Gravimoti: la discussione continua (di Patrizio Petricca e Giuseppe De Natale)

Patrizio Petricca (Università Sapienza, Roma). Caro Gianluca, grazie per questa tua intervista che alimenta la discussione alla base della ricerca scientifica, importante sia tramite canali ufficiali (le riviste peer-reviewed) che, in qualche modo, su blog come questo. Condivido ciò che dice nel suo commento Giuseppe De Natale, che riprende un concetto di Popper, ovvero che la Scienza progredisce attraverso nuove proposte che spingono la comunità scientifica a chiarire meglio i concetti ed a trovare precisamente gli errori. Vedo con soddisfazione che l’argomento genera interesse e spero che in futuro il modello venga confutato o confermato da nuovi studi.

Il modello dei graviquakes, che tratto come autore o coautore in vari lavori, è spesso criticato sulla base del meccanismo di doppia coppia, che è un sistema di rappresentazione di forze non in contrasto con quanto previsto dal collasso gravitativo. Questo punto viene spesso sollevato e utilizzato come argomento a sfavore con “darebbe osservazioni diverse dal modello di doppia coppia”. Sarebbe interessante capire quali siano le differenze nelle osservazioni (sismologiche) di uno stesso risultato (scivolamento del tetto lungo la faglia) controllato però da due meccanismi differenti (accumulo di energia elastica o gravitazionale).

Non posso non notare, nel tuo post e nei commenti, una certa confusione tra la critica al modello generale e a uno dei suoi osservabili (o meglio al metodo utilizzato per evidenziarlo). Nell’articolo di Segall e Heimisson (2019), in effetti, si critica il metodo utilizzato per il calcolo del “volume unbalance” e si dimostra che per generare i valori di sollevamento/subsidenza descritti in Bignami et al. (2019) è sufficiente utilizzare una sorgente puntiforme (anche se con una discrepanza nei risultati del 20% che non è un valore trascurabile). Mi astengo dal commentare il metodo DinSAR poichè non conosco la materia. Il punto è che il risultato di Segall e Heimisson non confuta affatto il “volume unbalance” ma lo descrive a partire da un’ipotesi differente. Quanto discusso in quel lavoro si concentra su uno degli osservabili che il modello dei graviquakes cerca di giustificare teoricamente. Di conseguenza non vedo come il loro risultato possa perdipiù confutare (come confermi anche tu in un commento successivo) il modello generale. Il rasoio di Occam si applica quindi al volume unbalance, al metodo utilizzato per calcolarlo o al modello generale? Sono cose diverse.

Il mio commento non voleva però entrare nel merito del modello dei “graviquakes” (in quanto gia fatto da Carlo Doglioni nel post di risposta a questo tuo articolo). Piuttosto vorrei riportare, brevemente, alcune considerazioni che a me inducono a ragionare su un modello del ciclo sismico diverso (qualunque esso sia) e dubitare del convenzionale.

La teoria dell’elastic dislocation. Tu dici che, per descrivere il campo di deformazione generato da un forte terremoto questa teoria è comunemente accettata. Nel commento di De Natale leggo “La teoria della dislocazione elastica è estremamente generale, estremamente elegante e, in senso fisico-matematico, estremamente semplice. Le osservazioni fondamentali sono estremamente d’accordo con la teoria”. Quindi mi domando, la teoria della dislocazione elastica è il modello ultimo e abbiamo l’unico obiettivo di migliorarla e raffinarla? Approfondendo la letteratura al riguardo si hanno impressioni diverse. Ad esempio questa teoria è comunemente “utilizzata” (e non accettata) perchè, questo si, è “semplice”. La comunità dei ricercatori che si occupa di hazard sismico ne è consapevole, ed emerge chiaramente sia nei numerosi lavori che la criticano sia in quelli, altrettanto numerosi, che la utilizzano. Le osservazioni fondamentali non sono “estremamente” d’accordo con la teoria; tuttaltro. Questo si può leggere e approfondire in numerosi articoli scientifici (si vedano ad esempio Stein et al., 2012; Wyss, 2015; Geller et al., 2016). Gli osservabili non sono così in accordo con quanto previsto dal modello (rimando ancora alla risposta di Doglioni). Le difese appassionate di tale modello (elastico) non mancano anche se il suo utilizzo ha portato in passato a numerosi errori di previsione.

Ad ogni modo il mio commento a tutta la discussione è che, a prescindere se i gravimoti rappresentino o meno un nuovo paradigma, bisogna ammettere che nella letteratura si percepisce dell’incertezza sull’argomento, che porta a farsi domande e forse nasconde la necessità di una teoria alternativa. Ben venga il dibattito.

Bignami, C., Valerio, E., Carminati, E., Doglioni, C. and Tizzani, P. (2019). Volume unbalance on the 2016 Amatrice – Norcia (central Italy) seismic sequence and insights on normal fault earthquake mechanism. Scientific Reports, 9:4250.

Geller, R.J., Mulargia, F. and Stark., P.B. (2016). Why we need a new paradigm of earthquake occurrence. Subduction dynamics: From mantle flow to mega disasters, geophysical monograph 211, 183-191.

Segall P. and Heimisson, H.R. (2019). On the Integrated Surface Uplift for Dip-Slip Faults. Bulletin of the Seismological Society of America, 109 (6): 2738-2740.

Stein, S., Geller, R.J. and Liu, M. (2012). Why earthquake hazard maps often fail and what to do about it. Tectonophysics, 562, 1-25.

Wyss, M. (2015). Testing the basic assumption for probabilistic seismic‐hazard assessment: 11 failures. Seismological Research Letters, 86(5), 1405-1411.

 

Giuseppe De Natale (INGV, Napoli). Entro di nuovo nella discussione per commentare alcune affermazioni di Patrizio Petricca, sulle quali mi sento in dovere di fare delle precisazioni; che riguardano di fatto non la Sismologia ma il metodo scientifico.

So che sembra strano dover discutere di argomenti basilari che nella ricerca scientifica dovrebbero essere dati per scontati. Sembra però che negli ultimi anni il proliferare delle riviste scientifiche, e la stessa ossessione per le pubblicazioni come valore ‘metrico’ (vedi H-index), e non per il valore intrinseco di ciò che affermano, abbia portato spesso a dimenticare i concetti di base; che quindi vorrei qui ribadire.

Innanzitutto, non era mia intenzione, nel commento al post di Gianluca Valensise, scomodare Popper. Popper è nato nel 1902; le basi del metodo scientifico risalgono a molto prima (Occam è del 1300, Bacone del 1200; Galileo, pietra miliare del metodo scientifico, del 1600). La Scienza va avanti così, da sempre. E dunque voglio spiegare meglio, visto che non sembra essere stato ben compreso, il senso del mio commento.
La teoria della dislocazione elastica è una elaborazione fisico-matematica assolutamente universale, validata da tutte le osservazioni di qualunque tipo su qualsiasi materiale (anche quelli recenti di sintesi, polimeri, ecc.) che, entro certi limiti, abbia un comportamento molto vicino a quello di un solido elastico ‘ideale’. Poi, la teoria della dislocazione elastica viene applicata ‘anche’ per spiegare l’origine dei terremoti; ed anche qui non c’è mai stata alcuna ‘forte discrepanza’ che non possa essere motivata dalla non piena corrispondenza tra i materiali rocciosi dell’interno della Terra e i mezzi elastici ‘ideali’; colpisce semmai, come dicevo, l’incredibile corrispondenza con quanto realmente osservato anche in mezzi estremamente complessi.

Il senso del mio commento, necessariamente dai toni sfumati per il dovere di presupporre che certi concetti di base siano ben noti a tutti coloro che si occupano di ricerca, voleva puntualizzare appunto che non si può confutare una teoria ‘universale’, applicabile in innumerevoli ambiti, sulla base di ipotetiche piccole ‘deviazioni’, la cui significatività è tutta da dimostrare (e finora assolutamente indimostrata), che esisterebbero in un ambito estremamente ristretto (i terremoti di faglia normale). D’altra parte, il mio commento nell’ultima frase aggiungeva un’altra cosa che evidentemente non è stata compresa. Ossia che, a parte il ‘volume unbalance’ che, come si è detto, non è realmente misurabile con la precisione affermata, ma anche se lo fosse sarebbe ‘dimostrabilmente’ in accordo con i modelli di dislocazione elastica, non c’è alcuna osservazione fondamentale che il modello ‘graviquakes’ riesca a spiegare e la teoria della dislocazione elastica no.

D’altra parte, quando si afferma appunto (qualitativamente peraltro) che il modello ‘graviquakes’ produrrebbe dati sismologici equivalenti a quelli previsti dalla teoria della dislocazione elastica (sorvolo sul fatto che secondo me non è vero, nel senso che il modello ‘graviquakes’ non spiegherebbe molte osservazioni fondamentali), si sta esattamente dicendo che non ci sono implicazioni sostanzialmente differenti e tali da giustificare l’abbandono di una teoria universalmente validata ‘anche’ per i terremoti di faglia normale. E quindi, quali sarebbero i motivi per abbandonare un modello ancorato ad una teoria ‘universalmente riconosciuta’ in favore di qualcosa di diverso, valido solo in un ambito molto locale, che produrrebbe gli stessi osservabili?

Stavolta cito veramente Popper, e dico che un modello non ‘falsificabile’ non ha molto senso. E lo posso dire anche molto più semplicemente, come probabilmente lo spiegavano i filosofi del ‘200: affermare che la pioggia non è prodotta dalla condensazione del vapore acqueo che ricade dalle nuvole, ma il risultato del pianto di tanti angioletti invisibili e giammai rilevabili in alcun modo, non ha evidentemente senso. Questo discorso, ovviamente, non va assolutamente confuso con altri: tipo ‘previsione dei terremoti’, ‘ciclo sismico’, ‘determinazione della pericolosità sismica’.

Questi problemi, che nel post di Petricca sembrerebbero l’argomento principale di confutazione della teoria della dislocazione elastica (e difatti quasi tutta la letteratura portata ad esempio verte su tali questioni), sono di tutt’altra natura. Rappresentano infatti il nostro limite nella conoscenza e nella trattazione di fenomeni estremamente complessi come l’accumulo e la dissipazione di sforzi tettonici; oppure, nel caso delle stime di pericolosità, rappresentano scelte ‘convenzionali’ (ossia dettate dall’utilità e dagli scopi) per difenderci dai danni dei terremoti. Ma questi, che sono ‘modelli’ (empirici) nel senso stretto della definizione, non hanno nulla a che fare con la validità o meno della teoria della dislocazione elastica, che deriva invece dallo sviluppo di equazioni che descrivono il comportamento fondamentale dei solidi; né tantomeno possono metterla in discussione.

Che poi anch’io abbia letto su alcuni quotidiani (ed ascoltato personalmente in alcuni seminari, non senza essermi alzato per puntualizzare il mio dissenso scientifico), dopo alcuni forti terremoti recenti, che i massimi danni avverrebbero nella zona di abbassamento prodotta dalle faglie normali per effetti ‘gravitativi’, non voglio neanche commentarlo; da Sismologo (e da persona che si occupa di Scienza) preferisco dimenticarlo.
Spero stavolta di essermi espresso in maniera meno ‘sfumata’, in modo comprensibile a tutti.

Gravimoti: altri commenti (di Giuseppe De Natale e Roberto Devoti)

Giuseppe De Natale (INGV, Napoli). Caro Gianluca, sono perfettamente d’accordo con le tue argomentazioni, e sposo appieno le tesi di Segall e Heimisson. Ho letto anche la risposta di Carlo Doglioni, che è una difesa appassionata del modello proposto. E’ bello e giusto che un Ricercatore difenda ciò che crede corretto; è così che la Scienza progredisce: attraverso nuove proposte, per lo più errate, che spingono però la comunità scientifica a chiarire meglio i concetti ed a trovare precisamente gli errori.

E’ chiaro che non è possibile in questa sede trattare rigorosamente di Sismologia, che è una disciplina complessa e richiede una trattazione matematica molto avanzata. Potrei certamente commentare alcuni concetti espressi da Doglioni: ad esempio, le sue affermazioni sul fatto che in profondità non esistano sforzi tensionali ‘assoluti’ non aggiungono nulla al problema, in quanto ciò che conta nel modello di terremoto a doppia coppia sono gli sforzi deviatorici. E certamente il meccanismo di ‘collasso gravitativo’, in termini di meccanismo focale, darebbe osservazioni sismiche significativamente diverse dal modello a doppia coppia.

Ci sarebbe anche da discutere sul valore ‘assoluto’ dei dati positivi e negativi nelle immagini SAR; problema comunque superato in ogni caso dalle considerazioni contenute nel lavoro citato del BSSA. Ma il problema non è questo, che certamente non sarebbe affrontabile in questa sede. Il problema è quello in gran parte affrontato e chiarito appunto nel lavoro di Segall e Heimisson, e che tu hai giustamente richiamato in forma discorsiva/divulgativa. Nella sua forma più generale, esso è sintetizzato nelle frasi finali del lavoro citato, ma è molto più profondo: la Scienza è di per sè conservativa; quando si vuol proporre un nuovo modello per sostituire quello accreditato, è necessario prima di tutto che quello finora adottato sia chiaramente incapace di spiegare alcune osservazioni fondamentali; poi, che il nuovo spieghi perfettamente tutte le osservazioni pregresse, almeno come il vecchio modello, e in più spieghi le nuove.

La teoria della dislocazione elastica è estremamente generale, estremamente elegante e, in senso fisico-matematico, estremamente semplice. Le osservazioni fondamentali sono estremamente d’accordo con la teoria, entro i limiti delle approssimazioni implicite in fenomeni così complessi. Le stesse immagini SAR, da quando esistono, forniscono osservazioni incredibilmente in accordo con la teoria, sviluppata in mezzi puramente elastici, quindi ‘ideali’, pur riferendosi a mezzi, come le rocce terrestri, molto più complessi ed ‘imperfetti’. E’ qui il nocciolo della questione: non ha molto senso contestare un modello fisico-matematico semplice, elegante, ed universalmente in grado di spiegare le osservazioni principali in base a piccole differenze nelle osservazioni, che (se anche ci fossero) dipendono essenzialmente dal fatto che la teoria si riferisce necessariamente a modelli ‘ideali’ elastici che possono solo approssimare il comportamento del mezzo reale. In gergo, si direbbe che si vuole ‘interpolare il noise’, ossia dar peso a dettagli che non riguardano il problema fisico bensì gli errori, di misura o di approssimazione del modello.

Nel nostro caso, le osservazioni di dettaglio, dovute alla differenza tra il mezzo elastico ideale ed il mezzo ‘reale’, geologico, possono essere certamente localmente interessanti da analizzare, per i motivi più diversi: ma sono su un altro piano, non certo confrontabile con il modello fisico-matematico, universale, che spiega la sismicità di qualunque natura (perché non dimentichiamo che la teoria della dislocazione elastica non spiega soltanto la sismicità tettonica, a doppia coppia, ma quella dovuta ad ogni tipo di sorgente: comprese le esplosioni, che anzi, quelle nucleari, sono state la ragione principale del grande sviluppo della Sismologia tra gli anni ’60 ed ‘80). Tutto questo, Segall ed Heimisson l’hanno sintetizzato nella frase relativa al ‘Rasoio di Occam’ (dal nome del frate francescano che, già nel 1300, espresse uno dei più importanti principi che ancora oggi guidano la Scienza; e che consente di distinguere le vere ‘scoperte’ da semplici ipotesi ridondanti e non necessarie).

In conclusione, credo sia proprio la mancanza di reali implicazioni fondamentali del modello ‘graviquakes’ (termine anch’esso a mio avviso improprio, perché earthquake significa ‘moto della terra’, che è indipendente da come sia generato), significativamente diverse dal modello acclarato di dislocazione elastica, che a mio avviso ha fatto sì che finora, e con la sola eccezione di Segall e Heimisson, la comunità scientifica se ne sia di fatto disinteressata; anche nell’eventuale critica.

 

Roberto Devoti (INGV, Roma). Ho letto con attenzione i vari interventi: la questione mi sembra importante perché riguarda i fondamenti dell’avanzamento della conoscenza. Mi sento di riportare solo una breve considerazione che non ho visto rimarcata con il dovuto rilievo.

La pubblicazione di Segall e Heimisson, 2019, una nota breve apparentemente marginale nel corpo della letteratura scientifica e con la pretesa di commentare una pubblicazione specifica sull’argomento “gravimoto” (Bignami et al., 2019), nasconde in realtà una vera e propria chicca scientifica, una piccola scoperta che lascia stupiti anche gli esperti del settore. Gli autori, Paul Segall un professore di geofisica all’Università di Stanford ed Elías Heimisson uno studente brillante appena dottorato, hanno ricavato una formula matematica semplice nella sua struttura ma che esprime una legge di conservazione fondamentale, sconosciuta finora ai libri di testo in sismologia.

Nell’ambito della teoria della dislocazione elastica, la formula quantifica il disavanzo di volumi spostati della crosta terrestre in caso di terremoto, cioè la differenza tra il volume sollevato e quello abbassato. Esprime cioè la deformazione della superficie terrestre indotta dai terremoti nell’ipotesi che la crosta terrestre sia assimilabile ad un materiale comprimibile ed elastico. Tale deformazione è spazialmente simmetrica solo in casi molto particolari (faglie verticali) e dalla misura di tale asimmetria si possono ricavare informazioni sulla sorgente causale del terremoto. Questa deformazione risulta ora misurabile con tecniche satellitari (ad es. InSAR) e quindi la formula di Segall & Heimisson appare ancor più preziosa permettendo di mettere alla prova la teoria.

Cosa prevede dunque la formula di Segall & Heimisson per il terremoto di Norcia 2016? Un semplice calcolo, assumendo valori medi dei parametri elastici per la crosta terrestre, rivela che il disavanzo di volumi è negativo e vale -0.08 km3. Il lavoro di Bignami et al., 2019 riporta un valore misurato con tecniche InSAR del disavanzo pari a -0.1 km3. La differenza tra teoria e misura è del 20%, uno scarto assai piccolo considerando che le ipotesi di partenza sono estremamente semplificate. Questo semplice risultato permette a Segall & Heimisson di suggerire la lex parsimoniae di Ockham per rigettare (per ora) le teorie alternative che si pongono in contrapposizione alla dislocazione elastica.

 

Gravimoti: alcuni commenti all‘intervista di Valensise (di Carlo Doglioni)

Riceviamo da Carlo Doglioni questo commento, che pubblichiamo come contributo indipendente, all’intervista a Gianluca Valensise
https://terremotiegrandirischi.com/2019/12/17/gravimoti-un-nuovo-paradigma-intervista-a-gianluca-valensise/
 
Carlo Doglioni, geologo, è professore di geodinamica all’Università Sapienza di Roma dal 1997. Dal 2009 al 2014 è stato presidente della Società Geologica Italiana; dal 2009 è membro dell’Accademia dei Lincei e dal 2011 dell’Accademia dei XL. Dal 27 aprile 2016 è presidente dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia.

La teoria del rimbalzo elastico è stata una grande innovazione all’inizio del secolo scorso. Questo modello assumeva l’ipotesi che le faglie sismogenetiche fossero “prevedibili” nel loro comportamento e che tendessero alla rottura in modo simile e con la stessa magnitudo in un ciclo potenzialmente infinito. Questa assunzione, indistinta per gli ambienti tettonici estensionali, compressivi o trascorrenti, si è dimostrata poco attinente alla realtà più complessa del ciclo sismico.
I terremoti estensionali hanno per esempio un certo numero di differenze rispetto a quelli compressivi che non possono essere spiegate se non con meccanismi genetici diversi.

Sono stato revisore dell’articolo di Segall & Heimisson (BSSA, 2019) e quindi parlo con conoscenza di causa. Gli autori travisano il comportamento elastico della crosta superiore con l’energia elastica accumulata nell’intersismico negli ambienti estensionali, che non c’è, quantomeno quella necessaria al rimbalzo elastico.

Uno dei principali osservabili “accantonato” nella teoria del rimbalzo elastico, considerato invece nel modello dei gravimoti, è la distribuzione dello stress con la profondità. Notoriamente, negli ambienti estensionali, lo stress massimo è all’incirca verticale e parallelo al carico litostatico. Quello che nel modello del rimbalzo elastico, e di conseguenza anche nell’articolo di Segall & Heimisson non funziona clamorosamente è l’assumere che la crosta sia soggetta ad un tiro estensionale: ciò è falso perché sotto 1 km circa di profondità, la crosta è in compressione anche negli ambienti estensionali perché il carico litostatico si ripartisce nel volume e va ad annullare ed invertire la componente orizzontale negativa (estensione) dello stress minimo, che diventa positivo e quindi necessariamente compressivo.

Schermata 2019-12-19 alle 11.12.48
Questa condizione, nota anche nei libri di testo, previene ogni possibilità di avere un tiro orizzontale (con stress minimo, cioè il sigma 3, negativo) che possa generare un rimbalzo elastico. Il carico litostatico aumenta di circa 25-27 MPa/km e sotto 1 km anche il sigma minimo diventa positivo, cioè compressivo: si legga per esempio Twiss & Moores, “Structural Geology” pag 190-191:

Schermata 2019-12-19 alle 11.13.15

Note that the plot of minimum values of sigma3 in Figure 10.5A indicates that actual tensile stresses (negative values of the normal stress) cannot exist below a depth of about 1 km. In fact, tensile stresses have not been measured within the Earth at all.

Figure 10.5A Il sigma minimo (3) sotto 1 km è sempre positivo (compressivo), anche negli ambienti estensionali.

Schermata 2019-12-19 alle 11.13.28

Fig. 9.20 Orientation of the most critically stressed Griffith crack under applied confined compression. The crack is closed, and the orientation of the most criticallynstressed crack falls in the range 45°<b°<90°. A local tensile stress concentration develops near, but not at, the crack tips and is maximum at an angle d°>0°. The local tensile stress maximum sigma1 is oriented such that the crack grows progressively toward parallelism with d1. Crack growth must be accommodated by frictional sliding on the closed part of the crack surface. 

Nel modello dei gravimoti, la crosta superiore ha una reologia sostanzialmente elastica, ma questo non è il punto: il modello di Okada, per esempio, non è messo in discussione dai gravimoti, perché si riferisce alla deformazione modellabile una volta assunto un piano di una certa dimensione e con un determinato slip in un mezzo elastico. Tutto ciò rimane valido e verificato. Il punto nodale è la forza che ha generato il movimento: l’energia sprigionata dai terremoti è accumulata nei volumi e le faglie rilasciano la componente elastica che viene dissipata durante lo slip.
Un’altra mistificazione dei gravimoti è che non generino la doppia coppia: questa è garantita dallo scivolamento lungo il piano di faglia normale e quindi lo shear relativo è rappresentabile come una doppia coppia. Non è dunque un argomento che possa mettere in discussione il modello dei gravimoti. La doppia coppia non ha nulla a che vedere con i volumi ma è un sistema di rappresentazione delle forze, che non è in contrasto con lo scivolamento del tetto della faglia dovuto alla gravità e non a un tiro orizzontale.

Le differenze tra gli ambienti tettonici compressivi ed estensionali sono numerose:

  • Il b-value della Gutenberg-Richter a scala globale è 1.1 per le faglie normali, mentre è 0.9 per i sovrascorrimenti (Schorlemmer et al., 2005): infatti i terremoti estensionali hanno magnitudo anche di due gradi inferiori.
  • La magnitudo massima, di conseguenza è minore per i terremoti estensionali (raramente supera i 7.5) rispetto ai terremoti compressivi che sappiamo arrivare almeno a M 9.5.
  • Nella crosta, i volumi coinvolti dalla tettonica estensionale e di conseguenza la lunghezza delle faglie per i terremoti estensionali hanno una lunghezza che è circa 3 volte lo spessore sismogenetico per gli ambienti estensionali, mentre può superare le 25 volte in quelli compressivi.
  • Gli aftershock durano molto di più per le faglie normali e quindi la legge di Omori ha un esponente diverso per la durata delle sequenze estensionali. Questo è coerente col fatto che i volumi si muovono in favore di gravità negli ambienti distensivi e continuano a muoversi finché non raggiungono il proprio equilibrio gravitazionale, esattamente il contrario degli ambienti compressivi in cui i volumi devono muoversi contro la gravità.
  • Un’altra asimmetria tra terremoti estensionali e compressivi, a parità di magnitudo, è lo stress drop che è maggiore per i terremoti compressivi rispetto a quelli estensionali (si veda Cocco & Rovelli, 1989, JGR).
  • Gli eventi compressivi si enucleano preferibilmente in aree a basso sigma3 (carico litostatico), mentre gli eventi estensionali aumentano di magnitudo con la crescita del sigma1 (carico litostatico), oltre ad avere una migrazione della rottura spesso opposta; si veda Carminati et al. (2004).
  • Il comportamento dei fluidi nel cosismico è opposto tra i due sistemi tettonici (Doglioni et al., 2014); i fluidi sono contenuti nelle fratture e la loro espulsione necessita la chiusura di queste discontinuità formatesi precedentemente nell’intersismico. A questo proposito l’aumento del rapporto Vp/Vs conforta questa interpretazione (Lucente et al. 2010). Pre-, ma soprattutto rialzi cosismici delle falde, aumento della portata delle sorgenti, dei contenuti salini e delle temperature sono stati ampiamente documentati e questi rilasci di fluidi necessitano il restringimento della porosità di frattura preesistente (Barberio et al., 2017; Petitta et al., 2018, ecc.).

Negli articoli sui gravimoti (https://www.nature.com/articles/srep12110), al di là della terminologia e classificazione per identificare fenomeni diversi della natura, così come avviene per la tassonomia delle piante, l’energia rilasciata dal collasso gravitazionale è enormemente superiore a quella liberata dalle onde sismiche: questo ha un doppio significato, cioè 1) l’energia gravitazionale è di gran lunga maggiore rispetto a quella rilasciata dalle onde sismiche ed è quindi più che sufficiente per mobilizzare i volumi a tetto delle faglie normali e generare terremoti estensionali e 2) l’energia in eccesso spiega la deformazione tramite piegamento e fratturazione del volume a tetto (e in parte anche a letto) dei piani di faglia, e il calore di frizione.

Veniamo ai volumi dilatati nell’intersismico negli ambienti estensionali che sono previsti da tutte le modellazioni numeriche al di sopra della transizione fragile-duttile (per esempio Doglioni et al., PEPI 2011). Il rimbalzo elastico necessita di un rimbalzo cosismico prevalente orizzontale, mentre in realtà il movimento dominante è verticale. In un ambiente estensionale il volume comprime verso il basso e può ‘richiudere’ almeno parzialmente il cuneo pre-dilatato durante l’intersismico.

Le rocce fratturate hanno un coefficiente di Poisson minore rispetto a quelle non fratturate. Inoltre il coefficiente di Poisson dipende dalla temperatura e dalla pressione che aumentano con la profondità. Proprio per le proprietà meccaniche, le rocce sovracompresse possono accumulare molta più energia elastica di quanto ne possano accumulare in trazione. Le rocce si fratturano in estensione con un’energia almeno 10 volte inferiore a quella necessaria in contrazione. Anche questo implica una profonda differenza di comportamento meccanico tra le due condizioni tettoniche e di resistenza alla deformazione. Le rocce, una volta fratturate perdono gran parte della loro elasticità. Il paradosso che non esiste trazione negli ambienti estensionali perché tutti e tre i tensori di sforzo sono compressivi è superato dallo stress deviatorico, che agisce in maniera differenziale tra il livello fragile e quello duttile, avendo strain-rate diversi per la loro reologia opposta. Quindi il volume extra che subisce la subsidenza cosismica è naturalmente maggiore negli ambienti estensionali perché va a riprendersi il volume dilatatosi nell’intersismico, ma ciò vale all’opposto anche per gli ambienti compressivi che nel cosismico dilatano invece il volume sovracompresso nell’intersismico a tetto della rampa del sovrascorrimento e che sfogano l’energia, muovendo un volume maggiore verso l’alto (in atmosfera o in mare), senza confinamento, piuttosto che nel sottosuolo.

Segall & Heimisson travisano il contenuto dell’articolo di Bignami et al. 2019 ignorando le basi della geodinamica. Il loro modello assume, come già in Okada, un semispazio elastico infinito isotropico, senza considerare la transizione fragile duttile alla base, condizioni abbastanza irrealistiche. Il modello di Segall & Heimisson non spiega inoltre dove vada a finire il volume mancante in sollevamento. Il loro articolo dice che il volume mancante è un artificio della finitezza del dominio di integrazione, senza escludere che i volumi siano differenti e che per dirimere la questione sia necessario trattare in maniera più approfondita gli errori di misura e di metodo. Inoltre confermano la geometria superficiale in funzione della dislocazione, come già dimostrato da Okada.

Bignami et al. (2019), ma anche Valerio et al. (2018), dimostrano invece che con una tecnica oramai consolidata e di grande risoluzione in termini di minimizzazione dell’errore, c’è uno sbilanciamento di volumi oltre 7 volte maggiore per il volume abbassatosi, che è plausibile solo se vi è un volume pre-dilatato in profondità in grado di assorbire questa grande differenza di massa non riconciliabile con ritiri elastici istantanei. Bignami et al. dimostrano che la deformazione gravitazionale di un mezzo elastico non corrisponde necessariamente a una sorgente energetica di energia elastica.

Segall & Heimisson utilizzano una sorgente puntiforme certamente non in grado di raggiungere la raffinatezza che viene ottenuta oramai dai dati SAR. E’ utile ricordare che l’utilizzo del rimbalzo elastico, che loro invocano, e di ciò che ne consegue (terremoto caratteristico e relativi tempi di ritorno) hanno portato in passato a numerosi errori di valutazione.

Che i graviquakes siano ancora poco accettati è certamente vero, ma ciò non significa che siano sbagliati e rimane il fatto che almeno una decina di riviste internazionali e loro revisori ne hanno ‘promosso’ le evidenze e la modellazione. Qualcuno inoltre inizia a considerare la sismicità estensionale come legata principalmente alla gravità: si veda per esempio Thomson & Parson (2017, PNAS).

In questo breve commento ho omesso per brevità gli ambienti trascorrenti che sono controllati dall’elasticità del mezzo e del rapporto tra la frizione statica del volume crostale con la frizione statica sui piani di faglia, piani che possono essere molto numerosi (si veda la recente sequenza di Ridgecrest 2019, dove sono state mappate oltre 200 faglie attivatesi durante i due mainshock). Solo quando la tettonica trascorrente diventa transtensiva, la componente elastica deve sommarsi alla componente gravitazionale, diminuendo mano a mano che da transtensione si passa a estensione pura.

Vale la pena aggiungere alcuni chiarimenti sulla metodologia utilizzata, a riprova della inesatta analisi dei dati riportati nel citato Bignami et al. 2019, sia da parte di Segall & Heimisson che dal commento di Valensise, e del fatto che il metodo è del tutto corretto. Se si osserva la mappa dei punti che ricadono nell’intervallo -3cm/+3cm (figura in basso) si evince che tale intervallo di deformazioni è praticamente distribuito su tutta la mappa, ad esclusione delle are in subsidenza e sollevamento causate dal terremoto del 2016:

Schermata 2019-12-19 alle 11.13.43

L’analisi statistica di questi dati ci dice che questi punti (sono 663533) con deformazione compresa tra -3 e +3 cm hanno valor medio pari a 0.4437 cm, il che significa che l’immagine, globalmente, ha un bias verso l’alto di circa 4.4 mm che, in quanto tale, non incide sulla differenza tra volumi in sollevamento e volumi in subsidenza.

Schermata 2019-12-19 alle 11.13.51

Se sommiamo le deformazioni dei punti (algebricamente e con bias incluso) si ottiene uno spostamento totale di superficie (ERRATO perché c’è un bias) pari a: 0.00258 km3 (ancora al di sotto del 20% di sottostima). Ma questo conto è errato, proprio per il bias sopracitato, altrimenti dovremmo pensare che si è sollevata mezza Italia tutta insieme. Rimuovendo in modo del tutto corretto il bias, che è indifferente rispetto al calcolo volume up/down relativo, si ottiene un numero ben diverso: -1.02222E-06 km3.
Questo conferma che le misure SAR sono assolutamente affidabili e accurate, molto più di un estremante semplice modello puntiforme proposto da Segall & Heimisson.

L’articolo di Valensise contiene anche altre inesattezze relativamente alla presunta deformazione verso l’Adriatico, dedotte da fonti che presumiamo siano diverse dall’articolo di Bignami et al. 2019. I dati di quest’ultimo mostrano che la deformazione si assesta intorno allo zero man mano che ci si allontana dall’epicentro verso est:

Schermata 2019-12-19 alle 11.14.00

Zoomando nella parte più a est si nota che la deformazione è entro la fascia -3/+ 3 cm di tolleranza, con tendenza anche in abbassamento:

Schermata 2019-12-19 alle 11.14.10
D’altra parte la citata figura 5 tratta da Bignami et al., è ben lontana dalla zona costiera, e non dà informazioni rispetto a cosa succede allontanandosi dell’area epicentrale.

Si fa notare che il SAR non è “cieco” in quel range -3/+3 cm, che è semplicemente la fascia di incertezza per questa specifica mappa fatta con questi specifici dati, un rumore sulla misura che non ci consente di discriminare tra deformazione certamente positiva e certamente negativa, motivo per cui sono state utilizzate tali soglie. Infine, a riprova della scarsa attenzione prestata nella lettura, i dati usati da Bignami et al. 2019, non sono dei satelliti Sentinel dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), bensì del satellite ALOS2, dell’Agenzia Spaziale Giapponese.

Per concludere chiediamoci: negli ambienti estensionali la forza accumulata è dunque l’energia elastica di trazione che non esiste, o è invece la componente gravitazionale che è certa? Questa seconda naturale interpretazione non inficia lo slip in un mezzo elastico. Anche una molla che cade rilascia energia gravitazionale.

Il rasoio di Occam è un percorso mentale utilissimo, ma non può essere un alibi per omettere i dati di fatto. Anzi, Il rasoio di Occam è a favore della energia gravitazionale che sicuramente esiste, in quanto non richiede l’esistenza della trazione elastica che sarebbe una forza aggiuntiva per gli ambienti estensionali.

Carlo Doglioni

Barberio, M.D., Barbieri, M., Billi, A., Doglioni, C., Petitta, M., 2017. Hydrogeochemical changes before and during the 2016 Amatrice-Norcia seismic sequence (central Italy). Scientific Reports, 7, 11735, doi:10.1038/s41598-017-11990-8, https://www.nature.com/articles/s41598-017-11990-8

Barberio M.D., Gori F., Barbieri M., Billi A., Devoti R., Doglioni C., Petitta M., Riguzzi F., Rusi S. 2018. Diurnal and semidiurnal cyclicity of Radon (222Rn) in groundwater, Giardino Spring, central Apennines, Italy. Water, 10, 1276; doi:10.3390/w10091276. https://www.mdpi.com/2073-4441/10/9/1276

Bignami C., Valerio E., Carminati E., Doglioni C., Tizzani P. 2019. Volume unbalance on the 2016 Amatrice – Norcia (central Italy) seismic sequence and insights on normal fault earthquake mechanism. Scientific Reports, 9:4250 | https://doi.org/10.1038/s41598-019-40958-z

Carminati E., Bignami C., Doglioni C., Smeraglia L., 2020. Lithological control on multiple surface ruptures during the 2016-2017 Amatrice-Norcia seismic sequence. Journal of Geodynamics, in press. doi.org/10.1016/j.jog.2019.101676

Carminati E., Doglioni C. & Barba S. (2004): Reverse migration of seismicity on thrusts and normal faults. Earth Science Reviews, 65, 195–222.

Cocco M. & Rovelli A., 1989. Evidence for the Variation of Stress Drop Between Normal and Thrust Faulting Earthquake in Italy. J. Geophys. Res. 94, B7, 9399-9416.

Doglioni C., Barba S., Carminati E. Riguzzi F., 2015. Fault on-off versus strain rate and earthquakes energy. Geoscience Frontiers 6, 265-276, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.gsf.2013.12.007

Doglioni C., Barba S., Carminati E. Riguzzi F., 2014. Fault on-off versus coseismic fluids reaction. Geoscience Frontiers, v. 5, issue 6, pp. 767–780, doi.org/10.1016/j.gsf.2013.08.004

Doglioni C., Carminati E., Petricca P., Riguzzi F. 2015 Normal fault earthquakes or graviquakes. Scientific Reports, 5, 12110 doi:10.1038/srep12110. https://www.nature.com/articles/srep12110

Doglioni, C., Barba, S., Carminati, E. & Riguzzi, F. 2011. Role of the brittle-ductile transition on fault activation. Phys. Earth Planet. Int., 184, 160–171, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031920110002384

Liberatore, D., Doglioni, C., Al Shawa, O., Atzori, S., Sorrentino, L. 2018. Effects of coseismic ground vertical motion on masonry constructions damage during the 2016 Amatrice-Norcia (Central Italy) earthquakes. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 120 (2019) 423–435, https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2019.02.015

Lucente, F.P., De Gori, P., Margheriti, L., Piccinini, D., Di Bona, M., Chiarabba, C., Piana Agostinetti, N., 2010. Temporal variation of seismic velocity and anisotropy before the 2009 Mw 6.3 L’Aquila earthquake, Italy. Geology 38 (11), 1015e1018. http://dx.doi.org/10.1130/G31463.1.

Moro, M., Saroli, M., Stramondo, S., Bignami, C., Albano, M., Falcucci, E., Gori, S., Doglioni, C., Polcari, M., Tallini, M., Macerola, L., Novali, F., Costantini, M., Malvarosa, F. and Wegmüller, U., 2017. New insights into earthquake precursors from InSAR. Scientific Reports, 7, 12035, doi:10.1038/s41598-017-12058-3, https://www.nature.com/articles/s41598-017-12058-3

Petitta M., Mastrorillo L., Preziosi E., Banzato F., Barberio M.D., Billi A., Cambi C., De Luca G., Di Carlo P., Di Curzio D., Di Salvo C., Nanni T., Palpacelli S., Rusi S., Saroli M., Tallini M., Tazioli A., Valigi D., Vivalda P., Doglioni C., 2018. Water table and discharge changes associated with the 2016-2017 seismic sequence in central Italy: hydrogeological data and conceptual model for fractured carbonate aquifers. Hydrogeology Journal, https://doi.org/10.1007/s10040-017-1717-7

Petricca P., Barba S., Carminati E., Doglioni C., Riguzzi F. 2015. Graviquakes in Italy. Tectonophysics, 656, 202–214, doi:10.1016/j.tecto.2015.07.001

Petricca, P., Carminati, E., Doglioni, C. and Riguzzi, F., 2018. Brittle-ductile transition depth versus convergence rate: impact on seismicity. Physics of the Earth and Planetary Interior, doi.org/10.1016/j.pepi.2018.09.002

Petricca P., Carminati E. and Doglioni C., 2019. The Decollement Depth of Active Thrust Faults in Italy: Implications on Potential Earthquake Magnitude. Tectonics, 38. https://doi.org/10.1029/ 2019TC005641

Plastino W., Panza G.F., Doglioni C., Frezzotti M.L., Peccerillo A., De Felice P., Bella F., Povinec P.P., Nisi S., Ioannucci L., Aprili P., Balata M., Cozzella M.L., Laubenstein M., 2011. Uranium groundwater anomalies and active normal faulting. J Radioanal Nucl Chem, 288, 101–107.

Riguzzi, F. Crespi, M., Devoti, R., Doglioni, C. Pietrantonio, G. and Pisani, A.R., 2012. Geodetic strain rate and earthquake size: New clues for seismic hazard studies. Physics of the Earth and Planetary Interiors 206-207, 67–75, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031920112001264

Riguzzi F., Crespi M., Devoti R., Doglioni C., Pietrantonio G., Pisani A.R., 2013. Strain rate relaxation of normal and thrust faults in Italy. Geophysical Journal International. doi: 10.1093/gji/ggt304

Schorlemmer, D., Wiemer, S. & Wyss, M. 2005. Variations in earthquake-size distribution across different stress regimes. Nature 437, 22.

Segall P. & Heimisson E.R., 2019. On the Integrated Surface Uplift for Dip‐Slip Faults. Bulletin of the Seismological Society of America (2019) 109 (6): 2738-2740.
https://doi.org/10.1785/0120190220

Smeraglia L., Bernasconi S.M., Berra F., Billi A., Boschi C., Caracausi A., Carminati E., Castorina F., Doglioni C., Italiano F., Rizzo A.L., Uysal T., Zhao X-J. 2018. Crustal-scale fluid circulation and co-seismic shallow comb-veining along the longest normal fault of the central Apennines, Italy. Earth Planet. Sci. Lett., 498, 152-168, https://doi.org/10.1016/j.epsl.2018.06.013.

Thompson, G. A. & Parsons, T. 2017. From coseismic offsets to fault-block mountains. PNAS 114, 9820–9825, https://doi.org/10.1073/pnas.1711203114 (2017).

Valerio, E. Tizzani, P., Carminati, E., Doglioni C., 2017. Longer aftershocks duration in extensional tectonic settings. Scientific Reports, 7, 16403 doi:10.1038/s41598-017-14550-2, https://www.nature.com/articles/s41598-017-14550-2

Valerio, E., Tizzani, P., Carminati, E., Doglioni, C., Pepe, S., Petricca, P., De Luca, C., Bignami, C., Solaro, G., Castaldo, R., De Novellis, V. and Lanari, R. 2018. Ground Deformation and Source Geometry of the 30 October 2016 Mw 6.5 Norcia Earthquake (Central Italy) Investigated Through Seismological Data, DInSAR Measurements, and Numerical Modelling. Remote Sensing, 10, 1901, doi:10.3390/rs10121901, https://www.mdpi.com/2072-4292/10/12/1901

Gravimoti: un nuovo paradigma? (intervista a Gianluca Valensise)

Gianluca Valensise, del Dipartimento Terremoti, INGV, Roma, è sismologo di formazione geologica.Dirigente di ricerca dell’INGV, è autore di numerosi studi sulle faglie attive in Italia e in altri paesi. In particolare è il “fondatore” della banca dati delle sorgenti sismogenetiche italiane (DISS, Database of Individual Seismogenic Sources: http://diss.rm.ingv.it/diss/).  Ha dedicato oltre 30 anni della sua carriera a esplorare i rapporti tra tettonica attiva e sismicità storica, con l’obiettivo di fondere le osservazioni geologiche con l’evidenza disponibile sui grandi terremoti del passato.
Da qualche anno è emerso, nel panorama geo-sismologico italiano, il termine “gravimoti”: gli abbiamo chiesto di commentare l’origine e il significato.

Da qualche anno abbiamo cominciato a sentire parlare di “gravimoti”, in alcuni casi come alternativa al termine “terremoti”. Ci puoi riassumere da dove nasce questa idea e a cosa si riferisce?

Si tratta di un concetto totalmente nuovo per la Sismologia e abbastanza complesso. La parola “gravimoti” è stata coniata da Doglioni e coautori in un articolo pubblicato sull’autorevole rivista Scientific Reports nel 2015. In genere si ritiene che i terremoti siano generati dal rilascio di energia elastica accumulata nel corso di secoli o millenni. Secondo questi autori, invece, nelle aree del globo sottoposte a estensione crostale, come ad esempio nel nostro Appennino, la maggior fonte di energia disponibile è rappresentata dalla forza di gravità. Ne consegue che le faglie estensionali, che in geologia si chiamano anche faglie normali, sono caratterizzate da un meccanismo di accumulo e dissipazione di energia diverso rispetto a quello di altri contesti geodinamici, come quelli compressivi e trascorrenti, nei quali l’energia elastica consente il movimento dei blocchi posti ai due lati di una faglia anche contro la forza di gravità.

Doglioni e coautori ritengono quindi che i terremoti per faglia normale seguano un meccanismo completamente diverso dal modello ideale dello elastic rebound, o rimbalzo elastico, teorizzato da Harry Fielding Reid nel 1910 sulla base di osservazioni della faglia che aveva generato il grande terremoto di San Francisco del 1906. E poiché ritengono che i terremoti per faglia normale siano dominati dalla gravità, questi autori propongono di definirli graviquakes – traducibile appunto con “gravimoti” in italiano – mentre tutti gli altri terremoti sarebbero degli elastoquakes, termine traducibile in “elastomoti”.

Come è stato recepito questo paradigma dagli altri ricercatori? E come se ne può dimostrare la validità oltre ogni ragionevole dubbio?

A essere onesti, a oggi i graviquakes non hanno ricevuto un’accoglienza entusiastica da parte della comunità scientifica, nonostante che nel frattempo i loro fondamenti teorici siano stati ripresi da Petricca et al. nel 2015. Le critiche principali vengono dagli esperti di meccanica delle rocce, che ritengono non derogabile il meccanismo noto come doppia-coppia che è alla base del calcolo dei meccanismi focali di tutti i terremoti.

Esiste in effetti un modo relativamente semplice per verificare l’ipotesi dei graviquakes. Un normale terremoto causato dall’accumulo e dal successivo improvviso rilascio di energia elastica causa il sollevamento di alcune porzioni della regione interessata dalla fagliazione e lo sprofondamento di altre. Poiché nel processo di generazione di un terremoto non c’è aggiunta o rimozione di volumi rocciosi, e poiché le rocce che formano la litosfera hanno una compressibilità limitata, il volume delle rocce di cui il terremoto – o meglio il movimento della faglia sismogenetica – ha causato lo sprofondamento deve necessariamente essere molto simile al volume delle rocce che ne sono state sollevate. Secondo gli autori citati questo non è però vero per i graviquakes, i quali, essendo dominati dalla forza di gravità, determinano uno sprofondamento di entità molto superiore al sollevamento, causando nel contempo l’espulsione di fluidi profondi ospitati in fratture preesistenti.

In un articolo pubblicato nel 2019 [1], sempre su Scientific Reports, Bignami e coautori hanno analizzato se questa ipotesi sia stata verificata dalla sequenza di Amatrice, Norcia e Visso del 2016, culminata con la scossa di magnitudo 6.5 del 30 ottobre 2016: una serie di terremoti che hanno causato deformazioni molto importanti della superficie topografica – nella Piana di Castelluccio è stato misurato uno sprofondamento massimo dell’ordine di circa un metro – e che sono state registrate da una moltitudine di strumenti e sensori di diversa natura (si veda in proposito la Figura 5 dell’articolo in questione):

Fig.5 Bignami

per la spiegazione si veda qui:
https://www.nature.com/articles/s41598-019-40958-z/figures/5.

In particolare Bignami e coautori hanno analizzato i dati di interferometria differenziale – DInSAR nella letteratura in lingua inglese – forniti dalla costellazione di satelliti europei Sentinel. Questi consentono di misurare con precisione la forma della superficie del pianeta e le sue eventuali variazioni tra passaggi successivi del satellite sulla stessa zona, cosa che alle nostre latitudini avviene con una frequenza media di una volta ogni 3-5 giorni. Le variazioni misurate, opportunamente processate, consentono di rappresentare con straordinaria precisione e con grande risoluzione spaziale gli effetti in superficie del movimento della faglia sismogenetica, incluse le eventuali deformazioni pre- e post-sismiche, ma anche di studiare la dinamica di vulcani attivi, l’evoluzione di grandi corpi franosi, e persino le deformazioni del suolo causate dall’estrazione o immissione di fluidi profondi.

Ebbene, secondo i calcoli di Bignami e coautori il movimento delle faglie che hanno generato i tre terremoti principali (24 agosto, 26 ottobre e 30 ottobre 2016) ha causato lo sprofondamento di un volume di circa 0,120 km3, mentre la somma delle porzioni crostali sollevate non supera i 0,016 km3 (si veda la Figure 7 dell’articolo):

Fig. 7 Bignami

https://www.nature.com/articles/s41598-019-40958-z/figures/7.

Gli autori concludono che il terremoto ha causato un volume unbalance di circa 7,5 volte, in accordo con quanto previsto dalla teoria dei graviquakes. Come ha scritto Carlo Doglioni in un blog divulgativo della Sapienza [2], questo risultato “… getta nuova luce e conferme sul ruolo della forza di gravità nei terremoti”; lo stesso Doglioni ha poi aggiunto che “…Prossimo obiettivo è la caccia ai volumi crostali in cui lungo l’Appennino vi siano zone dilatate, pronte a generare un futuro evento sismico”. Da quest’ultima affermazione consegue che, se l’esistenza dei graviquakes fosse confermata, i sismologi disporrebbero di un nuovo metodo per prevedere i terremoti a breve e medio termine, ancorché solo nelle aree sottoposte a tettonica estensionale (a riguardo ricordo che i terremoti estensionali sono largamente dominanti nel contesto geodinamico italiano). Una applicazione sistematica di questo metodo potrebbe consentire, se non proprio di prevedere i terremoti, quantomeno di identificare “zone di attenzione” prioritarie.

 Dunque i manuali di geofisica e di sismologia sono da riscrivere?

Come ho già detto, la comunità scientifica nazionale è rimasta abbastanza fredda sui graviquakes, ma finora non ha espresso le proprie perplessità con pubblicazioni su riviste peer-reviewed, le uniche adatta ad ospitare un eventuale contraddittorio. Però la scienza è globale, e a maggior ragione lo sono i meccanismi che presiedono alla generazione dei terremoti. E così, a sorpresa, due ricercatori di oltre-Atlantico hanno recentemente deciso di impugnare le conclusioni di Bignami et al. e confutare la tesi di fondo dei graviquakes. Si tratta di Segall e Heimisson, dell’Università di Stanford in Californa, che in un breve ma concettoso articolo apparso sul Bulletin of the Seismological Society of America, una storica rivista considerata molto autorevole dai sismologi, discutono a tutto campo le conclusioni degli autori dell’articolo in questione.

Come prima cosa richiamano uno storico lavoro di Ward del 1986, nel quale si argomenta sul fatto che i volumi crostali mobilitati da un forte terremoto non devono necessariamente azzerarsi tra sollevamento e subsidenza: o meglio, prima o poi lo faranno, ma nell’immediato del verificarsi del terremoto è normale che si riscontri un certo disequilibrio – a favore della subsidenza nei regimi estensionali e a favore del sollevamento in quelli compressivi – proprio in virtù del fatto che la porzione più profonda della crosta terrestre ha un comportamento essenzialmente viscoelastico. In altre parole, la reologia delle rocce che formano la crosta terrestre è tale da rendere accettabile un modesto e transitorio volume unbalance.

Ma la critica principale ai risultati di Bignami e coautori riguarda il metodo utilizzato da questi ricercatori per i loro calcoli. Va premesso che secondo la teoria della elastic dislocation, comunemente accettata per descrivere il campo di deformazione generato da un forte terremoto, nel caso di una faglia normale la subsidenza si presenta concentrata in una depressione allungata come la faglia sismogenetica e poco più lunga della faglia stessa: un’area lunga intorno ai 20 km nel caso del terremoto del 30 ottobre 2016, nella quale, come ho già ricordato, sono stati registrati sprofondamenti fino a un metro circa. Viceversa, l’evidenza sperimentale rappresentata dall’andamento dei dati satellitari mostra che il sollevamento interessa una zona molto più grande, che nel caso in questione arriva fino alla costa adriatica, con valori assoluti che si riducono progressivamente da un massimo di 15 cm circa fino a zero (si veda sempre quanto mostrato nella Figure 5 di Bignami e coautori).

Segall e Heimisson fanno intanto notare che i calcoli sono stati effettuati in modo improprio: in particolare, sono state omesse tutte le aree dove il sollevamento misurato con la tecnica DInSAR dà un valore compreso tra +3 cm e -3 cm. Si tratta di una scelta obbligata, perché il sensore del satellite Sentinel è “cieco” per differenze di valore inferiore a 3 cm, ma che per le ragioni che ho ricordato poco sopra porta a sottovalutare drasticamente il volume della porzione del campo di dislocazione in cui i dati satellitari mostrano un sollevamento. Fanno poi notare che se i volumi fossero stati calcolati correttamente, cioè tenendo conto anche di quella zona molto ampia in cui il sollevamento registrato non è risolvibile con la tecnica usata, il volume unbalance dovrebbe ridursi ad un 20% circa; e concludono che, stando così le cose, i dati DInSAR del terremoto del 30 ottobre resterebbero pienamente compatibili con quanto previsto dalla classica elastic dislocation theory e con quanto asserito da Ward nel 1986.

Segall e Heimisson concludono la loro analisi con una frase che deve far riflettere sull’uso dei dati scientifici per promuovere o confutare una nuova teoria scientifica:

We do not claim that the elastic dislocation model is unique. Occam’s razor, however, suggests that a simpler, well-tested theory (elastic dislocation theory) should be preferred.

Credo che questa chiosa interpreti bene l’accoglienza abbastanza fredda fino ad oggi riservata ai graviquakes dalla comunità sismologica, prima nazionale e ora anche internazionale. Per parte mia posso solo osservare che applicando la metodologia di analisi proposta da Bignami e coautori al caso di faglie inverse, come quelle che hanno generato i terremoti del 20 e 29 maggio 2012 nella Bassa modenese – peraltro analizzati proprio da Bignami e coautori nel 2012 – probabilmente si otterrebbe lo stesso risultato, ma a parti invertite: si misurerebbe principalmente del sollevamento, e la subsidenza apparrebbe del tutto subordinata. Un risultato di questo tipo mostrerebbe senza necessità di ulteriori prove che il volume unbalance di quasi un ordine di grandezza invocato da Bignami e coautori è un artefatto del metodo di calcolo utilizzato, non una proprietà intrinsca del nostro pianeta, e renderebbe inveitabile riconsiderare i fondamenti della teoria dei graviquakes.

La parola torna ora a coloro che hanno inizialmente proposto l’esistenza dei graviquakes, nella speranza che accettino il suggerimento di usare i terremoti del 2012 per capire se quello che stanno vedendo e ipotizzando per la zona di Norcia – e per tutte le faglie normali in giro per il pianeta – è una reale e importante novità scientifica, o se si tratta solo di un artefatto modellistico.

[1] https://www.nature.com/articles/s41598-019-40958-z

[2] https://www.uniroma1.it/it/notizia/terremoti-del-centro-italia-dove-e-il-volume-fantasma

 

Nota: una risposta di Carlo Doglioni alle considerazione di Gianluca Valensise è stata pubblicata qui

https://terremotiegrandirischi.com/2019/12/19/gravimoti-alcuni-commenti-allintervista-di-valensise-di-carlo-doglioni/

 

 Bibliografia citata

Bignami C., P. Burrato, V. Cannelli, M. Chini, E. Falcucci, A. Ferretti, S. Gori, C. Kyriakopoulos, D. Melini, M. Moro, F. Novali, M. Saroli, S. Stramondo, G. Valensise e P. Vannoli (2012). Coseismic deformation pattern of the Emilia 2012 seismic sequence imaged by Radarsat-1 interferometry, Annals of Geophysics, 55, 789-795, ISSN: 1593-5213, doi: 10.4401/ag-6157.

Bignami C., E. Valerio, E. Carminati, C. Doglioni, P. Tizzani, e R. Lanari (2019). Volume unbalance on the 2016 Amatrice-Norcia (Central Italy) seismic sequence and insights on normal fault earthquake mechanism, Sci. Rep. 9, no. 1, 4250.

Doglioni C., E. Carminati, P. Petricca, e F. Riguzzi (2015). Normal fault earthquakes or graviquakes. Sci Rep 2015;5:12110. https://doi.org/10.1038/srep12110, 2015.

Petricca P., S. Barba, E. Carminati, C. Doglioni, e F. Riguzzi F. (2015). Graviquakes in Italy. Tectonophysics, 656(12):202–2014. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2015.07. 001.

Segall P., e H. R. Heimisson (2019). On the Integrated Surface Uplift for Dip-Slip Faults. Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. XX, No. XX, pp. –, – 2019, doi: 10.1785/0120190220

Reid H. F. (1910). The mechanics of the earthquake, The California earthquake of April 18, 1906. Report of the State Investigation Commission (Carnegie Institution of Washington, Washington, D.C., 1910).

Ward S. N. (1986). A note on the surface volume change of shallow earthquakes, Geophys. J. Int. 85, no. 2, 461–466.

 

La colpa è dei modelli di pericolosità sismica? (di Massimiliano Stucchi)

Premessa. In questi giorni si discutono problemi ben più gravi e urgenti. Tuttavia l’apparizione di un articolo, su l’Espresso, che approfitta della ricorrenza del terremoto di Amatrice del 2016 per gettare discredito sul modello di pericolosità sismica corrente e sulle norme dello Stato, utilizzando fake news e argomenti inconsistenti mi ha mandato in bestia.

Ce lo si poteva aspettare. Cosa meglio di una ricorrenza di un terremoto (Amatrice, 2016) e delle sue vittime per tornare a accusare terremoti e sismologia? Dopo L’Aquila c’era stato addirittura un processo (anzi, più di uno; uno – civile – ancora in corso, al quale sono stato convocato per testimoniare in settembre, senza spiegazione alcuna, dalla parte che accusa lo Stato e chiede risarcimenti). Continua a leggere

Do seismic hazard models kill? (by Massimiliano Stucchi)

Introduction. The appearance of an article, on the weekly magazine L’Espresso (http://espresso.repubblica.it/plus/articoli/2019/08/26/news/terremoto-calcoli-sbagliati-1.338128?ref=HEF_RULLO&preview=true), which took advantage of the 2016 Amatrice earthquake anniversary to discredit the Italian seismic hazard model and the national building code, based on it, using fake news and inconsistent arguments made me angry.
What follows is a comment written for the benefit of the international readers.
The original version in Italian which can be found here (https://terremotiegrandirischi.com/2019/08/27/la-colpa-e-dei-modelli-di-pericolosita-sismica-di-massimiliano-stucchi/), which can easily be translated by means of the improved https://translate.google.com/.

Continua a leggere

Tutti sulla stessa faglia: un’esperienza di riduzione del rischio sismico a Sulmona. Intervista a Carlo Fontana

Carlo Fontana è un ingegnere meccanico che vive a Sulmona, e quindi nei pressi di una delle faglie appenniniche più pericolose: quella del Morrone. Lavora nel settore industriale e fino al 2009 non ha considerato il rischio sismico come rilevante nella sua vita. Con lui abbiamo discusso della sua esperienza di riduzione della vulnerabilità sismica della sua casa e di impegno pubblico sul tema della prevenzione nel suo territorio.

Ci racconti come era – dal punto di vista sismico – l’edificio in cui vivevi ?

L’edificio in questione è la casa paterna di mia moglie, che abbiamo deciso di ristrutturare dopo il matrimonio per renderla bifamiliare. Era composto da un nucleo originario in muratura calcarea tipica della zona, primi anni del 900, a cui è stato affiancato un raddoppio negli anni  ‘60 con muratura in blocchi di cemento semipieni. Solai in profili metallici e tavelle, scala in muratura e tetto in legno. E’ stata danneggiata e resa parzialmente inagibile dai terremoti del 7 e 11 maggio 1984. Nel 2008 era ancora in attesa del contributo per un intervento di riparazione progettato a ridosso del sisma.

Fig01

Qual è stata la molla che è scattata per indurti a rivedere il progetto relativo alla tua abitazione? Continua a leggere

Dopo i terremoti: alloggi provvisori e ricostruzione consapevole (di Renato Fuchs)

Da varie settimane si assiste a un crescendo di proteste per i ritardi con cui vengono portati avanti i piani di ricostruzione dei paesi colpiti dai terremoti del 2016, il cui numero si è esteso a seguito degli eventi del gennaio 2017. Di recente, lo stesso Commissario Straordinario Vasco Errani ha sostenuto che poco è stato fatto.
E’ bene precisare, tuttavia, che si tratta di ritardi riferiti alla fase di assistenza post-terremoto, e non di ricostruzione vera e propria, della quale non si conoscono ancora i piani definitivi.
Abbiamo posto alcune domande a Renato Fuchs, di Eucentre, che ha svolto un importante ruolo organizzativo nell’ambito del “Progetto CASE” (L’Aquila, 2009) ed è ora responsabile del sistema informativo di supporto alla gestione delle necessità di assistenza alla popolazione a seguito delle recenti emergenze in Centro Italia, realizzato in collaborazione con il Dipartimento della Protezione Civile (DPC).

Con quali strumenti è stata gestita la fase di prima assistenza, per assicurare ai terremotati un alloggio provvisorio dopo il periodo trascorso nelle tendopoli?
Ai cittadini colpiti dagli ultimi terremoti sono state offerte le seguenti forme di assistenza:
– Container collettivi: sono soluzioni “ponte” tra le tende e le altre sistemazioni, consistenti in edifici prefabbricati di grandi dimensioni, in ciascuno dei quali vengono ospitate 20-30 persone;
– CAS (Contributo di Autonoma Sistemazione): un contributo economico mensile alla famiglia che intenda alloggiare a proprie spese. L’importo dipende dal numero di componenti il nucleo famigliare e dalla presenza nello stesso di anziani, disabili o portatori di handicap. Tale importo, inizialmente fissato in 200 euro a persona al mese, è stato aumentato a partire dal 15 novembre 2016 a 300 euro a persona;
– Alloggio in strutture ricettive: è stata stipulata una convenzione con le associazioni di categoria, in base alla quale per ogni giornata di presenza di un cittadino presso una struttura ricettiva, viene riconosciuto alla stessa un importo di 40, 35 o 25 euro in funzione del trattamento ricevuto (rispettivamente pensione completa, mezza pensione o camera e colazione);
– SAE (Soluzioni Abitative di Emergenza): sono edifici prefabbricati, realizzati dalle ditte che si sono aggiudicate nel 2014 una gara CONSIP, di diverse metrature in funzione della numerosità del nucleo familiare, generalmente “a schiera”. Le tempistiche per la loro disponibilità dipendono anche dall’individuazione delle aree e dalla realizzazione dei necessari lavori di fondazione e di urbanizzazione;
– MAPRE (Moduli Abitativi Provvisori Rurali Emergenziali): si tratta di edifici prefabbricati singoli, installati in prossimità di stalle o fattorie, destinati ad ospitare gli allevatori/agricoltori che abbiano la necessità di rimanere vicini ai propri luoghi di lavoro. Continua a leggere

Terremoti e faglie nell’Appennino centrale, tra prevedibilità e sorprese (di Gianluca Valensise)

Gianluca Valensise, sismologo di formazione geologica, dirigente di ricerca dell’INGV, è autore di numerosi studi sulle faglie attive in Italia e in altri paesi. In particolare è il “fondatore” della banca dati delle sorgenti sismogenetiche italiane (DISS, Database of Individual Seismogenic Sources: http://diss.rm.ingv.it/diss/).
Qualche settimana fa ha rilasciato una intervista sul potenziale sismico della faglia del Gorzano, interessata dai terremoti del 18 gennaio 2017, i cui contenuti non coincidevano esattamente con il comunicato del Dipartimento della Protezione Civile (DPC), che riassumeva il parere della Commissione Grandi Rischi (CGR).
La materia è complessa e le valutazioni sul potenziale sismogenetico di una faglia, prima e dopo un evento sismico importante, sono particolarmente difficili. Abbiamo chiesto a Gianluca di offrirci il suo punto di vista, per aumentare la nostra capacità di comprensione, senza per questo volerlo porre in contrapposizione ad altri pareri, in particolare a quelli “ufficiali”.

Gli eventi del 18 gennaio 2017 non possono essere analizzati a prescindere dalla sequenza di eventi iniziata il 24 agosto 2016. Qual’è la tua opinione su questa sequenza, lunga e dolorosa?

La mia opinione, che dettaglierò meglio nella risposta alla domanda seguente, è che le sequenze lunghe e articolate siano una caratteristica connaturata con l’essenza stessa dell’Appennino. Le rocce che formano la crosta terrestre al di sotto dell’Appennino sono sempre sotto tensione, più o meno “cariche” e più o meno vicine al punto di non ritorno, ovvero al terremoto. Ma il terremoto può accadere “in un’unica soluzione”, come avvenne ad esempio in Irpinia nel 1980, quando una devastante scossa di magnitudo prossima a 7.0 fu seguita da un corteo di repliche trascurabile rispetto a quello che abbiamo visto negli ultimi sei mesi, o può avvenire per scosse successive di dimensioni grossolanamente confrontabili, come è successo con i tre terremoti di Amatrice (24 agosto, M 6.0), Visso (26 ottobre, M 5.9), e Norcia (30 ottobre, M 6.5: si veda l’immagine allegata); i quali, tra l’altro, hanno rilasciato una energia complessiva che è ancora inferiore a quella rilasciata dal solo terremoto del 1980.

Valensise_sequenza 2016-2017

Distribuzione delle scosse principali (magnitudo 5.4 e superiori) della sequenza del 2016-2017. L’immagine è stata tratta dal sito INGVTerremoti ed è aggiornata al 23 gennaio scorso: risultano quindi in piena evidenza le quattro forti scosse del 18 gennaio e le successive repliche (https://ingvterremoti.wordpress.com/2017/01/23/sequenza-in-italia-centrale-aggiornamento-del-23-gennaio-ore-1100/).

Continua a leggere

Terremoti e grandirischi: ci risiamo? (di M. Stucchi)

Una doverosa premessa: di seguito commento quanto letto su “social” e stampa, fonti che – come è noto – devono essere prese con il beneficio di inventario.

Il 18 gennaio 2017 alcuni terremoti di media magnitudo hanno interessato la zona a sud di Amatrice, già in parte colpita dalla sequenza sismica iniziata il 24 ottobre 2016, nella quale si trova il bacino d’acqua di Campotosto. Ai terremoti è seguita la valanga che ha sepolto l’hotel Rigopiano.
Il 20 gennaio si è riunita la Commissione Grandi Rischi, organo consultivo del Dipartimento della Protezione Civile (DPC) che – secondo le procedure in uso dopo la ridefinizione dei suoi compiti seguita alla vicenda aquilana del 2009 – ha rilasciato le proprie valutazioni mediante un verbale destinato a DPC. Continua a leggere