Le sorgenti sismiche della sequenza di Amatrice-Visso-Norcia: cosa ci suggerisce la tomografia sismica
Tratto da INGV
La sequenza sismica che tra il 2016 e il 2017 ha colpito il centro Italia, culminata nei terremoti di Amatrice (Mw 6.1), Visso (Mw 5.9) e Norcia (Mw 6.5), rappresenta uno dei casi di studio più importanti della sismologia moderna. A distanza di quasi dieci anni, l’area tra Lazio, Abruzzo, Marche e Umbria continua a essere sismicamente attiva: sebbene oggi prevalgano eventi di bassa magnitudo, la loro persistenza indica che la crosta terrestre sta ancora rilasciando energia lungo il sistema di faglie.
Subito dopo il terremoto di Amatrice, l’INGV e il British Geological Survey hanno installato una rete sismica temporanea molto densa in area epicentrale. Questa rete ha registrato decine di migliaia di terremoti, fornendo un patrimonio di dati senza precedenti per ricostruire la geometria delle faglie e comprendere i processi che governano l’evoluzione delle sequenze sismiche.
L’enorme quantità di segnali ha reso impossibile un’analisi manuale completa dei sismogrammi. Sebbene questa pratica sia tuttora utilizzata sia dai sismologi in turno h24 nella Sala di Sorveglianza Sismica dell’INGV sia dagli analisti sismologi del Bollettino Sismico Italiano (BSI) [1], si è deciso di utilizzare un codice di analisi automatico per identificare i tempi di arrivo delle onde sismiche P e S ottenendo così, in tempo quasi reale, un dataset di dati pressoché completo (Spallarossa et al., 2021). Oggi questi approcci sono ulteriormente potenziati dall’intelligenza artificiale, che consente di riconoscere un numero sempre maggiore di terremoti e di analizzarli con precisione crescente.
I tempi di arrivo delle onde P e S sono stati utilizzati per realizzare la tomografia sismica, una tecnica analoga alla TAC medica. Invece dei raggi X si sfruttano le onde generate dai terremoti, che attraversano la crosta terrestre con velocità diverse in funzione delle proprietà delle rocce. L’analisi di migliaia di percorsi sismici permette di ottenere un’immagine tridimensionale del sottosuolo, evidenziando zone con velocità elevate o ridotte rispetto a un valore medio.
Combinando le velocità delle onde P e S è possibile stimare anche il coefficiente di Poisson (ν), un parametro che fornisce indicazioni sullo stato fisico delle rocce: valori maggiori di 0.30 sono generalmente associati a rocce fratturate e ricche di fluidi, mentre valori più bassi caratterizzano rocce compatte e rigide con un basso contenuto di fluidi.
La complessità del sistema di faglie
Un primo risultato riguarda la geometria del sistema di faglie. Una faglia normale, come quelle attivate durante la sequenza sismica in centro Italia, può essere immaginata come una superficie inclinata lungo la quale avviene lo spostamento durante un terremoto. Nel caso della sequenza di Amatrice-Visso-Norcia, però, la sismicità mostra un sistema molto più complesso, formato da più segmenti con caratteristiche geologiche differenti.
La tomografia sismica ha permesso di ricostruire la distribuzione tridimensionale del coefficiente di Poisson (ν), ricavato dalle velocità delle onde sismiche P e S. Le immagini tomografiche (Figura 1) mostrano differenze significative tra le faglie di Amatrice e Norcia. Per la faglia di Amatrice il terremoto principale (mainshock) separa due settori con valori di ν molto diversi: verso Campotosto prevalgono valori bassi, mentre nella zona che ha subito il maggiore spostamento cosismico si osservano valori elevati. Anche per la faglia di Norcia, il terremoto del 30 ottobre 2016 e l’area di massimo scorrimento coincidono con una regione ad alto ν, mentre i valori più bassi si trovano a maggiori profondità.
Questi risultati suggeriscono che le aree dove si è concentrata la rottura sono caratterizzate dalla presenza di fluidi in sovrappressione, in grado di ridurre l’attrito e favorire lo scorrimento della faglia. Anche il terremoto di Visso del 26 ottobre 2016 ricade in una zona con alto ν.
Nel settore di Amatrice verso Campotosto (area dei terremoti del 18 gennaio 2017), invece, i bassi valori di ν potrebbero indicare che i fluidi siano stati espulsi durante il primo terremoto oppure riflettere un cambiamento della litologia. In effetti, proprio in quest’area la faglia attraversa il thrust dei Monti Sibillini, un’importante struttura tettonica che separa rocce carbonatiche da successioni di bacino, suggerendo che sia la presenza di fluidi sia la natura delle rocce abbiano influenzato l’evoluzione della sequenza sismica.
La tomografia sismica nel tempo: esistono anomalie di velocità che precedono i terremoti più importanti?
Uno degli aspetti più affascinanti della ricerca sismologica è verificare se la crosta terrestre mostri cambiamenti misurabili prima di un grande terremoto. A partire dal terremoto di Colfiorito del 1997, il nostro gruppo sviluppa la tomografia sismica “time-lapse” (o 4D), che ricostruisce l’evoluzione nel tempo delle proprietà fisiche delle rocce utilizzando i terremoti come sorgenti naturali.
Durante la sequenza di Amatrice-Visso-Norcia sono stati elaborati in tempo quasi reale i tempi di arrivo delle onde sismiche (Spallarossa et al, 2021), producendo una serie di modelli tomografici che descrivono l’evoluzione della faglia fino a pochi istanti prima del terremoto di Norcia (Mw 6.5). L’enorme quantità di dati ha reso l’analisi particolarmente complessa, ma ha permesso di osservare variazioni finora mai documentate con questo livello di dettaglio.
Le immagini (Figura 2a) mostrano che la porzione di faglia che sarebbe stata interessata dal maggiore scorrimento durante il terremoto del 30 ottobre 2016 è caratterizzata da un progressivo aumento della velocità delle onde P. Questo comportamento è interpretato come un aumento della rigidità (stiffening) della faglia durante la fase preparatoria. Nello stesso volume aumenta anche il rapporto tra le velocità delle onde P e S, indicando la presenza di fluidi in sovrappressione.
