Figura 1: Ultima versione (v. 3.2.1) del Database DISS accessibile online dalla pagina http://diss.rm.ingv.it/diss/

Perché “sorgenti sismogenetiche”? In cosa il Database delle sorgenti sismogenetiche italiane si differenzia da una normale mappa di faglie attive?

Da almeno due decenni la sismologia si è posta l’obiettivo di simulare in modo accurato – e quindi, in qualche modo, di “prevedere” – la distribuzione dello scuotimento del terreno che verrà determinato da un forte terremoto del futuro. Ricordiamo che lo scuotimento è in assoluto il principale responsabile del danneggiamento subìto dagli edifici – e in generale dalle opere dell’uomo come le vie di comunicazione e le reti di servizi – in occasione di un forte evento sismico. Le tecniche di simulazione dello scuotimento del terreno sono oggi alla base dei codici per il calcolo della pericolosità sismica e si avvalgono di dati che descrivono dal punto di vista geologico le faglie in grado di generare forti terremoti. Tali faglie devono necessariamente essere gerarchizzate, completamente parametrizzate e rappresentate nella loro geometria tridimensionale, seppure in forma semplificata. Si realizza così il necessario passaggio dalle faglie, normalmente definite in modo qualitativo e solo nella loro espressione superficiale, alle sorgenti sismogenetiche come quelle censite nel Database delle sorgenti sismogenetiche italiane e nelle altre analoghe banche dati – per la verità non molto numerose – che esistono nel mondo. Il Database delle sorgenti sismogenetiche italiane viene usualmente denominato con l’acronimo DISS, che deriva dal suo nome originario Database of Italy’s Seismogenic Sources, successivamente modificato in Database of Individual Seismogenic Sources.

DISS è uno strumento originale, ideato all’INGV (allora ING) nel 1997, messo a punto negli anni seguenti e reso disponibile alla comunità scientifica in forma sperimentale nel 2000 (DISS v. 1.0), e quindi divulgato senza limitazioni a partire dal 2001 (DISS v. 2.0; Valensise e Pantosti, 2001). Successivamente il DISS ha attraversato una lunga fase di evoluzione segnata da importanti aggiornamenti sia dei contenuti che della struttura del Database, che si presenta oggi molto diverso dai suoi prototipi.

Figura 2: Prima versione “ufficiale” del DISS, versione 2.0, pubblicata nel 2001 e diffusa attraverso un CD-ROM corredato da un manuale (in alto a sinistra) e da un poster (in alto a destra). Dal 2004 la diffusione avviene esclusivamente on-line.

Questo è il primo di una serie di articoli che vogliono descrivere alcuni aspetti affrontati dagli autori del DISS, tutti ricercatori dell’INGV, nell’evoluzione del Database. Qui tratteremo la formalizzazione concettuale delle sorgenti sismogenetiche e l’introduzione di nuove tipologie di sorgenti che rispondono all’evoluzione delle conoscenze scientifiche e delle esigenze degli utenti a cui questo lavoro è principalmente indirizzato.

Sin dal suo prototipo elaborato nel 1997, l’elemento principale di catalogazione del DISS è costituito da sorgenti sismogenetiche rappresentate nelle tre dimensioni, ottenute parametrizzando la geometria e la cinematica di grandi faglie attive ritenute in grado di generare terremoti di magnitudo (Mw) superiore a 5.5. In altre parole, sin dalla loro prima formalizzazione le sorgenti sismogenetiche sono state definite tridimensionalmente all’interno della crosta terrestre, e descritte dal punto di vista geometrico (come la faglia è posizionata nella spazio) e cinematico (come la faglia si può muovere). Dati questi presupposti le sorgenti sono quindi sempre, necessariamente, frutto di una semplificazione e, in definitiva, di precise scelte modellistiche.

Nel DISS si è scelto sin da subito di caratterizzare esclusivamente sorgenti ritenute in grado di generare terremoti di magnitudo superiore a 5.5 per due motivi principali:

1. la magnitudo 5.5 è usualmente considerata il valore “di soglia” oltre il quale la faglia responsabile dei terremoto assume dimensioni tali da poter essere identificata attraverso le metodologie geologiche;

2. in Italia, per via delle tipologie costruttive prevalenti, la magnitudo 5.5 viene usualmente vista come il limite inferiore per cui un terremoto crostale può causare scuotimento tale da creare danni significativi all’edificato.

Va sottolineato inoltre come il DISS si interessi esclusivamente di censire strutture primarie, cioè di quelle faglie che, prendendo in carico la maggior parte della deformazione tettonica e muovendosi in profondità, causano i terremoti principali e il relativo scuotimento. È ben noto che a queste strutture primarie possono essere associate in superficie una o più faglie secondarie; queste ultime non sono riportate nel Database. Sul tema dei rapporti tra le sorgenti sismogenetiche censite dal DISS e le faglie attive in superficie torneremo con un articolo di approfondimento su questo stesso Blog.

A partire dalla prima versione sperimentale pubblicata nel 2000 (v. 1.0) e sino alla versione pubblicata nel 2007 (v. 3.0.4) il DISS ha censito anche sorgenti macrosismiche, ossia sorgenti definite esclusivamente a partire dagli effetti dell’ultimo terremoto generato, senza vincoli geologici o strumentali. Le sorgenti macrosismiche si affiancavano alle sorgenti derivate da dati geologici, delle quali diremo nel seguito. In base alla qualità/quantità dei dati macrosismici disponibili queste sorgenti erano suddivise in “sorgenti storiche ben vincolate” – per le quali veniva fornita la stima della localizzazione, lunghezza, larghezza e orientazione della sorgente stessa – e “sorgenti storiche poco vincolate” – per le quali veniva fornita solo la posizione e una dimensione. Le sorgenti “macrosismiche” erano presenti nel DISS per sopperire alla mancanza di conoscenze geologiche dettagliate relativamente ad alcuni importanti terremoti e ad alcune aree, e con la nitida consapevolezza della loro potenziale lacunosità nel caso di sorgenti sismogenetiche silenti in epoca storica o ricadenti in aree a bassa densità abitativa.

Nel corso degli ultimi due decenni in Italia si è registrato un forte sviluppo delle ricerche e delle conoscenze sismotettoniche, che ha portato a una migliore comprensione delle modalità e dei ratei dell’attuale deformazione tettonica a scala regionale. Queste circostanze hanno avuto importanti riflessi nel DISS, portando a un significativo incremento del numero delle sorgenti supportate da informazioni di natura geologica, che hanno via via sostituito le meno vincolate sorgenti di natura macrosismica (figura 3).

Figura 3: Tipologie di sorgenti sismogenetiche presenti in DISS nella versione del 2001 (a sinistra) e oggi (a destra). Per il dettaglio delle modifiche intercorse nel tempo il lettore può fare riferimento a Basili et al. (2008) e alle Accompanying Notes che corredano il rilascio di ogni nuova versione.

Le sorgenti oggi presenti nel DISS sono tutte rigorosamente basate su dati geologici e geofisici e le principali appartengono a due tipologie: le Sorgenti Sismogenetiche Individuali (Individual Seismogenic Sources, ISS), ideate per descrivere nel dettaglio le faglie responsabili di specifici forti terremoti già avvenuti o che si ritiene potranno avvenire, e le Sorgenti Sismogenetiche Composite (Composite Seismogenic Sources, CSS) ideate per descrivere sistemi di faglia estesi, ancorché con un livello di dettaglio necessariamente minore.

Le Sorgenti Sismogenetiche Individuali (figura 4) sono presenti in tutte le versioni di DISS, dal 2000 ad oggi, e forniscono l’informazione più accurata disponibile su sorgenti responsabili di terremoti strumentali o pre-strumentali ben vincolati (anche se in rari – e ben descritti – casi non hanno un terremoto associato). Per un ragguaglio sui principali metodi utilizzati per determinare i parametri delle sorgenti si veda il lavoro di R. Basili et al. (2008), mentre si potrà fare riferimento a dei filmati YouTube per fare un viaggio attraverso l’intero Database oppure attraverso una singola sorgente sismogenetica (entrambi i filmati sono disponibili anche nella versione in inglese).

Figura 4: Rappresentazione di una Sorgente Sismogenetica Individuale (ISS), ossia di un piano di faglia sismogenetica. Sono dettagliati i parametri geometrici e cinematici che la caratterizzano; ulteriori parametri forniti per tutte le ISS sono la magnitudo e lo slip medio del terremoto associato e lo slip rate. Queste sorgenti sono sempre basate su dati geologici e geofisici e – tranne rari casi – fanno riferimento a terremoti strumentali o pre-strumentali ben vincolati.

Da quanto già detto si evince che l’insieme delle Sorgenti Sismogenetiche Individuali non ambisce a rappresentare tutte le possibili sorgenti, perché i terremoti per i quali sono state derivate sono un sottoinsieme di tutti i terremoti che si possono verificare in Italia e nei mari circostanti. D’altro canto le Sorgenti Sismogenetiche Composite (figura 5) sono state ideate proprio per rappresentare un dataset di sorgenti sismogenetiche potenziali il più possibile esauriente. Questo obiettivo necessariamente implica una minor accuratezza nella loro descrizione spaziale e parametrizzazione rispetto alle Sorgenti Sismogenetiche Individuali. Le Sorgenti Sismogenetiche Composite sono presenti in DISS dal 2005 e non hanno terremoti associati, anche se nel corso del tempo sono stati pubblicati alcuni articoli scientifici che collegano importanti terremoti del passato anche a questa tipologia di sorgenti (si veda ad esempio Vannoli et al., 2015).

Un’ulteriore categoria di sorgente, le Sorgenti Dibattute (DSS), sono presenti in DISS dal 2009. Sono definite come aree attorno a faglie attive proposte in letteratura come potenzialmente sismogenetiche ma che, a giudizio degli autori del DISS, non possono essere trasformate in sorgenti sismogenetiche perchè non sufficientemente documentate, oppure perchè sulla loro esistenza o sul loro potenziale sismogenetico esistono opinioni fortemente contrastanti. Per meglio rappresentare e schematizzare questa varietà di potenziali incongruenze è stato messo a punto un inedito e innovativo questionario; ogni Sorgente Dibattuta è corredata dalla bibliografia, da immagini tratte da tale bibliografia, e dalle risposte al citato questionario.

Figura 5: Rappresentazione di una Sorgente Sismogenetica Composita (CSS), ossia di un sistema di faglia sismogenetico. Sono dettagliati i parametri geometrici e cinematici che la caratterizzano. Queste sorgenti sono sempre basate su dati geologici e non hanno terremoti associati.

Infine le Zone di Subduzione (SD) sono state introdotte in DISS nel 2015 e costituiscono la rappresentazione semplificata:

a) dello slab alla profondità del mantello,

b) dell’interfaccia tra le due placche a profondità crostale, e infine

c) dello scollamento alla base del cuneo d’accrezione (figura 6).

La geometria dello slab in subduzione è rappresentata in mappa da una serie di isobate (linee continue che uniscono i punti che hanno la stessa profondità). Vengono fornite, oltre alla profondità dello slab, la direzione e la velocità di convergenza tra le placche; non vengono invece fornite assunzioni sulle dimensioni e sulle eventuali caratteristiche di ricorrenza dei terremoti generabili da questa tipologia di sorgenti.

Figura 6: Zona di Subduzione (SD), ossia una rappresentazione semplificata dell’interfaccia di subduzione, identificata come l’elemento geodinamico responsabile dei terremoti che avvengono in queste aree. Tali sorgenti vengono rappresentate in mappa da una serie di isobate e non hanno terremoti associati.

Le Sorgenti Sismogenetiche Individuali, le Sorgenti Sismogenetiche Composite e le Zone di Subduzione sono sempre corredate da un commento, da immagini e da una ricca e selezionata bibliografia; si veda ad esempio la documentazione presente per la sorgente responsabile del terremoto della Marsica del 13 gennaio 1915, identificata nel DISS con il codice ITIS002.

I testi di commento associati a ogni sorgente forniscono un inquadramento del contesto sismotettonico regionale e illustrano le scelte effettuate dagli autori nel fissare i parametri di quella sorgente. Possono riportare anche visioni alternative sulla sismotettonica dell’area in cui la sorgente ricade, e di norma descrivono eventuali questioni ancora da dirimere nella comprensione dei caratteri della sorgente o del suo contesto. Alcuni commenti includono i riassunti di articoli ritenuti particolarmente significativi, e in modo particolare di articoli difficilmente reperibili o redatti non in lingua inglese.

Le immagini collegate ad ognuna delle sorgenti possono provenire dalla bibliografia scientifica oppure essere state realizzate ad hoc; in ogni caso sono ritenute significative e spesso sono costituite da mappe, diagrammi, foto e profili geologici.

Ad oggi sono stati individuati, esaminati, ritenuti consoni e collegati alle sorgenti del Database oltre 3.700 dati bibliografici. Questa immensa bibliografia spazia dagli articoli scientifici ai libri, ai rapporti tecnici e alle tesi di laurea, comprendendo anche lavori molto antichi, come ad esempio relazioni sugli effetti di terremoti del passato a partire dal XVII secolo. Questo aspetto rende il DISS un prezioso e aggiornato patrimonio bibliografico che consente all’utente di conoscere assai rapidamente la bibliografia di interesse sismotettonico di una qualsiasi area italiana.

Per ogni sorgente sismogenetica il DISS fornisce anche una valutazione della qualità della parametrizzazione, avvalendosi di uno schema prefissato per classificare la natura – e implicitamente l’affidabilità – della fonte di informazione utilizzata per ogni singolo parametro. Ad ogni parametro di ogni sorgente è collegato un qualificatore che permette all’utente di conoscere la fonte di informazione utilizzata per ottenere quel determinato valore del parametro. Sono stati messi a punto cinque qualificatori che spaziano tra “Dato di letteratura”, massimamente affidabile, a “Giudizio esperto del compilatore della sorgente”, all’estremo opposto dello spettro.

Comprensibilmente e necessariamente, le sorgenti in DISS mostrano gradi di definizione e affidabilità molto variabili tra loro; sono infatti presenti sia sorgenti molto ben vincolate in quanto basate su dati strumentali e/o geologici di superficie e sottosuolo, sia sorgenti meno vincolate, basate ad esempio solo su dati geologici di superficie e su debole evidenza storica. Ne consegue che il Database è per sua stessa natura un work in progress, e come tale è soggetto a continue modifiche e migliorie.

Le sorgenti attualmente contenute in DISS possono essere scaricate dal sito insieme a tutte le sorgenti che costituivano le precedenti versioni, dal 2001 ad oggi. Si può scegliere il formato di esportazione desiderato tra i diversi formati GIS disponibili o il comodo formato Google Earth.

DISS è un prezioso strumento al servizio della comunità scientifica, in grado innanzitutto di consentire una visione sinottica della sismogenesi del bacino del Mediterraneo centrale (figura 7), e contemporaneamente di rappresentare un corpus di dati omogeneo adatto a quantificare la deformazione tettonica in atto e il potenziale sismogenetico associato. DISS è stato sviluppato principalmente per applicazioni nell’ambito della valutazione della pericolosità sismica da scuotimento alla scala nazionale e locale, ma viene correntemente utilizzato nell’ambito di modelli geodinamici, per comprendere l’evoluzione recente del paesaggio alla scala delle strutture sismogenetiche stesse, nonché per analizzare le relazioni spaziali tre le faglie.

Figura 7: Visione sinottica della sismogenesi del bacino del Mediterraneo centrale fornita dalla versione Google Earth del DISS v. 3.2.1.

Le Sorgenti Sismogenetiche Individuali possono essere utilizzate per studi di scenario di varia natura mentre le Sorgenti Sismogenetiche Composite vengono utilizzate, congiuntamente ai cataloghi della sismicità, per elaborare modelli probabilistici della pericolosità sismica. La recente versione 3.2.1 di DISS è stata specificamente elaborata come uno dei dati di ingresso della Mappa di Pericolosità Sismica denominata MPS16, il cui completamento è previsto per i primi mesi del 2019.

Il DISS si è rivelato da subito uno strumento innovativo, ed è diventato presto un modello di riferimento sia a scala europea (si vedano le esperienze condotte sulle sorgenti sismogenetiche della Grecia, della Spagna, della Valle del Reno e dell’intero continente europeo, quest’ultimo curato da alcuni autori del DISS), sia nel quadro delle iniziative del Global Earthquake Model.

a cura di Paola Vannoli e Gianluca Valensise, INGV-Roma1.