Mille anni di sismicità italiana: il catalogo CPTI e il database macrosismico DBMI

Mille anni di sismicità italiana: di seguito un approfondimento a cura di Andrea Rovida, Mario Locati, Andrea Antonucci (INGV Milano), e Romano Camassi(INGV Bologna)

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“I processi di generazione dei terremoti non sono direttamente osservabili e come altri fenomeni geofisici si manifestano su scale temporali molto diverse da quelle della nostra esperienza. Per questo motivo le reti di strumenti per il monitoraggio geofisico, nonostante il loro enorme sviluppo e la loro sensibilità, da sole non sono sufficienti a comprendere a fondo la sismicità di un’area. A partire dalla seconda metà degli anni ’80 del secolo scorso, insieme al rinnovamento e allo sviluppo della Rete Sismica Nazionale, si è sviluppata la sismologia storica, un ramo della sismologia che studia i terremoti del passato – ma non solo – definendone le caratteristiche attraverso gli effetti prodotti sulle persone e sulle cose, sulla base di documentazione storica analizzata criticamente come spiegato qui. Tra i prodotti più importanti di questo ramo della sismologia rientra la compilazione di cataloghi parametrici e di banche dati di osservazioni macrosismiche. I cataloghi parametrici integrano i dati derivati dall’osservazione degli effetti di terremoti recenti e dalla documentazione di tipo storico con i dati strumentali per sintetizzare le informazioni fondamentali di ciascun terremoto noto: tempo, localizzazione, stima dell’energia. Le banche dati di osservazioni macrosismiche raccolgono, rendendoli omogenei e facilmente consultabili, tutti i dati ricavati dalla classificazione degli effetti dei terremoti, di qualsiasi epoca, in termini di intensità macrosismiche per ogni località.

Come illustrato in un post precedente, l’Italia ha una lunga tradizione di questo tipo, che è dapprima confluita nel grande repertorio di Mario Baratta (1868-1935) pubblicato nel 1901 e si è enormemente consolidata negli ultimi decenni, con diversi aggiornamenti e approfondimenti. Questa importante eredità è stata raccolta e mantenuta viva negli ultimi decenni dall’INGV, attraverso una generazione di cataloghi, denominati Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani (CPTI), e di database macrosismici associati, denominati Database Macrosismico Italiano (DBMI), oltre che del Catalogo dei Forti Terremoti in Italia (CFTI). Quest’ultimo, oggetto di un post già pubblicato, tratta in modo approfondito la maggior parte dei terremoti più forti del passato, mentre i primi due descrivono e sintetizzano tutta la sismicità italiana dall’anno 1000 a oggi, compresi i terremoti trattati dal CFTI.

In questo post vengono presentate le ultime versioni pubblicate del catalogo parametrico, denominata CPTI15 v2.0, e del database macrosismico, denominata DBMI15 v 2.0.

Il Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani CPTI15

Il Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani fornisce informazioni sulla localizzazione, magnitudo e tempo di origine di tutti i terremoti italiani di magnitudo sopra a 4.0 conosciuti a partire dall’anno 1000 fino ai giorni nostri.

Il catalogo parametrico è uno strumento essenziale per la rappresentazione della sismicità di lungo periodo per il territorio italiano e costituisce la base di dati fondamentale per innumerevoli ricerche e applicazioni, quali ad esempio le stime di pericolosità sismica, la definizione dei processi sismogenetici e l’identificazione e caratterizzazione delle aree e delle faglie sismicamente attive.

La versione più recente del catalogo, CPTI15 v2.0, è stata pubblicata a novembre del 2019 e le procedure di compilazione sono state recentemente pubblicate in un articolo scientifico sulla rivista Bulletin of Earthquake Engineering (https://doi.org/10.1007/s10518-020-00818-y), a cui si rimanda per i dettagli.

Questa versione del catalogo è la quarta della “famiglia” dei CPTI e come ogni nuova versione porta con sé l’aggiornamento dell’estensione temporale e soprattutto un miglioramento dei dati di base (nuovi studi, nuovi terremoti del passato) e un perfezionamento delle procedure di compilazione, anche attraverso il confronto con esperienze internazionali. Nel rispetto della decennale tradizione sopra citata, i terremoti presenti nelle versioni precedenti sono tutti mantenuti, anche se per varie e giustificate ragioni vengono ridimensionati al di sotto delle soglie previste dal catalogo, a meno che non si sia dimostrato che sono falsi e sono pertanto eliminati. Per queste ragioni, l’ultima versione pubblicata del catalogo sostituisce interamente quelle precedenti perché superate.

In particolare, CPTI15 v2.0 rappresenta una significativa evoluzione delle versioni precedenti, e aggiorna e sostituisce anche la versione 1.5 rilasciata nel 2016. Rispetto a quest’ultima, oltre a piccole correzioni, sono stati aggiunti i dati sui terremoti del periodo 2015-2017, inclusi quelli relativi alla sequenza sismica del centro Italia iniziata ad agosto 2016.

Il catalogo copre l’intero territorio italiano con alcune porzioni delle aree e dei mari confinanti (Figura 1), rendendo disponibili la localizzazione e la magnitudo di 4760 terremoti con intensità massima o epicentrale maggiore o uguale a 5, insieme a quelli con una magnitudo strumentale equivalente o superiore a magnitudo 4.0 dall’anno 1000 al 2017. Inoltre alcuni terremoti con magnitudo < 4.0 sono stati inclusi nel catalogo perché avvenuti in aree vulcaniche (Etna e Campi Flegrei) oppure, come ricordato più sopra, perché presenti nelle versioni precedenti.

Sulla mappa in Figura 1 sono facilmente identificabili (simboli viola e rossi) i terremoti più forti, con magnitudo momento (Mw) uguale o superiore a 6.5, presenti nel catalogo. Si tratta di 39 terremoti, elencati in ordine decrescente di magnitudo nella Tabella 1, localizzati principalmente lungo l’asse della catena appenninica, soprattutto nella sua porzione centro-meridionale. Tra questi, gli ultimi più recenti sono quello del 30 ottobre 2016 nell’area di Norcia e quello dell’Irpinia-Basilicata del 23 novembre 1980. Solamente altri 5 terremoti sono avvenuti nel ventesimo secolo (Figura 2), mentre quello dell’Aquila del 6 aprile 2009 non è in elenco in quanto di Mw 6.3.

YearMoDaHoMiArea epicentraleMw
169301111330Sicilia sud-orientale7.3
14561205Appennino centro-meridionale7.2
185712162115Basilicata7.1
1783020512Calabria meridionale7.1
190812280420Stretto di Messina7.1
163803271505Calabria centrale7.1
191501130652Marsica7.1
168806051530Sannio7.1
178303281855Calabria centrale7.0
190509080143Calabria centrale7.0
1703011418Valnerina6.9
1706110313Maiella6.8
198011231834Irpinia-Basilicata6.8
13490909Lazio-Molise6.8
163806080945Crotonese6.8
11840524Valle del Crati6.8
173211290740Irpinia6.8
178302071310Calabria centrale6.7
169409081140Irpinia-Basilicata6.7
156108191550Vallo di Diano6.7
16460531Gargano6.7
154212101515Sicilia sud-orientale6.7
17430220Ionio settentrionale6.7
1805072621Molise6.7
170302021105Aquilano6.7
193007230008Irpinia6.7
162707301050Capitanata6.7
183203081830Crotonese6.7
13480125Alpi Giulie6.6
201610300640Valnerina6.6
165911052215Calabria centrale6.6
1702031405Sannio-Irpinia6.6
192009070555Garfagnana6.5
111701031515Veronese6.5
185108141320Vulture6.5
17810603Cagliese6.5
1169020407Sicilia sud-orientale6.5
14611127Aquilano6.5
17210112Costa croata settentrionale6.5

Coprendo un arco temporale così lungo, CPTI15 si basa su dati di tipologia e provenienza molto diverse, a seconda del periodo in cui è avvenuto ciascun terremoto.

Figura 2. Cronologia dei terremoti di magnitudo momento uguale o superiore a 6.5 contenuti in CPTI15 ed elencati in Tabella 1.

Per i terremoti per i quali non esistono registrazioni strumentali affidabili (per l’Italia all’incirca fino al 1985), i parametri sono ottenuti dall’elaborazione dei dati di intensità macrosismica, che indicano dove (in quali località) e come (quanto forte) un terremoto è stato risentito. I dati macrosismici a supporto del catalogo sono forniti dal Database Macrosismico Italiano DBMI15 (descritto nel seguito) e, per ciascun terremoto, la base di dati di riferimento è stata accuratamente selezionata tra quelli pubblicamente disponibili e raccolti nell’Archivio Storico Macrosismico Italiano ASMI. I parametri dei terremoti con dati macrosismici sono stati determinati con il metodo “Boxer”, un codice di calcolo che permette di mettere in relazione la distribuzione spaziale dei dati di intensità di un terremoto con la sua localizzazione e magnitudo e, quindi, di ricavare questi ultimi. I dati macrosismici sono disponibili per un totale di 3009 terremoti (su 4760, pari al 63%) in tutto l’arco temporale coperto dal catalogo.

Per i terremoti più recenti, invece, CPTI15 utilizza i dati più aggiornati e affidabili, compresi quelli forniti dalla rete sismica nazionale gestita dall’INGV (http://terremoti.ingv.it/), e da vari cataloghi strumentali disponibili per l’Italia, come il Catalogo della Sismicità Italiana CSI 1.0, il Catalogo Strumentale dei Terremoti Italiani CSTI 1.1, il Bollettino Sismico Italiano BSI, e il Bollettino dell’International Seismological Centre ISC per i terremoti più vecchi e nelle aree di confine o in mare. Questi cataloghi, con coperture temporali differenti, forniscono nel loro insieme localizzazioni strumentali per terremoti compresi tra il 1904 e il 2017. Quando per uno stesso terremoto sono disponibili più determinazioni strumentali, è stata operata una selezione basata su un criterio temporale e sulla valutazione della qualità di ciascun dato. I terremoti con localizzazione strumentale sono 1901.

Per quanto riguarda la magnitudo, come noto esistono diversi tipi di magnitudo. Sono state dapprima considerate tutte le stime di magnitudo momento (Mw) ricavate strumentalmente attraverso la determinazione dei tensori momento (ad esempio quelle del Regional Moment Tensor Catalog RCMT), opportunamente combinate tra loro. Quando tali stime non risultano disponibili, sono state utilizzate magnitudo strumentali di diverso tipo (ad esempio la magnitudo locale ML) provenienti dai cataloghi citati sopra, che sono state convertite in Mw attraverso apposite relazioni. Stime di magnitudo momento originali sono disponibili per 614 terremoti, quelle convertite per 1464.

CPTI15 raccoglie tutti questi dati, molto diversi fra loro, e li omogeneizza in modo che i parametri dei terremoti più antichi siano comparabili e il più possibile equivalenti ai fini del loro utilizzo nelle possibili applicazioni con quelli del presente. Tutti i riferimenti ai dati di ingresso originali e le procedure utilizzate per il loro trattamento sono dettagliatamente codificate all’interno del catalogo. Contrariamente a quanto avviene per la maggior parte dei cataloghi mondiali, i dati di base, macrosismici e strumentali, sono accuratamente selezionati tra tutti quelli disponibili per ogni terremoto, in modo da ottenere un risultato il più possibile aggiornato e affidabile. Inoltre, tutti i dati e gli studi presi in considerazione, selezionati e non, sono raccolti e resi disponibili dall’Archivio Storico Macrosismico Italiano ASMI.

Figura 3. In alto: tipo di localizzazione di default dei terremoti in CPTI15 (MI = macrosismica, alternativa a strumentale; IM = strumentale, alternativa a macrosismica; II = strumentale, unica disponibile; MM = macrosismica, unica disponibile; PC = da catalogo parametrico; NP = non determinata). In basso: tipo di magnitudo di default in CPTI15 (InsO = strumentale, Mw “osservata”; InsC = strumentale, Mw proxy; Mdm = macrosismica, da dati di intensità; MIo = macrosismica, da intensità epicentrale; Mpc = da catalogo parametrico; Wmim = media tra macrosismica e strumentale; NP = non parametrizzato).

Un altro elemento caratterizzante di CPTI rispetto ad altri cataloghi è rappresentato dal fatto che rende disponibili tre set di parametri, vale a dire quelli macrosismici e strumentali descritti sopra e un insieme di parametri definitivi, denominati “di default”. Questi sono presenti per ciascun terremoto e includono il riferimento principale ai dati di base utilizzati, vale a dire l’insieme di dati macrosismici o il catalogo strumentale in base ai quali si sono ricavate la localizzazione e la magnitudo. La localizzazione è determinata da dati macrosismici o strumentali a seconda di quale delle due tipologie di dati sono disponibili per il terremoto, oppure è scelta tra le due possibili alternative quando sono presenti entrambe (Figura 3). In quest’ultimo caso è stata in generale scelta la localizzazione macrosismica per i terremoti fino al 1984 e quella strumentale per quelli in date successive, ma le eccezioni valutate caso per caso sono molte. Anche la magnitudo di default deriva, a seconda della disponibilità, da dati macrosismici o strumentali (Figura 3). Se per uno stesso terremoto sono presenti sia una stima macrosismica sia una stima strumentale, a meno che quest’ultima non sia una magnitudo momento (Mw) registrata strumentalmente, la magnitudo di default è ottenuta come media dei due valori pesata con l’inverso del quadrato delle rispettive incertezze.

A questo proposito, ai valori di tutte le grandezze presenti nel catalogo è stata associata la relativa incertezza in maniera diversa a seconda se siano presenti o meno registrazioni strumentali. Per esempio la magnitudo del terremoto del 30 ottobre 2016 risulta essere Mw 6.6 con un’incertezza di 0.07.

Il Database Macrosismico Italiano DBMI15

Contestualmente al catalogo è stata pubblicata anche l’estensione temporale fino al 2017 del Database Macrosismico Italiano DBMI15 che raccoglie e organizza i dati macrosismici dei terremoti italiani dall’anno 1000 al 2017. Questi dati, espressi in termini di intensità macrosismica, rappresentano gli effetti di avvertimento o di danno causati dai terremoti in migliaia di località italiane che sono stati documentati nel corso del tempo. I dati di intensità sono raccolti e compilati utilizzando le migliori conoscenze scientifiche provenienti da molteplici studi sismologici pubblicati nel corso degli anni. I dati di intensità macrosismica (Macroseismic Data Point – MDP) sono costituiti da un valore di intensità macrosismica, espresso in una determinata scala (ad esempio la Mercalli-Cancani-Sieberg, MCS), associato ad una data località identificata attraverso le sue coordinate geografiche, oltre che dal suo nome.

Figura 4. Esempio di tre storie sismiche per tre località italiane. Bologna ha una storia sismica ricca di osservazioni ben distribuite nell’intero arco temporale; Campobasso ha osservazioni che coprono abbastanza bene solo gli ultimi due secoli, e Norcia (PG) è stata colpita dai forti terremoti nel centro Italia nel corso del 2016 e 2017.

La versione 2.0 di DBMI15 aggiorna e sostituisce la precedente versione 1.5, rilasciata nel 2016. Rispetto alla precedente versione, oltre alla correzione di alcune imprecisioni, sono stati aggiunti i dati ottenuti dalle campagne di monitoraggio macrosismico condotte a seguito dei forti terremoti del periodo 2015-2017, che comprendono la sequenza sismica del centro Italia iniziata ad agosto del 2016. Tra le principali finalità del Database Macrosismico Italiano c’è l’elaborazione della “storia sismica” di una determinata località (Figura 4), vale a dire la cronologia degli effetti documentati dei terremoti che hanno interessato la località nel corso del tempo e la severità degli effetti sulle persone e sulle costruzioni. L’insieme di tutte le osservazioni raccolte che compongono DBMI15 costituisce la base di dati utilizzata in CPTI15 per la determinazione della localizzazione e della magnitudo per i terremoti del passato per i quali non esistono registrazioni strumentali. I dati contenuti in DBMI15 sono anche utilizzati nell’ambito della pianificazione territoriale per gli studi di microzonazione sismica di Livello 1 e per la caratterizzazione dettagliata della sismicità di un’area.

Figura 5. Distribuzione delle intensità massime osservate per le 15332 località italiane.

DBMI15 v2.0 fornisce 123756 dati di intensità macrosismica relativi a 3219 terremoti italiani nella finestra temporale 1000-2017. I dati di intensità disponibili sono riferiti a circa 20000 località di cui 15332 in territorio italiano (Figura 5), che vanno complessivamente a coprire 7702 comuni sugli 8047 esistenti in Italia secondo i dati ISTAT del 2015.

Il numero dei dati di intensità macrosismica presenti in DBMI15 risulta essere notevolmente aumentato rispetto alle versioni precedenti (DBMI04 e DBMI11) come rappresentato in Figura 6. La ragione principale di questo incremento è dovuta all’inclusione di dati pubblicati dopo le precedenti versioni che hanno reso disponibili informazioni su un numero molto elevato di terremoti.

DBMI15 raccoglie i risultati di un gran numero di ricerche sismologiche pubblicate da autori diversi in un arco temporale di diversi decenni. Ciascuno studio presenta i risultati, sia in termini di intensità macrosismica che in termini di coordinate geografiche relative alla posizione di una località, adottando soluzioni proprie spesso diverse fra loro. Al fine di ottenere un insieme omogeneo di dati, sono state quindi necessarie alcune operazioni di normalizzazione che non hanno alterato il contenuto informativo originale.

Figura 6. Incremento del numero di osservazioni macrosismiche nelle diverse versioni di DBMI: in azzurro DBMI15, in rosso DBMI11, e in verde DBMI04.

L’intensità macrosismica è riferita per definizione a “località”. Con questo termine si indicano i nuclei abitativi di una certa dimensione, indipendentemente dal ruolo amministrativo che rivestono o hanno rivestito nella storia. I dati originali considerati per la compilazione di DBMI15 spesso codificano la posizione geografica delle località in modi diversi. Per esempio, alcuni studi presentano tabelle con gradi sessagesimali, altri sessadecimali, alcuni non riportano le coordinate ma solo il toponimo storico o quello moderno o ancora solo l’indicazione del comune in cui la località è situata.

Per omogeneizzare la varietà di informazioni geografiche presenti negli studi originali, DBMI adotta un riferimento geografico unico a copertura nazionale che viene continuamente aggiornato e che esprime le coordinate in gradi sessadecimali, secondo il sistema di coordinate geografiche geodetico WGS 84 (World Geodetic System 1984). Nel riferimento geografico, ad ogni località è associato almeno un toponimo (di più nel caso di variazioni storiche), una coppia di coordinate geografiche, un identificativo univoco, e molte altre utili informazioni nel processo di georeferenziazione dei dati originali.

Anche l’intensità macrosismica è spesso espressa con convenzioni diverse. Le intensità possono essere indicate utilizzando numeri romani (es. VI-VII, VIII, IX), numeri arabi (es. 6-7, 8, 9) o possono esprimere le incertezze nell’attribuzione di un grado in modo diverso (es.: 6.5 al posto di VI-VII o 6-7). Per arrivare ad un insieme omogeneo di dati, DBMI15 utilizza un’unica convenzione, presentando le tutte le intensità con numeri arabi interi e, nel caso di stime incerte, indicando i due estremi separati da un trattino (es.: 5-6, 7-8). Nel processare i dati in ingresso, DBMI15 applica rigorosamente le indicazioni delle scale macrosismiche secondo cui non è possibile assegnare una intensità a località troppo piccole, a edifici isolati o a territori. Se le informazioni disponibili non sono considerate sufficienti per stimare l’intensità DBMI15 adotta codici descrittivi più generici, come ad esempio la lettera “D” per indicare un danno generico, o “F” per sentito (“felt” in inglese).

Il catalogo parametrico e il database macrosismico sono entrambi consultabili tramite un sito web dedicato, accessibile all’indirizzo http://emidius.mi.ingv.it/CPTI15-DBMI15/.La consultazione del catalogo permette di accedere ai parametri e ai dati macrosismici dei singoli terremoti a partire sia da un elenco cronologico sia da una mappa degli epicentri. La consultazione di DBMI15 è possibile anche tramite la ricerca per località, a partire dal loro elenco o oppure tracciando un’area geografica sulla mappa. Una volta selezionata una località, viene mostrata la sua storia sismica, sia in tabella sia come diagramma temporale.

CPTI15 v2.0 è utilizzabile liberamente citando la fonte come segue

Rovida A., Locati M., Camassi R., Lolli B., Gasperini P. (2019). Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani (CPTI15), versione 2.0. Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV). https://doi.org/10.13127/cpti/cpti15.2

Rovida A., Locati M., Camassi R., Lolli B., Gasperini P. (2020). The Italian earthquake catalogue CPTI15. Bulletin of Earthquake Engineering. https://doi.org/10.1007/s10518-020-00818-y

DBMI15 v2.0 è utilizzabile liberamente citando la fonte come segue

Locati M., Camassi R., Rovida A., Ercolani E., Bernardini F., Castelli V., Caracciolo C.H., Tertulliani A., Rossi A., Azzaro R., D’Amico S., Conte S., Rocchetti E., Antonucci A. (2019). Database Macrosismico Italiano (DBMI15), versione 2.0. Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV). https://doi.org/10.13127/dbmi/dbmi15.2

 

A cura di Andrea Rovida, Mario Locati, Andrea Antonucci (INGV Milano), e Romano Camassi(INGV Bologna)