A dieci anni dal sisma del Centro Italia, uno studio rivela il ruolo dei fluidi nella sequenza sismica del 2016
Le variazioni delle onde sismiche e l’individuazione del movimento dei fluidi nel sottosuolo potrebbe aiutare a monitorare l’evoluzione della pericolosità di una sequenza sismica Tratto da INGV
Un nuovo studio condotto da un team di ricercatori e ricercatrici dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), dell’University of California Berkeley e della United States Geological Survey (USGS), ha sviluppato un metodo per il monitoraggio della migrazione di fluidi nella crosta terrestre mostrando che questi processi sono strettamente correlati con la sismicità, soprattutto durante le sequenze più intense.
Fig 1 – Questi tre grafici illustrano la dilatazione cumulativa indotta dalla intera sequenza di Amatrice-Visso-Norcia-Capitignano (rosso: dilatazione; blu: contrazione) e la conseguente diffusione di fluidi crostali (molto probabilmente CO2) attesa durante la sequenza sismica dell’Appennino Centrale. Gli assi indicano la distanza dall’epicentro della scossa di Amatrice. La dilatazione cumulativa è stata calcolata utilizzando le dislocazioni prodotte degli eventi di magnitudo M>3.0. Le frecce mostrano la diffusione dei fluidi crostali attesa a 5 km di profondità in un acquifero confinato (direzione e magnitudo relativa). Dopo l’evento di Amatrice, e fino al giorno precedente il terremoto di Visso (pannello a), i fluidi crostali vengono espulsi in direzione Nord-Ovest, verso l’epicentro del terremoto di Visso. Dal giorno del terremoto di Visso fino al giorno precedente il terremoto di Norcia, i fluidi crostali vengono espulsi dalla zona epicentrale dell’evento di Visso e indirizzati verso Sud-Sud-Est verso l’epicentro dell’evento di Norcia (pannello b). Del giorno dell’evento di Norcia fino al giorno della sottosequenza di Capitignano (18/01/2017) i fluidi crostali vengono violentemente espulsi dalla zona circostante all’epicentro di Norcia e convogliati verso Sud-Est in direzione degli epicentri di Capitignano.
La ricerca, intitolata “Temporal and spatial changes in Seismic Attenuation Associated with Inferred Fluid Migration in the 2016 Central Apennines Earthquake Sequence”, e pubblicata sulla rivista scientifica Bulletin of the Seismological Society of America, ha l’obiettivo di comprendere la complessa evoluzione dei fenomeni che hanno caratterizzato la sequenza sismica dell’Appennino Centrale, avvenuta tra Amatrice, Visso, Norcia e Capitignano nel periodo compreso tra il 24 agosto 2016 e la fine di febbraio 2017.
Lo studio analizza le variazioni temporali dell’attenuazione delle onde sismiche osservate durante la sequenza del 2016-2017, individuando i segnali compatibili con la migrazione di fluidi pressurizzati lungo il sistema delle faglie responsabili degli eventi. “Prima di un terremoto importante – spiega Luca Malagnini, Dirigente di Ricerca dell’INGV e primo autore dello studio – le faglie possono comportarsi come superfici impermeabili, capaci di ostacolare il movimento dei fluidi nella crosta terrestre. Quando però una faglia, o un sistema di faglie, si attiva durante un forte terremoto, può cambiare comportamento e diventare un canale altamente permeabile, consentendo la migrazione dei fluidi crostali sia verticalmente sia lateralmente”.
Nello specifico del caso analizzato, la migrazione di CO₂ ad alta pressione, innescata dal terremoto di Amatrice del 24 agosto 2016, di magnitudo 6.0, potrebbe aver contribuito a indebolire le faglie vicine e a favorire altri eventi sismici come il terremoto di Norcia del 30 ottobre 2016, di magnitudo 6.5.
Fig 2 – I grafici (a) e (b) mostrano come è cambiato nel tempo un parametro che misura l’attenuazione delle onde sismiche (in sostanza, quanto si “smorzano” le vibrazioni del terremoto mentre viaggiano lungo i percorsi crostali) prima e durante la serie di forti scosse del Centro Italia del 2016. In nero sono indicate le misurazioni effettuate nella parte di roccia che si trova al di sopra del piano di faglia (il cosiddetto “tetto” della faglia, o hanging wall). In rosso sono indicate le misurazioni effettuate nella parte di roccia che si trova al di sotto del piano di faglia (il cosiddetto “muro” della faglia, o footwall). Nel pannello (a), la geometria della faglia di Amatrice viene utilizzata come riferimento per definire le aree del “tetto” e del “muro”, poiché questa geometria è molto simile a quella delle faglie che hanno generato i terremoti principali di Visso e Norcia. Nel pannello (b), la geometria della faglia di Amatrice viene usata fino a poco prima della scossa principale di Visso. Successivamente, si adotta la geometria della faglia di Capitignano. Si notano due marcati aumenti dell’attenuazione nella zona “sopra” la faglia (linea nera) poco prima della sequenza di Capitignano, etichettati come “1” e “2”. Questi aumenti indicano cambiamenti significativi nelle proprietà delle rocce della crosta terrestre. Il grafico (c) mostra l’attività sismica regionale nello stesso periodo. Gli eventi sismici utilizzati per calcolare il parametro di attenuazione sono un sottoinsieme di questo catalogo generale.
Gli autori della ricerca hanno notato che il comportamento appena descritto, che può produrre una serie di eventi di elevata magnitudo, è tipico delle grandi sequenze sismiche dell’Appennino Centrale (e forse dell’intero Appennino), e hanno evidenziato come l’analisi delle onde sismiche osservate durante la crisi del 2016-2017 possa aiutare a rilevare episodi di migrazione di fluidi ad alta pressione che avvengono nella crosta terrestre. In futuro, il monitoraggio delle variazioni temporali dei parametri che regolano la dissipazione dell’energia elastica trasportata delle onde sismiche potrebbe contribuire a migliorare la valutazione dell’evoluzione della pericolosità sismica, nello spazio e nel tempo, durante una sequenza sismica.
Fig 3 – Questo grafico illustra la distanza epicentrale, misurata dall’epicentro del terremoto principale di Amatrice del 24 agosto 2016, in funzione del “tempo ridotto” per tutti gli eventi i cui epicentri si trovano entro 5 km da una linea che definisce l’orientazione della faglia di Amatrice. Il “tempo ridotto” è definito come la radice quadrata del tempo trascorso (in giorni) dal terremoto principale di Amatrice del 24 agosto 2016. Nel grafico sono evidenziati: i tre principali terremoti della sequenza (Amatrice – AM, Visso – VI e Norcia – NO); il primo evento della sotto-sequenza di Capitignano (CA); due episodi significativi etichettati come “1” e “2” nella Figura precedente; alcuni allineamenti della sismicità: quelli che vanno dal basso verso l’alto rappresentano migrazioni della sismicità (indotte dalla diffusione di fluidi crostali ad alta pressione) che avvengono lungo il sistema di faglie in direzione Nord-Ovest (NW), mentre quelli che vanno verso il basso rappresentano migrazioni che vanno nella direzione opposta. Questo grafico aiuta gli scienziati a visualizzare come la sequenza sismica dell’Appennino Centrale si sia evoluta nello spazio e nel tempo: un elemento cruciale per comprendere la progressione dei fenomeni sismici nell’area. In particolare, è importante notare come le migrazioni che vengono innescate dal terremoto di Amatrice (AM) vadano verso gli epicentri di Visso (26/10/2016) e di Norcia (30/10/2016).
