By Ross Stein, Ph.D. and David Jacobson, M.Sc., Temblor
Translated by Angela Stallone (PhD candidate in Geophysics at the Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), Italy) and Giovanni Diaferia (PhD candidate in Geophysics at the University of Roma TRE, Italy)
In uno studio pubblicato sull’autorevole rivista Nature Geoscience, Isabelle Panet ed i suoi colleghi francesi mostrano la presenza di un’anomalia gravimetrica (variazione locale del campo gravitazionale rispetto al campo teorico) nell’arcipelago giapponese, qualche mese prima dal mega-terremoto di Tohoku di magnitudo 9. Ciò è emerso dall’analisi dei dati ottenuti dalla coppia di satelliti GRACE, lanciati nel 2002. Le anomalie registrate sono di gran lunga maggiori di quelle riferibili ai 7 anni precedenti il terremoto. I ricercatori hanno anche osservato un notevole cambiamento del segnale di gravità sia nel momento stesso del terremoto che nella fase post-sismica, come osservato precedentemente da altri ricercatori che hanno utilizzato i dati GRACE. Vista l’importanza e l’unicità del risultato, il lavoro di Panet et al. è stato a lungo e dettagliatamente esaminato, con test esaustivi e simulazioni. Questo non prova che sia corretto, ma neanche che sia del tutto sbagliato.
di Tohoku prima, durante e dopo la scossa sismica. mEötvös è l’unità di misura del gradiente gravitazionale terrestre, ovvero il cambiamento del vettore accelerazione di gravità tra due punti della superficie terrestre. ‘Pac’ indica la placca Pacifica, ‘PHS’ la placca del Mare delle Filippine ed ‘Eur’ indica la placca Europea. Nei primi due riquadri, le curve di livello indicano la profondità dello slab (porzione della placca in subduzione) ogni 200 km, ogni 100 km nel terzo riquadro. Da Panet et al., 2018, modificato.
I quattro interrogativi
Lo studio è riproducibile da altri? Un segnale di questo tipo può essere osservato anche per altri mega-terremoti, come quello di Sumatra nel 2004 (M=9.2), del Cile nel 2010 (M=8.8) o dell’Indonesia nel 2005 (M=8.6)? Un mega-terremoto avviene anche senza che si verifichi alcuna anomalia? I dati di GRACE potrebbero essere analizzati in tempo reale per identificare una forte scossa imminente? Se la risposta a queste domande è si, questa scoperta rappresenterebbe un notevole passo in avanti nella possibile previsione di eventi sismici. Si tratterebbe di un risultato finora mai raggiunto da alcun altro metodo. Non sarebbe impossibile e rappresenterebbe una vera rivoluzione, se si pensa alle implicazioni che avrebbe nella difesa da tsunami e terremoti.
Cosa viene misurato?
Un mega-terremoto è causato da una dislocazione di 20-60 m su di un piano di faglia poco inclinato, lungo centinaia o migliaia di km e largo centinaia di km. Ciò accade quando una placca oceanica scorre al di sotto di una placca continentale o di un arco insulare, un processo chiamato “subduzione”. Con il terremoto, la crosta sovrastante si ispessisce improvvisamente verso mare, causando un eccesso locale di massa. Se ti pesassi nelle vicinanze dell’epicentro (a mare) del terremoto di Tohoku, il tuo peso sarebbe maggiore rispetto a quello che avresti misurato prima dell’evento (il peso misurato, infatti, dipende dalla tua massa e quella della porzione di terra al di sotto dei tuoi piedi). A terra, invece, peseresti meno, in quanto qui la crosta si è assottigliata ed allungata. I satelliti GRACE identificano proprio queste ridistribuzioni di massa e fluidi misurando le conseguenti variazioni di gravità.
Quali implicazioni potrebbero avere queste osservazioni?
Al di là di questo lavoro di ricerca, sino ad ora le analisi empiriche sembrano suggerire che i grandi terremoti si originano e si propagano esattamente come quelli più piccoli ma, per ragioni ancora sconosciute, nel caso di eventi maggiori la frattura continua a propagarsi anziché interrompersi dopo un certo intervallo di tempo. La velocità di crescita della rottura lungo il piano di faglia è quasi la stessa per un terremoto di magnitudo M=7 e M=9, con l’unica differenza che nel primo caso il terremoto inizia a smorzarsi dopo circa 10 secondi, mentre nel secondo caso l’energia inizia ad esaurirsi solo dopo 60 secondi o più. Se è valido quanto sostenuto da Panet et al., allora questa visione del processo di rottura risulterebbe errata: i loro risultati, infatti, implicano che ci sono delle condizioni iniziali ben precise che tendono a promuovere il verificarsi di un evento molto più grande. Alcuni terremoti, insomma, sarebbero destinati fin dalla loro nucleazione ad evolvere in eventi più grandi.
Per raggiungere questi risultati è necessario un largo impiego di strumenti di trattamento del segnale (in alcuni casi, questi sono stati adattati all’orientazione e scala della zona di subduzione in esame, ecco perché la riproduzione indipendente di questi risultati da parte di altri ricercatori è fondamentale). Le piogge monsoniche asiatiche modificano la massa sulla superficie terrestre, così come l’accumulo o lo scioglimento di neve e ghiaccio, o le tempeste e le correnti che alterano la massa dell’oceano al largo: tutti questi segnali possono durare anche mesi e quindi devono essere completamente rimossi prima di analizzare il segnale. Quello che Panet et al. hanno osservato dopo aver opportunamente trattato i dati è che, pur essendoci un segnale monsonico residuo nella Cina orientale nelle mappe di agosto 2010 e febbraio 2011, si tratta comunque di anomalie più piccole e più isolate rispetto a quella che precede il terremoto di Tohoku, che invece persiste nel tempo. Sommando tutti i segnali relativi al periodo 2006-2009, Panet et al. mostrano come nessuna anomalia ha dimensioni paragonabili a quella precedente Tohoku. E quando analizzano un’area circoscritta all’anomalia del 2011, diventa ancor più chiaro quanto essa si distingua per dimensione ed intensità rispetto alle altre.
Se confermata, qual è la causa di tale anomalia?
Gli autori sostengono che lo slab (il piano di subduzione) si sia esteso fino al mantello terrestre e che questo avrebbe determinato un diffuso decremento della massa dello slab stesso (con conseguente anomalia gravimetrica). L’interpretazione fornita è dunque che la sorgente di tale gradiente di massa sia piuttosto dispersa e sia posta ad una profondità di gran lunga maggiore rispetto a quella della rottura effettiva che ha generato il terremoto. Questo spiegherebbe come mai l’anomalia risulti essere ancora più estesa del segnale cosismico. Inoltre, un’origine profonda della deformazione spiegherebbe come mai non sia stata rilevata dall’eccellente rete di monitoraggio GPS del Giappone. Solo una piccola anomalia è stata rilevata nei dati GPS prima del terremoto di Tohoku (Mavrommatis et al. 2014), ma è relativa al periodo di un decennio e dunque non sembrerebbe essere relativa al terremoto.
Cosa succede adesso?
A breve – forse entro un anno – sapremo se sarà stato un insuccesso, o se questo è l’inizio di un nuovo capitolo nella nostra comprensione dei grandi terremoti e, magari, della protezione della popolazione dagli eventi sismici. Le probabilità che ciò accada sono scarse, ma questo è tipico del mondo della scienza, ed è ciò che la rende eccitante.
Fonti
Mavrommatis, A. P., P. Segall, and K. M. Johnson (2014), A decadal-scale deformation transient prior to the 2011 Mw9.0 Tohoku-oki earthquake, Geophys. Res. Lett., 41, 4486–4494, doi:10.1002/2014GL060139.
M.-A. Meier, J. P. Ampuero, T. H. Heaton, The hidden simplicity of subduction megathrust earthquakes, Science 357, 1277–1281 (2017) 22 September 2017
Isabelle Panet, Sylvain Bonvalot, Clément Narteau, Dominique Remy and Jean-Michel Lemoine, Migrating pattern of deformation prior to the Tohoku-Oki earthquake revealed by GRACE data, Nature Geoscience | VOL 11 | MAY 2018 | 367–373