Evidence for a difference in rupture initiation between small and large earthquakes

Nature Communication, 2014, 5, 3958, doi:10.1038/ncomms4958
Simona Colombelli, Aldo Zollo, Gaetano Festa and Matteo Picozzi

Piccola scossa o grande terremoto?

Essere in grado di predire la magnitudo di un terremoto, mentre l'evento di frattura che lo produce è ai suoi istanti iniziali è un problema scientifico largamente dibattuto. Il meccanismo di generazione e propagazione delle fratture sismiche è stato studiato a lungo sia mediante modelli teorici che attraverso esperimenti di laboratorio su campioni di rocce. L'assenza di osservazioni dirette delle fratture sismiche in corrispondenza di faglie reali, rende tuttavia assai incerte le modalità con cui esse si originano e si propagano.

In questo studio, realizzato dal nostro gruppo di ricerca e pubblicato sulla rivista Nature Communications, gli autori analizzano i primi secondi dei segnali registrati ad una serie di stazioni sismiche per diversi terremoti e suggeriscono che i segnali sismici, captati nei primi istanti della frattura, contengono informazioni sulla dimensione finale dell'evento sismico. Gli autori analizzano le onde primarie generate dalle fratture sismiche (onde P), e ne osservano una evoluzione temporale differente, a seconda della grandezza del terremoto. Questo risultato è consistente con l'idea che esista per i terremoti una sorta di breve fase preparatoria (detta “fase di enucleazione”), che accade prima dell'innesco dinamico della frattura sismica e che ne influenza la successiva evoluzione. In questa fase, i blocchi di roccia si deformano in modo lento, fino al raggiungimento di un valore di deformazione critico, che innesca la frattura. Secondo gli autori, quanto più è grande questo valore critico di deformazione, tanto maggiore è la probabilità che la frattura iniziale generi un grande terremoto. Piuttosto che un processo casuale e del tutto aleatorio, lo sviluppo delle fratture sismiche sarebbe quindi, secondo gli autori, influenzato da ciò che accade durante la fase di enucleazione. In altre parole, è come dire che l’entità della deformazione iniziale, determina la grandezza finale del terremoto. Se si potesse “osservare” questa fase iniziale della frattura sismica, si potrebbe pertanto sapere, seppur con un largo margine di errore e con un brevissimo tempo di anticipo, la magnitudo dell' evento sismico imminente e predirne gli effetti in termini di danno atteso.

La possibilità di distinguere rapidamente una piccola scossa da un grande terremoto è cruciale per il funzionamento dei sistemi di Early Warning (Allerta Sismica Immediata), che devono essere in grado di inviare un'allerta rapida a siti lontani dalla sorgente, prima che questi vengano raggiunti dalle onde sismiche distruttive. L'allerta, anche con un anticipo di secondi o poche decine di secondi, consente di avviare delle procedure di emergenza (ad esempio, interrompere o rallentare la corsa dei treni per evitarne il deragliamento, allertare il personale in edifici pubblici o nei cantieri, spegnere impianti a rischio esplosione, disattivare l’erogazione del gas, etc) allo scopo di ridurre notevolmente i danni provocati da un terremoto.

In Figura: Mappa del Giappone, che riporta la localizzazione dei terremoti (stelle) e delle stazioni (cerchi) I cui dati sono stati analizzati nel lavoro. La dimensione dei simboli è proporzionale alla magnitudo degli eventi. Nel riquadro viene mostrato l’andamento delle ampiezze delle onde P nei primi secondi di registrazione. Si nota che le curve hanno pendenza decrescente con la magnitudo degli eventi. 

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