Terremoto, nuovo metodo per le previsioni. L’esperto: “facciamo come iniziò il meteo, indicazioni utili alla prevenzione”

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del prof. Enzo Mantovani (Dipartimento di Scienze della Terra, Università degli Studi di Siena) – Dopo la scossa di Amatrice del 24 Agosto, i media hanno riportato i commenti di molti personaggi, dalla politica alla scienza, che hanno sistematicamente ribadito la necessità di passare da periodici interventi di ricostruzione post sisma a interventi di prevenzione. L’idea è ovviamente corretta e ragionevole, anche perché una tale politica costerebbe enormemente meno alla comunità e avrebbe delle ricadute molto importanti, come la riduzione delle vittime e dei danni. Il fatto che questa politica così logica non riesca mai a decollare non è certo casuale o imputabile solamente alla non lungimiranza della classe politica. L’ostacolo principale è dovuto al fatto che le risorse necessarie a mettere in sicurezza il patrimonio edilizio in tutto il paese, anche limitando inizialmente l’operazione ai soli edifici strategici come scuole, ospedali ecc, sono enormemente superiori a quelle che potrebbero essere dedicate a questo problema (uno dei tanti che il paese ha in questo periodo storico) nel breve termine. Se le poche risorse disponibili nel breve termine fossero distribuite in modo omogeneo su tutte le zone ad elevato rischio sismico, l’incremento del livello di sicurezza sarebbe scarso in ogni zona. Quindi, il problema principale è quello di capire come si può sviluppare un efficace piano di interventi di prevenzione potendo contare su una piccola parte delle risorse necessarie.

Una possibile strada per affrontare questa difficoltà, potrebbe essere individuata sfruttando il fatto, molto probabile, che nei prossimi decenni solo poche zone italiane saranno colpite da scosse forti e che perciò per tale periodo l’urgenza di rinforzare  edifici ed infrastrutture riguarda solo una parte molto limitata del territorio nazionale. Quindi, se le conoscenze scientifiche attuali consentissero di individuare, con ragionevole attendibilità, le zone dove la probabilità dei prossimi terremoti forti è più elevata in un periodo di ragionevole programmazione (p.e., 10-20 anni), potrebbe diventare praticabile, sia dal punto di vista economico che organizzativo, una pianificazione degli interventi mirata ad una consistente riduzione del numero di vittime e dell’entità dei danni da terremoto in Italia.

Stimolati da questa allettante prospettiva, vari tentativi sono stati fatti per ottenere le informazioni sopra citate, ma la scarsa aderenza dei risultati finora ottenuti allo sviluppo reale della sismicità ha finito per scoraggiare questo tipo di indagini. Però, prima di abbandonare una strategia che potrebbe consentire una notevole riduzione del rischio sismico in Italia, va considerato che i tentativi finora effettuati per riconoscere le zone sismiche più pericolose sono stati fatti utilizzando metodologie di tipo statistico, cioè basate sull’assunzione arbitraria che i terremoti siano eventi casuali e indipendenti e che la sismicità futura avrà le stesse caratteristiche di quella che risulta dalla storia sismica conosciuta (lunga qualche secolo). Considerato che queste condizioni sono chiaramente incompatibili con la natura deterministica dei terremoti, dimostrata dalla distribuzione delle scosse forti avvenute nell’area mediterranea dal 1400 (Mantovani et alii, 2015a,b; 2016a;Viti et al., 2015), non ci si può meravigliare che, partendo dai sopracitati presupposti irrealistici, i risultati ottenuti dalle indagini condotte abbiano avuto una scarsa corrispondenza con gli effettivi sviluppi della sismicità reale.

Come ci insegna la fisica, per prevedere le manifestazioni di un fenomeno naturale è necessario capire le sue cause e i meccanismi che legano la sua futura evoluzione ad una serie di grandezze misurabili. A questo riguardo, le previsioni meteorologiche costituiscono un esempio illuminante. Da quando questa operazione è stata fatta sfruttando le conoscenze acquisite sul comportamento dell’atmosfera in funzione delle condizioni di temperatura, pressione, umidità ecc. ecc., l’attendibilità delle previsioni è notevolmente cresciuta.

Siccome anche i terremoti sono un fenomeno naturale legato a cause fisiche ben conosciute (la deformazione che le rocce gradualmente accumulano sotto la sollecitazione delle forze tettoniche), è evidente che la strada da percorrere per capire gli sviluppi futuri della sismicità deve necessariamente comportare una profonda comprensione dei processi deformativi in atto e della loro connessione con la distribuzione dei terremoti nello spazio e nel tempo.

Al contrario dei fenomeni atmosferici che hanno sviluppi molto veloci, dell’ordine di giorni o settimane, per i terremoti è molto difficile prevedere il momento in cui essi si verificheranno, poiché il processo che porta alla frattura dopo un periodo di accumulo di deformazione è diverso da luogo a luogo, in funzione delle caratteristiche strutturali, spesso molto complesse. Non è invece proibitivo tentare di prevedere quali zone sismiche si attiveranno per prime in un dato contesto tettonico, partendo dalla conoscenza della configurazione del campo di sforzo e deformazione creata dalla distribuzione delle scosse pregresse. La speranza che questa strada possa fornire informazioni attendibili sulla localizzazione delle prossime scosse forti in Italia è alimentata dai promettenti risultati ottenuti da indagini recentemente svolte presso il Dipartimento di Scienze Fisiche, della Terra e del’Ambiente dell’Università di Siena. Per chi è interessato a conoscere i vari aspetti della metodologia proposta e i risultati ottenuti, sotto forma di identificazione di zone sismiche prioritarie in Italia, è possibile consultare un’ estesa trattazione (Mantovani et alii, 2016b), liberamente scaricabile  sia nella versione inglese che nella versione italiana.

La trattazione citata inizia con una sintetica descrizione delle conoscenze attualmente disponibili sul quadro tettonico/cinematico nel’area italiana e zone circostanti (Fig.1), facendo riferimento alle varie pubblicazioni che forniscono spiegazioni molto più dettagliate ed esaustive.

Fig. 1 - Quadro tettonico/cinematico del Mediterraneo centrale (Mantovani et alii, 2009). 1,2) Domini continentali africano ed adriatico 3) Dominio oceanico ionico 4) Settore esterno della catena appenninica, trascinato e sollecitato dalla placca adriatica 5,6,7) Principali lineamenti tettonici estensionali, trascorrenti e compressionali 8) Fronte esterno delle catene neogeniche. Le frecce verdi indicano il quadro cinematico rispetto all’Eurasia
Fig. 1 – Quadro tettonico/cinematico del Mediterraneo centrale (Mantovani et alii, 2009). 1,2) Domini continentali africano ed adriatico 3) Dominio oceanico ionico 4) Settore esterno della catena appenninica, trascinato e sollecitato dalla placca adriatica 5,6,7) Principali lineamenti tettonici estensionali, trascorrenti e compressionali 8) Fronte esterno delle catene neogeniche. Le frecce verdi indicano il quadro cinematico rispetto all’Eurasia

Una volta descritto il modello tettonico a lungo termine dedotto dall’enorme quadro di evidenze geologiche e geofisiche finora acquisite, viene poi messo in evidenza che lo sviluppo a breve termine dei processi deformativi previsto da tale contesto può fornire spiegazioni plausibili e coerenti per la distribuzione delle scosse peri-adriatiche che si sono verificate nell’area in esame dal 1400.

Utilizzando le informazioni così acquisite sul comportamento sismogenetico passato del sistema, si è cercato di capire dove il quadro sismotettonico conosciuto potrebbe generare le prossime scosse, partendo dall’attuale campo di deformazione e sforzo, creato dalla distribuzione dei terremoti precedenti. In particolare, le evidenze disponibili hanno suggerito che le condizioni più favorevoli per l’attivazione di faglie esistono nella fascia appenninica che si sviluppa dall’Appennino centrale alla zona del Forlivese (Mantovani et alii, 2016). Questa informazione potrebbe quindi essere utilizzata per concentrare le risorse eventualmente disponibili per interventi di prevenzione in zone limitate del territorio italiano.

Ovviamente, data la complessità del problema, non si può escludere che la prossima scossa forte avvenga in una zona non prevista dallo studio effettuato. Comunque, va tenuto presente che le conseguenze negative di questo eventuale insuccesso sarebbero limitate, poiché il fatto di avere privilegiato l’impiego di risorse nelle zone previste ma non colpite comporterebbe per la zona effettivamente interessata dal sisma (e per tutte le altre zone sismiche italiane) una differenza minima rispetto all’irrisorio impegno economico di cui tali zone avrebbero beneficiato nell’ambito di un programma di distribuzione omogenea degli stanziamenti sull’intero territorio nazionale. Invece, nel caso in cui il terremoto avvenisse in una delle zone prioritarie proposte, i vantaggi pratici sarebbero notevoli, in quanto gli interventi effettuati in quelle zone comporterebbero un consistente miglioramento del livello di sicurezza, permettendo di salvare vite umane e di limitare i danneggiamenti irreversibili di molti edifici. Inoltre, la plausibilità delle evidenze e argomentazioni presentate a sostegno delle scelte proposte incoraggia fortemente a credere che tale scelta rimarrebbe valida anche se la prima scossa fosse avvenuta in un’altra zona.

Comunque, il fatto che la scossa di Amatrice sia avvenuta all’interno della zona prioritaria individuata prima di tale sisma incoraggia a pensare che la metodologia proposta sia realistica.

Siccome tale metodologia è basata sull’utilizzazione di modelli fisici, legati a una serie di parametri osservabili, si sta attualmente tentando di estendere il campo dei parametri considerati, allo scopo di vincolare in modo sempre più stretto il riconoscimento delle zone sismiche più esposte alle prossime scosse forti.

Uno strumento che può essere utilizzato a questo scopo è costituito dal monitoraggio geodetico (GPS) del territorio, cioè una serie di misure satellitari che permette di rilevare come le varie parti del sistema strutturale italiano si stanno muovendo (Fig. 2). Da questo campo cinematico è poi possibile riconoscere le zone del sistema che stanno subendo le maggiori e più rapide deformazioni (Fig. 3). Anche se la connessione tra quest’ultima grandezza e la probabilità di scosse non è ancora ben definita , questo tipo di indagine merita una grande attenzione. Nella trattazione sopra citata viene messo in evidenza, per esempio, che le zone sismiche riconosciute come le più esposte alle prossime scosse forti (in base a evidenze sismotettoniche, Mantovani et alii, 2016a,b) sono caratterizzate da valori elevati del tasso di deformazione.

Fig. 2 Velocità orizzontali (vettori rossi) delle stazioni GPS considerate rispetto al sistema di riferimento eurasiatico (Cenni et alii, 2015)
Fig. 2 Velocità orizzontali (vettori rossi) delle stazioni GPS considerate rispetto al sistema di riferimento eurasiatico (Cenni et alii, 2015)
Fig. 3. Distribuzione del tasso di deformazione (TD), stimato dal campo di velocità orizzontale (Fig.2, Cenni et alii, 2015)
Fig. 3. Distribuzione del tasso di deformazione (TD), stimato dal campo di velocità orizzontale (Fig.2, Cenni et alii, 2015)

Un’altra informazione che potrebbe aiutare a capire dove si stanno sviluppando condizioni favorevoli alle prossime scosse, è quella fornita dall’analisi dell’attività sismica minore, costituita in gran parte da scosse percepite solo da strumenti. Anche questo tipo di segnale (spesso rappresentato da sciami di terremoti con magnitudo minore di 3) non è di facile interpretazione. In linea di massima, è ragionevole pensare che un aumento di sismicità sia causato da un rafforzamento del carico tettonico nella zona in oggetto. Però, per capire la complessa distribuzione delle scosse minori è necessario considerare che ogni faglia è costituta in parte da segmenti su cui lo scorrimento è poco resistito e in parte da segmenti dove invece l’attrito supera ampiamente l’effetto delle forze tettoniche. Nel primo tipo di segmento si ritiene che lo scorrimento sia più o meno continuo (avvenendo in modo quasi asismico, senza accumulo significativo di deformazione elastica). Tale meccanismo può comunque generare piccole fratture sismiche quando la velocità di scorrimento tra i due bordi della faglia supera il valore consentito dalle proprietà reologiche della struttura. Nei segmenti di faglia bloccati, invece, lo scorrimento è prevalentemente trascurabile, mentre si va accumulando gradualmente deformazione elastica, con il conseguente incremento dello sforzo sulla faglia. Questo processo prosegue fino al punto di rottura, quando si verifica un repentino scorrimento lungo la faglia, con la liberazione di energia sismica. Quindi, per tentare di individuare le zone dove si sta preparando una scossa forte è necessario riconoscere sia i settori di faglia poco resistiti (rivelati da un aumento del numero di piccole scosse) sia i segmenti di faglia che sono momentaneamente bloccati, ma che possono attivarsi con scosse forti (riconosciuti in base alla storia sismica della zona implicata). Nella trattazione citata è riportata una discussione sui vari aspetti di questo problema ed un’analisi della sismicità minore avvenuta negli ultimi 35 anni (Fig. 4). I risultati di quest’ultima indagine sembrano confortare la scelta delle aree sismiche prioritarie fatta sulla base delle evidenze sismotettoniche considerate, in quanto tali zone, tra tutte quelle conosciute, presentano i livelli largamente più elevati di sismicità strumentale rispetto alle altre zone sismiche italiane.

Fig. 4. Distribuzione delle scosse strumentali nell’area italiana (1981-2016) Cerchi rossi ( M ? 3), cerchi blu (2 ? M < 3)
Fig. 4. Distribuzione delle scosse strumentali nell’area italiana (1981-2016) Cerchi rossi ( M ? 3), cerchi blu (2 ? M < 3)

Considerando che la decisione di utilizzare o meno le previsioni qui descritte sarà ovviamente condizionata dalla misura in cui le autorità preposte saranno convinte della loro attendibilità, la descrizione del tentativo proposto si conclude con una dettagliata discussione sulle incertezze che possono essere plausibilmente associate alle indicazioni fornite.

E’ infine doveroso precisare che le previsioni proposte non forniscono alcuna informazione su quando le zone indicate come prioritarie potrebbero essere colpite da scosse forti. Quindi, non comportano nessun tipo di allarme e hanno come unico scopo quello di agevolare la politica di riduzione del rischio sismico in Italia.

Per concludere, vorremmo sottolineare che, considerata l’importanza del problema in oggetto e la notevole rilevanza delle scelte strategiche che la Protezione Civile potrebbe essere tenuta a fare per la difesa dai terremoti in Italia, sarebbe opportuno promuovere approfonditi confronti pubblici tra i vari esperti del settore, per agevolare la scelta delle strategie più efficaci da adottare per la difesa dai terremoti in Italia.

Riferimenti:

Cenni N., Viti M., Mantovani E, 2015. Space geodetic data (GPS) and earthquake forecasting: examples from the Italian geodetic network.  Boll. Geof. Teor. Appl., 56, 2, 129-150, doi:10.4430/bgta0139.

 Mantovani E., Viti M., Babbucci D., Tamburelli C. 2009. A review on the driving mechanism of the Tyrrhenian-Apennines system: implications for the present seismotectonic setting in the Central-Northern Apennines. Tectonophysics, 476, 22-40, doi:10.1016/j.tecto.2008.10.032.

Mantovani E., Viti M., Babbucci D., Tamburelli C., Cenni N., Baglione M., D’Intinosante V., 2015a. Present tectonic setting and spatio-temporal distribution of seismicity in the Apennine belt. Int. J. Geosciences, 6, 429-454, http://dx.doi.org/10.4236/ijg. 2015.64034.

Mantovani E., Viti M., Cenni N., Babbucci D., Tamburelli C., Baglione M., D’Intinosante V., 2015b. Seismotectonics and present seismic hazard in the Tuscany-Romagna-Marche-Umbria Apennines (Italy). J. Geodynamics, 89, 1-14, http://dx.doi.org/10.1016/j.jog.2015.05.001.

Mantovani E., Viti M., Babbucci D., Tamburelli C., Cenni N., Baglione M., D’Intinosante V., 2016a. Recognition of periAdriatic seismic zones most prone to next major earthquakes: insights from a deterministic approach. In: S. D’Amico (ed.), Earthquakes and Their Impact on Society. Springer Natural Hazard, Springer International Publishing Switzerland, 43-80, doi 10.1007/978-3-319-21753-6_2.

Mantovani E., Viti M., Babbucci D., Cenni N., Tamburelli C., Baglione M., D’Intinosante V., 2016b. Tentativo di identificazione delle zone sismiche italiane più esposte ai prossimi terremoti forti, Dip. di Scienze Fisiche della Terra e dell’Ambiente dell’Università di Siena.  versione in italiano ed in inglese.

Viti M., Mantovani E., Babbucci D., Cenni N., Tamburelli C., 2015. Where the next strong earthquake in the Italian peninsula?  Insights by a deterministic approach. Boll. Geofis. Teor. Appl., 56, 329-350, doi: 10.4430/bgta0137.