Terremoti, la sismicità della Val Tiberina: intervista al prof. Mantovani, esperto di sismotettonica

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Ha suscitato molto interesse un nostro articolo riguardante la sismicità della Val Tiberina. Per approfondire la tematica, il geologo Giampiero Petrucci intervista il Prof. Enzo Mantovani, docente di Fisica Terrestre presso il Dipartimento di Scienze Fisiche, della Terra e dell’Ambiente dell’Università di Siena.

  • Prof. Mantovani, perché la Val Tiberina è così soggetta ai terremoti?

La catena Appenninica è attualmente sollecitata da forze tettoniche che ne determinano la progressiva deformazione.

Figura 1. Schema tettonico-cinematico dell’Appennino Settentrionale. Le frecce indicano i movimenti tettonici a scala regionale. Gli elementi tettonici estensionali sono graficati in rosso, quelli compressionali e trascorrenti in blu. L’estrusione laterale dell’Appennino settentrionale, diviso nei due “cunei” RMU (Romagna-Marche-Umbria) e TE (Toscana-Emilia), è causato dalla spinta (freccia grande bianca) della parte esterna della piattaforma Laziale-Abruzzese (LAE). La Val Tiberina, nord e sud, è identificata dalla sigla VTN e VTS (da Mantovani et alii, 2013)
Figura 1. Schema tettonico-cinematico dell’Appennino Settentrionale. Le frecce indicano i movimenti tettonici a scala regionale. Gli elementi tettonici estensionali sono graficati in rosso, quelli compressionali e trascorrenti in blu. L’estrusione laterale dell’Appennino settentrionale, diviso nei due “cunei” RMU (Romagna-Marche-Umbria) e TE (Toscana-Emilia), è causato dalla spinta (freccia grande bianca) della parte esterna della piattaforma Laziale-Abruzzese (LAE). La Val Tiberina, nord e sud, è identificata dalla sigla VTN e VTS (da Mantovani et alii, 2013)

Però questo processo, e le repentine fratture che di tanto in tanto lo accompagnano (terremoti), non si sviluppa in modo omogeneo su tutto il territorio, ma tende a concentrarsi in alcune zone di debolezza del sistema. In Toscana, l’Alta Val Tiberina, il Mugello e la Lunigiana-Garfagnana, sono gli esempi più evidenti di questo tipo di debolezze, come chiaramente dimostrato dalla distribuzione delle principali scosse storiche. Nella parte interna dell’Appennino settentrionale, le forze tettoniche hanno indotto sforzi estensionali, che in tempi geologici hanno generato “fosse” allungate parallelamente alla catena, come quelle corrispondenti alle tre zone sismiche sopra citate (Fig. 1). Ogni terremoto che avviene contribuisce ad allargare la fossa in oggetto, da pochi centimetri a oltre un metro, in funzione della magnitudo della scossa. Una descrizione dettagliata del quadro geodinamico/tettonico e delle deformazioni che sta subendo l’Appennino settentrionale è riportata nelle due pubblicazioni edite dalla Regione Toscana (Mantovani et alii , 2011, 2012) e in quella stampata di recente sia dalla Regione Toscana che dalla Regione Emilia-Romagna (Mantovani et alii, 2013). Tali pubblicazioni, inoltre, sono facilmente reperibili online all’indirizzo http://www.rete.toscana.it/sett/pta/sismica/01informazione/formazione/pubblicazioni/index.htm.

  • In riferimento alle valutazioni che il vostro gruppo di ricerca ha riportato nelle pubblicazioni suddette, si può dunque affermare che la Val Tiberina sia attualmente l’area potenzialmente più soggetta ai terremoti della Toscana? Quella in cui, rispetto ad altre zone, si svilupperà prima un forte terremoto?
Figura 2. Sismicità storica della Val Tiberina. In nero i principali elementi tettonici. I cerchi rossi rappresentano i terremoti avvenuti dopo l’anno 1000: la loro grandezza è proporzionale all’intensità sulla scala MCS. Il poligono contornato in blu, al cui interno è presente Città di Castello, rappresenta l’area entro cui potrebbe in futuro svilupparsi un terremoto con intensità fino al IX-X grado scala MCS (da Mantovani ed alii, 2012)
Figura 2. Sismicità storica della Val Tiberina. In nero i principali elementi tettonici. I cerchi rossi rappresentano i terremoti avvenuti dopo l’anno 1000: la loro grandezza è proporzionale all’intensità sulla scala MCS. Il poligono contornato in blu, al cui interno è presente Città di Castello, rappresenta l’area entro cui potrebbe in futuro svilupparsi un terremoto con intensità fino al IX-X grado scala MCS (da Mantovani ed alii, 2012)

Questo punto merita un chiarimento molto preciso, perché riguarda le giustificate preoccupazioni delle persone che vivono nella zona in oggetto. In particolare, l’affermazione da approfondire è quella che individua l’Alta Val Tiberina come la zona che tra le tre sorgenti sismiche principali della è quella dove la probabilità di essere interessata dalla prossima scossa forte, cioè di magnitudo superiore a 5.5, è secondo noi più elevata. Innanzitutto, va chiarito che questa indicazione non comporta nessuna previsione su quando la prossima scossa potrebbe avvenire, perché le conoscenze attuali non consentono di ottenere questo tipo di informazione con sufficiente attendibilità. Quindi, la prossima attivazione sismica di questa zona potrebbe verificarsi domani come tra decine di anni. I processi tettonici che determinano i terremoti sono molto complessi e quindi non è possibile, alla luce delle attuali conoscenze, prevedere quando l’accumulo progressivo di deformazione porterà le rocce alla rottura. Per fare una valutazione accurata di questo aspetto sarebbe necessario conoscere con grande precisione le forze in gioco e le caratteristiche strutturali della zona in esame, che sono invece note in modo molto approssimato. A tale proposito, si deve considerare che i processi che generano i terremoti forti in Italia sono inaccessibili all’osservazione diretta, poiché avvengono all’interno della crosta terrestre a profondità  prevalentemente comprese tra pochi km e 15 km. I motivi che hanno indotto a fare questa valutazione sono legati alla scelta della Regione Toscana di fornire alle Amministrazioni Locali un’informazione più completa e aggiornata possibile sul reale quadro della pericolosità sismica dell’area. Questa scelta ha richiesto vari tipi di indagine. La prima ha comportato una profonda revisione delle stime di pericolosità ottenute da precedenti studi, che risultano purtroppo poco compatibili con la distribuzione delle scosse storiche (Fig. 2) e con l’attuale assetto tettonico dell’area in esame. La seconda indagine si è occupata di studiare a fondo l’assetto tettonico del territorio e le sue possibili connessioni con l’attività sismica, al fine di agevolare il riconoscimento delle zone sismiche toscane più esposte alle prossime scosse forti. Questo tipo di informazione, acquisita in stretta collaborazione con i responsabili dell’Ufficio Prevenzione Sismica della Regione Toscana, si presta ad essere usata per una gestione ottimale delle risorse eventualmente disponibili per interventi di riduzione del rischio sismico.

  • Sappiamo che non è possibile prevedere esattamente quando un terremoto colpirà una determinata area. Come si inquadra in questo senso la vostra previsione e come è stata ottenuta ?
Figura 3. La rete di stazioni GPS permanenti utilizzata per lo studio della cinematica dell’Italia centro-settentrionale (da Mantovani et alii, 2013)
Figura 3. La rete di stazioni GPS permanenti utilizzata per lo studio della cinematica dell’Italia centro-settentrionale (da Mantovani et alii, 2013)

Vorrei chiarire che la valutazione da noi presentata non contraddice il fatto ormai ampiamente dimostrato che la previsione del luogo e tempo di una scossa sismica è tuttora impraticabile, come ricordato sopra. Noi ci poniamo un obiettivo molto più modesto, che però può essere praticabile alla luce delle attuali conoscenze, cioè il riconoscimento delle zone sismiche dove si ritiene che il ritorno di scosse intense sia più vicino nel tempo. Questa informazione viene ottenuta da una procedura basata su un concetto largamente condiviso dalla comunità scientifica, che descrive i terremoti come effetti della progressiva deformazione delle rocce. Questo implica che in ogni momento del contesto tettonico coinvolto la probabilità di scosse forti in una certa zona è strettamente connessa con il modo in cui si è distribuita la sismicità nel periodo precedente. Chiunque è in grado di realizzare un esperimento pratico per confermare questa interpretazione. Per esempio, si potrebbe prendere un mattone e inserirlo in una morsa che si stringe progressivamente col tempo. Dopo un certo tempo, il mattone tenderà a sviluppare delle piccole fratture in alcuni punti, corrispondenti alle zone più deboli della struttura, poi di tanto in tanto si verificheranno fratture più estese (ed energetiche) risultanti dall’attivazione in cascata di tante piccole fratture adiacenti. E’ facile prevedere che le fratture che si sono già sviluppate condizioneranno in modo pesante dove il mattone subirà i prossimi cedimenti. Il nostro gruppo di ricerca ha applicato estesamente questo modo di vedere allo studio della sismotettonica nella regione italiana. Il primo passo, fondamentale, è stato quello di ricostruire in modo molto dettagliato l’assetto geodinamico che determina le forze tettoniche nell’area mediterranea e l’insieme di processi tettonici che si sviluppano in risposta di queste sollecitazioni. Una volta acquisite queste conoscenze, è stato elaborato un modello interpretativo, per mezzo del quale  è stato poi valutato il comportamento sismico atteso della zona in esame nel periodo seguente ad una determinata storia sismica dell’area stessa. La validità del modello è stata poi controllata (e migliorata) mediante il confronto sistematico tra le previsioni calcolate e la sismicità realmente avvenuta nella zona considerata. I notevoli risultati finora acquisiti da questo tipo di approccio deterministico hanno permesso di trovare spiegazioni plausibili e coerenti per molti aspetti della sismicità storica nell’area mediterranea centrale e soprattutto nella catena appenninica. In particolare, è stato messo in evidenza che alcuni comportamenti della sismicità tendono a ripetersi in modo sistematico in certe zone. Per esempio l’analisi dell’attività sismica italiana dal 1300 in poi indica che i terremoti forti tendono a migrare dall’Appennino meridionale a quello settentrionale per poi raggiungere la zona alpina orientale. Il fatto che in tutte le sequenze storiche l’attivazione dell’Alta Val Tiberina abbia sempre preceduto quella della altre zone sismiche principali della Toscana (Lunigiana-Garfagnana e Mugello), suggerisce che questo comportamento si potrebbe verificare anche nella fase attuale, ancora in via di sviluppo. Ovviamente, la procedura sopra esposta è esposta a incertezze, ma riteniamo che le indicazioni date rappresentino l’informazione più efficace che si può ricavare dalle conoscenze attualmente disponibili. Una spiegazione più completa delle evidenze considerate e degli argomenti qui riportati in modo sintetico è reperibile nei lavori sopra citati.

  • Quanto è preoccupante, da un punto di vista scientifico, lo sciame sismico in Val Tiberina? In altri termini: uno sciame può essere foriero di eventi più forti o, al contrario, è meglio che l’energia venga rilasciata, per così dire, “a gocce”, un po’ alla volta, invece che improvvisamente e tutta insieme?
Figura 4. Velocità orizzontali medie dei siti GPS nel periodo 2001-2012. Le frecce indicano la velocità dei siti rispetto alla placca euroasiatica. La parte orientale della penisola italiana registra movimenti di almeno 5 mm all’anno in direzione nord-est (da Mantovani et alii, 2013)
Figura 4. Velocità orizzontali medie dei siti GPS nel periodo 2001-2012. Le frecce indicano la velocità dei siti rispetto alla placca euroasiatica. La parte orientale della penisola italiana registra movimenti di almeno 5 mm all’anno in direzione nord-est (da Mantovani et alii, 2013)

Lo sciame sismico recente ci dice che la zona si sta deformando e sta subendo piccole fratture in alcuni settori delle faglie implicate, ma questo non ci consente di capire se un cedimento più massiccio e pericoloso delle faglie presenti in zona sia imminente o lontano nel tempo. E’ utile considerare che un numero elevato di scosse paragonabili a quelle dello sciame recente avvengono ogni giorno in Italia.  Per quanto riguarda il rilascio di energia “a gocce”, va precisato che le piccole scosse  (di magnitudo minore di 3 p.e.) rilasciano una quantità di energia estremamente bassa, che rispetto a quella rilasciata da una scossa forte (M>5.5) è quasi trascurabile. In altre parole, per evitare un terremoto forte sarebbe necessario un numero enorme di scosse minori. E’ opportuno ricordare, a questo proposito, che diversi ricercatori nel mondo studiano da tempo il comportamento della sismicità minore che precede un forte terremoto, nella speranza di poter usare questa informazione come strumento per prevedere i terremoti. Tuttavia, sino ad oggi i risultati non sono stati molto incoraggianti e nessuna scossa disastrosa è stata prevista con questo tipo di approccio. Ciò è verosimilmente legato al fatto che, come ricordato in precedenza, conosciamo ancora molto poco la natura dei processi fisici in atto presso le sorgenti sismogenetiche.

  • Su cosa si basano principalmente i vostri studi? Esiste un monitoraggio costante delle strutture sismogenetiche?

Una lunga collaborazione tra il nostro Dipartimento e la Regione Toscana ha portato all’organizzazione di un accurato monitoraggio geodetico del territorio, tramite l’analisi di misure ottenute da una fitta rete di stazioni GPS permanenti (Fig. 3). Questa iniziativa è partita attorno al 2001, con l’installazione di una decina di stazioni GPS in Toscana, situate nelle principali zone sismiche. Poi il numero di stazioni analizzate è notevolmente aumentato per l’acquisizione di dati provenienti da molte altre stazioni, gestite sia da Enti pubblici che privati, con cui sono stati allacciati rapporti di collaborazione. Attualmente, il nostro gruppo di ricerca, sempre in collaborazione con la Regione Toscana, sta analizzando i dati GPS relativi a oltre 400 stazioni presenti su tutto il territorio nazionale, con notevole copertura dell’Italia centrale e settentrionale. Queste misure consentono di avere un quadro degli spostamenti in atto e delle relative deformazioni (Fig. 4). Quindi, lo sviluppo di eventuali comportamenti anomali di zone potenzialmente sismogenetiche,  può essere rilevato da questo strumento di controllo. E’ comunque necessario precisare che non esistono attualmente procedure ben definite che consentano di prevedere le scosse sismiche in base a misure geodetiche. Quindi, eventuali segnali di perturbazioni in atto andranno valutati caso per caso, prendendo in considerazione anche tutte le altre informazioni raccolte con altri tipi di osservazione del territorio.

  • Cosa si deve fare per diminuire la vulnerabilità del territorio, non solo in Val Tiberina, ma più in generale nel nostro paese?
Figura 5. Il quadro tettonico nell’area mediterranea centrale. 1 = dominio continentale Africa-Adriatico, con la “microplacca” Adria che si incunea in Pianura Padana; 2 = dominio oceanico ionico; 3 = fascia metamorfica anaoltica-egea-balcanica; 4 = principali fasce orogeniche; 5 = piana batiale del bacino tirrenico; 6-7-8 = principali lineamenti tettonici compressionali, estensionali e trascorrenti (da Mantovani et alii, 2013)
Figura 5. Il quadro tettonico nell’area mediterranea centrale. 1 = dominio continentale Africa-Adriatico, con la “microplacca” Adria che si incunea in Pianura Padana; 2 = dominio oceanico ionico; 3 = fascia metamorfica anaoltica-egea-balcanica; 4 = principali fasce orogeniche; 5 = piana batiale del bacino tirrenico; 6-7-8 = principali lineamenti tettonici compressionali, estensionali e trascorrenti (da Mantovani et alii, 2013)

E’ ormai largamente riconosciuto nel mondo che l’iniziativa più efficace per mitigare il rischio sismico di una zona è adeguare il patrimonio edilizio alle sollecitazioni sismiche previste per la zona in esame. Questa consapevolezza, però non è purtroppo sufficiente a risolvere il problema in Italia, in quanto il nostro paese soffre di alcune condizioni particolari. Soprattutto il fatto che quasi tutto il territorio nazionale è esposto a terremoti forti e la maggior parte del patrimonio edilizio esistente è stato costruito senza adeguate misure antisismiche.  Quindi, la messa in sicurezza di una quantità così elevata di edifici comporterebbe un impegno economico molto al di sopra delle attuali possibilità. L’unica possibilità di rendere il problema affrontabile è legata alla capacità delle conoscenze scientifiche di identificare poche e limitate zone prioritarie, dove sia quindi possibile ottenere una riduzione soddisfacente del rischio sismico con le limitate risorse disponibili. La strategia scelta dalla Regione Toscana è appunto ispirata da questo modo di vedere le cose. In particolare, il tentativo di riconoscere le zone sismiche toscane con la più alta probabilità di ospitare la prossima scossa forte è mirato ad agevolare la gestione più efficace delle risorse pubbliche per la messa in sicurezza delle zone ritenute prioritarie.

E’ noto che, a parità di magnitudo, lo scuotimento atteso in una zona sotto l’azione di onde sismiche dipende fortemente dalle caratteristiche strutturali, stratigrafiche e topografiche del sito. Quindi, è evidente che una conoscenza dettagliata di questa informazione nelle principali zone sismiche italiane consentirebbe una valutazione più accurata della pericolosità sismica. (La prima domanda al neo-ministro dell’Ambiente Andrea Orlando: come sviluppare la microzonazione sismica?)

  • In conclusione: cosa si sente di dire ai cittadini della Val Tiberina?

Le conoscenze attualmente disponibili non permettono di fare alcun tipo di previsione sullo sviluppo futuro della sismicità in questa zona. La serie di piccoli terremoti che si è verificata recentemente in questa zona non fornisce nuovi elementi per ritenere che la pericolosità sismica attuale sia cambiata rispetto alla situazione precedente lo sciame sismico. Nel passato, questa zona ha subito molte scosse forti, quindi non si può escludere che un tale evento si possa verificare di nuovo. Per attenuare il rischio sismico l’iniziativa più efficace è la messa in sicurezza degli edifici che non hanno i requisiti adeguati per resistere all’intensità delle scosse attese in ogni comune (Mantovani et alii, 2012, 2013). Siccome l’analisi delle evidenze disponibili fa pensare che l’Alta Val Tiberina potrà subire scosse forti prima delle altre due province sismiche principali della Toscana, si è ritenuto opportuno consigliare ai funzionari ed ai tecnici della Regione Toscana che hanno collaborato all’acquisizione delle informazioni sopra citate, di porre particolare attenzione a quest’area per la programmazione degli interventi di prevenzione sismica, anche al fine di ottimizzare le risorse disponibili.