. Sono partiti dal considerare la crosta terrestre suddivisa in due porzioni: crosta superiore e crosta inferiore. La prima, spessa mediamente 15 km, ha un comportamento fragile ed è influenzata dalla pressione: il carico litostatico, che aumenta con la profondità, esercita una forza di contenimento sulle rocce, rendendole più stabili e aumentandone la resistenza. La crosta inferiore, invece, ha un comportamento duttile ed è influenzata dalla temperatura: il gradiente termico, che diminuisce con la profondità, indebolisce i legami dei reticoli cristallini rendendo le rocce meno stabili. Che cosa significa questo? Significa che le rocce crostali non si deformano tutte allo stesso modo. Infatti, quelle della crosta superiore si deformano “a scatti” attraverso l’attivazione delle faglie, quelle della crosta inferiore, invece, si deformano costantemente nel tempo, senza perdita di coesione, attraverso la distorsione dei reticoli cristallini:

Diverso comportamento meccanico della crosta superiore e della crosta inferiore.

I terremoti sono associati alle deformazione fragili. La transizione tra le due porzioni crostali con diverso comportamento meccanico, detta “transizione fragile-duttile”, corrisponde alla massima resistenza delle rocce, cioè la profondità a cui è necessaria l’energia massima per romperle. Più è profonda questa transizione e più lunga è una faglia, maggiore è il volume di rocce coinvolte nel sisma, quindi maggiore sarà la magnitudo. Per descrivere un evento sismico si utilizzano diversi valori numerici, come la magnitudo momento, la magnitudo locale e l’intensità macrosismica (il fatto stesso che per descrivere un sisma si prendano in considerazione diversi parametri sta ad indicare la complessità del fenomeno).

La legge di Gutenberg-Richter è l’espressione analitica della forza che agisce contemporaneamente sul guscio terrestre e che è responsabile della distribuzione sismica sul pianeta. L’origine di questa forza è ancora nel campo delle ipotesi, tra le quali sono contemplati i moti convettivi nel mantello e gli effetti della rotazione terrestre che spiegherebbero l’attuale deriva verso ovest delle placche litosferiche. La diversa velocità di queste ultime dipende dal grado di disaccoppiamento mantello-litosfera che è funzione della variazione di viscosità nel mantello: maggiore è la viscosità, minore è la velocità della placca.

Funzionamento delle faglie in funzione della transizione “fragile-duttile”.

In figura è illustrato il funzionamento delle faglie in relazione alla transizione fragile-duttile. Nel caso di faglia distensiva la transizione si configura come una zona dilatata in cui si formano delle fratture e dei vuoti che si riempiono di fluidi, in conseguenza all’accomodamento della crosta inferiore in lento ma costante movimento rispetto alla crosta superiore bloccata. Questa zona si espanderà fino a quando non sarà più in grado di sorreggere la parte alta (“tetto” della faglia), a quel punto le rocce si romperanno, il blocco cadrà sotto il suo stesso peso e l’energia potenziale gravitazionale accumulata sarà liberata attraverso le onde sismiche del terremoto. I fluidi presenti saranno espulsi come quando si strizza una spugna e migreranno verso l’alto: ecco perché un evento sismico è accompagnato da una risalita delle falde e da un aumento della portata delle sorgenti. Dopo la scossa principale, il tetto della faglia deve raggiungere una nuova condizione di equilibrio e questo avviene mediante le scosse di assestamento. Nel caso di faglia inversa, invece, la transizione si configura come una fascia in sovrapressione . Le rocce accumulano energia elastica fino al punto di rottura, quando le forze di deformazione superano la resistenza delle rocce e il tetto della faglia viene scagliato verso l’alto, originando il terremoto (possiamo assimilare questo meccanismo ad una molla prima totalmente compressa e poi espansa). Generalmente i terremoti associati a faglie compressive sono più violenti perché occorre più energia per vincere le forze di compressione e perché in questo contesto geodinamico occorre vincere anche la forza di gravità.

Relazione tra tasso di deformazione e magnitudo dei terremoti.

In figura sono riportati i risultati di osservazioni effettuate sulla sismicità in Italia in un intervallo temporale che va dal 1° gennaio 2007 al 31 dicembre 2011.

In particolare, sono stati messi in relazione i terremoti di magnitudo superiore a 3 con i tassi di deformazione ottenuti in corrispondenza di ciascuno degli epicentri. Il dato più importante è rappresentato dal fatto che i terremoti di magnitudo superiore a 4 sono avvenuti tutti in aree in cui il tasso di deformazione è inferiore a 40 nanostrain per anno (1 nanostrain= 1 mm ogni 1000 chilometri). Cosa significa questo? Significa che le aree che si deformano più lentamente rispetto alle aree circostanti sono le aree crostali “bloccate” che stanno accumulando energia . Anche se l’intervallo di osservazione ha dei limiti temporali, il valore stabilito può essere preso in considerazione come un parametro utile ad individuare aree a sismicità significativa. Sulla mappa della velocità di deformazione si possono sovrapporre le faglie attive note. E’ interessante notare come il terremoto de L’Aquila (2009) e quello in Emilia (2012) siano avvenuti in aree a basso tasso di deformazione. Lo studio condotto si è basato sui dati forniti dalla rete GPS e su modelli numerici. In conclusione: questa nuova idea sui terremoti non serve a sapere con esattezza quando e dove si registrerà un sisma ma può indirizzare gli studi verso aree con maggiore “urgenza” sismica, in cui fare prevenzione attraverso l’adeguamento antisismico degli edifici non a norma e l’educazione al rischio sismico. Vorrei sottolineare ancora una volta come lo studio dei terremoti sia reso complicato dall’impossibilità di investigare il sottosuolo alle profondità di interesse e quella di riprodurre perfettamente in laboratorio le condizioni di stress a cui sono sottoposte le rocce in profondità. Di certo un approccio multidisciplinare può migliorare i metodi di previsione.

Ad ogni modo, diffidate da tutte le previsioni “ad capocchiam” di cui è piena la rete!!

 

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Le scale sismologiche

Nella sezione:

– Hai domade o dubbi

e’ stata fatta una richiesta molto interessante che riguarda le scala sismologiche. In particolare, si chiedeva di illustrare nel blog la scala ESI 2007, ma credo che sia molto interessante parlare in generale di quali scale vengono utilizzate per classificare un sisma e quali sono le differenze tra queste.

Di principio, tutti conoscono la scala Mercalli e la scala Richter, che sono quelle apparentemente piu’ utilizzate e che sentiamo nominare in occasione di qualche sisma che avviene nel mondo. Ho detto “apparentemente” perche’ prima di tutto ci sono molte altre scale utilizzate soprattutto dai sismologi ed inoltre molte di queste riescono a classificare i terremoti in modo piu’ scientifico, basandosi proprio sulla natura fisica del fenomeno, piuttosto che, ad esempio, sui danni creati da un sisma.

Dal punto di vista storico, la prima scala basata su presupposti scientifici fu la Rossi-Forel a dieci gradi. Proprio da questa, il sismologo e vulcanologo Mercalli derivo’ una scala a 12 gradi basata sull’intensita’ di un sisma. Fate attenzione, per prima cosa, parlando di terremoti, e’ molto importante distinguere tra intensita’ e magnitudo, termini spesso confusi tra loro dai non addetti ai lavori. Per far capire questa differenza, su cui torneremo in seguito descrivendo i processi fisici, basti pensare che due terremoti di uguale magnitudo possono avere intensita’ diversa se, ad esempio, avvengono con ipocentri a profondita’ diversa tra loro.

Detto questo, la scala Mercalli e’ basata sugli effetti che un terremoto puo’ avere su persone, cose e manufatti. Alla luce di quanto detto, appare evidente che un terremoto di altissima magnitudo che avviene in una zona desertica non popolata, avra’ un grado Mercalli inferiore proprio per la mancanza di danni a cose e persone.

Per essere precisi, l’attuale scala utilizzata e’ detta Mercalli-Cancani-Siedberg ed e’ a 12 gradi. In origine, la scala Mercalli, cosi’come la Rossi-Forel, aveva solo 10 gradi. Fu proprio il sismologo Cancani ad esternderla a 12 gradi. Generalmente, i gradi piu’ bassi della scala vengono attribuiti in base alla percezione delle persone, mentre per i gradi piu’ alti ci si basa sugli effetti agli edifici e ai manufatti in generale.

Da quanto detto, appare evidente che la scala Mercalli non e’ basata su nessuna quantita’ fisica legata al terremoto, ma solo agli effetti del sisma. Se vogliamo, questo inizialmente potrebbe essere un vantaggio di questa scala dal momento che per l’attribuzione dell grado non e’ necessaria alcuna strumentazione specifica.

Proprio queste considerazioni hanno poi portato alla formulazione della scala Richter. Piccola premessa, il termine scala Richter, non e’ in realta’ molto utilizzato dalla comunita’ sismologica in quanto la scala viene detta “Magnitudo Locale”. Come e’ definita? Come anticipato, questa scala misura la magnitudo del sisma ed e’ direttamente legata all’energia rilasciata nel sottosuolo. Questo parametro viene stimato per il terremoto all’ipocentro ed e’ dunque non dipendente, come e’ evidente, dalle tecniche costruttive utilizzate in una determinata zona. A parte il particolare sismografo utilizzato per determinare il grado Richter, questa e’ una scala logaritmica in cui vengono definiti i decimi di magnitudo (M X.Y) ed in cui, ad esempio, una determinata magnitudo e’ circa 32 volte maggiore della successiva: M6=32M5, ecc.

Ora, date queste due scale, perche’ avremmo bisogno di altro? Come detto, la scala Mercalli e’ relativa ai danni del terremoto, la acala Richter invece e’ direttamente legata all’energia rilasciata dal sisma e dunque descrive la meccanica del fenomeno. In realta’, quest’ultima scala presenta dei problemi di saturazione per i gradi maggiori, dovuti al fatto che, sopra M8.5, terremoti di magnitudo diversa possono risultare nello stesso valore della scala.

Per risolvere questo problema, e’ stata poi introdotta la scala del “momento sismico”. Analogamente alla Richter, anche questa scala e’ di tipo logaritmico e si basa sulla stima dell’energia rilasciata nell’ipocentro. A differenza pero’ della prima, non presenta i problemi di saturazione.

Da quanto detto, appare evidente come queste scale siano completamente scorrelate tra loro, trattando un sisma sotto aspetti diversi. Se ci pensiamo bene, entrambi i parametri utilizzati potrebbero essere utili per una valutazione e per una comparazione, ad esempio, per sismi successivi avvenuti nello stesso luogo. Sulla base di questo, e’ stata sviluppata la “Scala Macrosismica Europea”, o EMS-98. In questa definizione, si distingue un sisma in base alla forza degli effetti di un terremoto in un luogo specifico. In questo senso, entra ovviamente l’energia del sisma, ma anche i danni provocati dal fenomeno in un determinato luogo, caratterizzato da specifiche tecniche costruttive e densita’ abitative. Anche la EMS-98 presenta 12 gradi e, passando dai livelli piu’ bassi a quelli piu’ alti, di volta in volta la percezione umana del sisma lascia spazio ai danni agli oggetti provocati dal fenomeno. Per quanto piu’ precisa e meglio utilizzabile, anche questa scala presenta delle limitazioni simili a quelle dei suoi predecessori: confusione nell’attribuzione di un livello alto, influenze soggettive nella valutazione dei danni agli edifici.

Per evitare queste problematiche, nel 2007 e’ stata sviluppata una nuova scala detta “Environmental Seismic Intensity Scale”, o ESI-2007. Come suggerisce il nome stesso, questa scala si basa sugli effetti ambientali che un sisma puo’ avere in un determinato luogo. Fate attenzione, stiamo parlando di ambiente in generale, non solo di antropizzazione. In tal senso, questa scala va proprio a valutare la fagliazione provocata nel terreno, fenomeni di subsidenza, liquefazione, frattura, ecc. Come visto in diversi articoli, questi sono tutti effetti seguenti ad un sisma e che possono essere utilizzati per descrivere il fenomeno partendo proprio dalle sue conseguenze sull’ambiente.

Qual e’ il vantaggio di questa tecnica? Come sappiamo, molto spesso un terremoto tende a ripetersi in zone in cui e’ gia’ avvenuto. Valutare, e dunque raccontare, il sisma basandosi proprio sui suoi effetti sull’ambiente, puo’ aiutarci a prevenire i danni del terremoto. In che modo? Parlare di case distrutte, non e’ di per se un parametro utilie, ad esempio, per confrontarci con fenomeni avvenuti decenni prima. Questo e’ evidente se si pensa alle diverse tecniche costruttive, ma anche al grado di antropizzazione di un determinato luogo. Parlando invece di conseguenze sull’ambiente, e’ possibile prima di tutto confrontarci con gli eventi passati, ma soprattutto ci permette di predisporre piani di emergenza mirati, conoscendo le eventuali problematiche che potrebbero verificarsi in concomitanza con un sisma di alta intensita’.

Ultima considerazione che vi sara’ venuta in mente: perche’ parliamo di nuova scala se il nome e’ qualcosa-2007? Semplicemente perche’ nel 2007 e’ stta presentata questa divisione, ma prima di poter essere utilizzata, sono richiesti 5 anni di sperimentazione, cosi’ come avvenuto.

Concludendo, esistono diverse scale sismologiche per poter valutare e distinguere tra loro i diversi terremoti. Cme visto pero’, queste presentano alcune limitazioni specifiche dovute alla stima dei danni o alla caratteristica fisica presa in considerazione. Distinzione molto importante e’ quella tra magnitudo e intensita’ che, come visto, sono due termini spesso confusi ma che in realta’ caratterizzano cose completamente diverse tra loro. La nuova scala ESI-2007, consente di valutare gli effetti provocati da un sisma sull’ambiente, determiando cosi’ un confronto diretto e sempre possibile in un luogo specifico. Come potete facilmente immaginare, per poter definire esattamente il grado ESI di un sisma, i sismologi devono recarsi sul luogo per poter stimare al meglio gli effetti ambientali lasciati. Oltre a quelle viste, vi sono poi altre scale, spesso simili alle altre, ma il cui utilizzo e’, ad esempio, specifico di un determinato luogo per motivi storici o culturali.

 

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.