By Angela Stallone (Dottoranda in Geofisica presso l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)), and Giovanni Diaferia (Dottorando in Geofisica presso l’Università di Roma TRE)
Una faglia sotto la lente di ingrandimento
Nello studio dei terremoti, il luogo in cui si conducono gli esperimenti può essere molto diverso da quello di un laboratorio di chimica. È questo il caso di installazioni conosciute col nome di Near Fault Observatories (NFOs), costituite da una fitta rete di sensori nelle vicinanze di una faglia sismicamente attiva. Attraverso un continuo monitoraggio da vicino, questi osservatori all’avanguardia forniscono un’elevata mole di dati di alta qualità che possono contribuire a migliorare la conoscenza circa la formazione dei terremoti.
TABOO: un progetto multidisciplinare
Un esempio recente di questo tipo è TABOO, un sito di monitoraggio nell’Italia centrale [Chiaraluce et al., 2014]: qui un gruppo di scienziati dell’INGV (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia) sta monitorando la faglia Alto Tiberina, una discontinuità che si estende per circa 60 km negli Appennini settentrionali. Osservata per la prima volta alla fine degli anni ’90, si tratta di una faglia normale che immerge dolcemente in direzione nord-est.
Come molti altri esempi di faglie a basso angolo, la sua natura è piuttosto enigmatica ed il meccanismo di rilascio dell’energia sismica non risulta ancora del tutto chiaro: la faglia può rilasciare lo stress accumulato o repentinamente attraverso un terremoto o mediante uno scorrimento lento e continuo di tipo asismico (creep in inglese). L’analisi dei terremoti storici (eventi di elevata intensità avvenuti in passato e la cui memoria è legata a fonti scritte) relativi all’area dell’Alto Tiberina ha messo in luce tre principali eventi distruttivi, avvenuti nel 1352, 1751 e nel 1781 (indicati in rosso in Figura 3). Quest’ultimo, noto come “il terribile terremoto di Cagli”, per cui è stata stimata una magnitudo Mw 6.4, causò circa 300 morti. Le fonti testimoniano che il numero maggiore di vittime si ebbe in diverse chiese tra Cagli e Piobbico, in quanto il sisma colpì le città mentre molti cittadini erano a messa. Più recentemente, due sono i maggiori terremoti che hanno colpito l’area: l’evento di magnitudo Mw 5.2 con epicentro a Gubbio nel 1984 e l’evento di magnitudo Mw 5.1 con epicentro a Gualdo Tadino nel 1998 (in blu in Figura 3). In definitiva, sia i terremoti storici che quelli recenti evidenziano l’elevata attività sismica nella regione. E’ dunque fondamentale monitorare l’area attigua alla faglia dell’Alto Tiberina, dato che quest’ultima potrebbe innescare in futuro nuovi e disastrosi eventi sismici.
La strumentazione di TABOO è costituita da una fitta rete di sismometri, ricevitori GPS e stazioni geochimiche ed elettromagnetiche. Una tale installazione multidisciplinare fornisce un’immagine estremamente dettagliata della faglia Alto Tiberina e della relativa attività sismica, un indubbio vantaggio ai fini della valutazione del rischio sismico nell’area. Infatti, i terremoti sono il risultato di meccanismi che si verificano a scale diverse, che vanno dalla spinta delle placche tettoniche su larga scala a processi specifici di una determinata area. Ad esempio, nell’Italia centrale, la circolazione di fluidi in profondità sembra avere un’influenza significativa sull’attività sismica [Miller et al., 2004; Antonioli et al., 2005; Lombardi et al., 2010].
In cinque anni (2010-2014), i sismografi del progetto TABOO hanno registrato circa 44.000 terremoti, molti di questi di magnitudo bassa o medio-bassa (ML < 2). Un numero così elevato di eventi individuati è stato reso possibile grazie al continuo monitoraggio da parte delle numerose stazioni sismiche e quindi alla migliorata capacità della rete nel registrare anche le magnitudo più basse. Oltre a fornire un ricco catalogo di eventi, TABOO ha restituito dati di qualità estremamente elevata, assicurando, per esempio, una precisione senza precedenti nella localizzazione degli ipocentri dei terremoti [Latorre et al., 2016].
Le sezioni centrali mostrano gli ipocentri dei terremoti registrati, mentre quelle in basso raffigurano gli ipocentri e le faglie identificate: a sinistra, gli eventi allineati illuminano la faglia Alto Tiberina; a destra, la disposizione dei terremoti rivela la presenza di faglie normali ausiliarie a quella Alto Tiberina (la principale tra queste è quella di Gubbio). Da Valoroso et al. [2017], modificato.
Messa a fuoco
L’elevato numero di dati di alta qualità restituiti da TABOO ha permesso di conoscere dettagli della faglia Alto Tiberina prima sconosciuti, un risultato molto simile alla messa a fuoco di un’immagine inizialmente poco nitida. Gli scienziati hanno infatti potuto determinare le caratteristiche principali del sistema della faglia Alto Tiberina analizzando la distribuzione dei terremoti di magnitudo inferiore adesso localizzati con maggiore precisione. Infatti, i terremoti più piccoli ma più numerosi contribuiscono ad illuminare le strutture tettoniche nel sottosuolo, evidenziandone la disposizione spaziale relativa. In tal modo, i ricercatori possono valutare la possibilità che il sistema di faglie in esame possa generare terremoti più grandi ma, fortunatamente, più rari.
Nel caso dell’area monitorata da TABOO, la maggior parte dei terremoti sono stati registrati a bassa profondità, rivelando l’esistenza di faglie normali ausiliarie a quella Alto Tiberina (Figura 3, profili a destra). I dati inoltre suggeriscono che la dislocazione sismica lungo tali faglie potrebbe essere facilitata dalla circolazione di fluidi profondi (responsabili della riduzione della resistenza meccanica delle rocce coinvolte). Solo una piccola parte (circa il 10%) della sismicità rilevata è localizzata lungo la faglia Alto Tiberina e sembra essere ascrivibile al meccanismo di rilascio dello stress di tipo creep. Tuttavia, lungo una faglia caratterizzata da un tale processo tettonico dominante, non è esclusa la possibilità che si abbia un terremoto di magnitudo relativamente elevata. Tenendo conto della lunghezza della faglia e dei volumi di crosta terrestre coinvolti, i ricercatori hanno stimato che la faglia Alto Tiberina possa generare eventi di magnitudo massima pari a Mw 7.2.
Tali evidenze dimostrano che la faglia Alto Tiberina e il sistema di faglie ad essa associato costituiscono un’area tettonica estremamente complessa, in cui il rilascio dello stress tettonico avviene sia per dislocazione sismica che attraverso il meccanismo di creep. Queste osservazioni sono cruciali ai fini della valutazione del rischio sismico di questa regione, in quanto ne evidenziano il potenziale sismogenetico.
Riferimenti
Antonioli, A., Piccinini, D., Chiaraluce, L., & Cocco, M. (2005). Fluid flow and seismicity pattern:
Evidence from the 1997 Umbria-Marche (central Italy) seismic sequence. Geophysical Research
Letters, 32(10).
Chiaraluce, L., Amato, A., Carannante, S., Castelli, V., Cattaneo, M., Cocco, M., … & Marzorati, S.
(2014). The Alto Tiberina Near Fault Observatory (northern Apennines, Italy). Annals of
Geophysics, 57(3).
Lombardi, A. M., Cocco, M., & Marzocchi, W. (2010). On the increase of background seismicity
rate during the 1997–1998 Umbria-Marche, central Italy, sequence: Apparent variation or
fluid-driven triggering?. Bulletin of the Seismological Society of America, 100(3), 1138-1152.
Miller, S. A., Collettini, C., Chiaraluce, L., Cocco, M., Barchi, M., & Kaus, B. J. (2004). Aftershocks
driven by a high-pressure CO2 source at depth. Nature, 427(6976), 724-727.
Latorre, D., Mirabella, F., Chiaraluce, L., Trippetta, F., & Lomax, A. (2016). Assessment of earthquake locations in 3‐D deterministic velocity models: A case study from the Altotiberina Near Fault Observatory (Italy). Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 121(11), 8113-8135.
Valoroso, L., Chiaraluce, L., Di Stefano, R., & Monachesi, G. (2017). Mixed‐Mode Slip Behavior of the Altotiberina Low‐Angle Normal Fault System (Northern Apennines, Italy) through High‐Resolution Earthquake Locations and Repeating Events. Journal of Geophysical Research: Solid Earth.