Il nuovo modello italiano di pericolosità sismica e la sua effettiva capacità di difenderci dai terremoti

“L’approccio neo-deterministico (NDSHA) è l’alternativa affidabile all’uso diffuso dell’approccio probabilistico (PSHA) che è risultato del tutto inaffidabile": le riflessioni del Prof. Panza sul modello MPS19

In una conferenza online dal titolo “Nuove Anticaglie”, il Prof. Giuliano F. Panza, membro dell’Accademia Nazionale Lincei, dell’Accademia Nazionale delle Scienze detta dei XL, dell’Accademia Europea e della Russian Academy of Sciences di Mosca, professore onorario della Beijing University of Civil Engineering and Architecture, ha affrontato un ossimoro: il nuovo modello italiano di pericolosità sismica (MPS19) e la sua effettiva capacità di difenderci dai terremoti, di sicuro interesse per la protezione civile (https://www.accademiaxl.it/conferenza-del-socio-giuliano-f-panza-alcune-riflessioni-sul-modello-italiano-di-pericolosita-sismica/)

L’approccio neo-deterministico (NDSHA) è una valida ed affidabile alternativa, già disponibile dall’inizio del millennio e confermata da diversi terremoti recenti, all’uso diffuso dell’approccio probabilistico (PSHA) che è risultato invece del tutto inaffidabile, anche perché affetto da fondamentali errori matematici e fisici. E MPS19 non è esente da tali limiti.

I terremoti non si possono prevedere con precisione”, contrariamente a quanto viene sempre detto, ossia che “i terremoti non si possono prevedere affatto”. Quest’ultima affermazione è sbagliata e fuorviante. Prevedere un terremoto vuol dire prevedere “dove”, “quando” e “quanto forte”: sono tre le quantità che devono essere specificate simultaneamente affinché si possa fare una previsione verificabile. Non basta specificare “dove e quando”(ma non quanto forte), nemmeno “dove e quanto forte” (ma non quando)  e neppure “quando e quanto forte”(ma non dove); in assenza di una delle tre quantità, in generale, si può sempre trovare un evento che soddisfa la previsione basata su due di esse. Le mappe. Gli scenari di pericolosità rispondono a due quesiti: “dove” e “quanto forte”, spiega il Prof. Panza.

Pericolosità sismica

L’approccio PSHA si basa sulla capacità di descrivere statisticamente la probabilità di occorrenza dei forti terremoti; purtroppo i modelli utilizzati ed i dati disponibili sono del tutto inadeguati. Il catalogo storico di terremoti è molto limitato temporalmente, rispetto ai tempi geologici, pertanto PSHA è inadeguato per la protezione efficace dalla pericolosità sismica, anche in Italia dove il catalogo copre almeno un millennio. Inoltre il metodo PSHA è difficilmente falsificabile. Se in una certa zona PSHA dichiara che nei prossimi 50 anni la probabilità, P, di un evento sismico con intensità>Y è del 10%, un evento con intensità molto maggiore di Y non falsifica la previsione. C’è, infatti, pur sempre una probabilità del 10% che avvenga il sisma più forte. Se invece l’evento maggiore di Y non avviene, allora il metodo sarebbe comunque nel giusto. Se la probabilità annuale di non superamento è (1-P), la probabilità biennale di non superamento è (1-P)X(1-P), la probabilità cinquantennale di non superamento è (1-P)50. Tale probabilità di non superamento può essere uguagliata per legge a certi valori percentuali. Se la poniamo al 10%, sarà: (1-0,10)=0,90. Pertanto (1-P)50=0,9, da cui si ricava P=0,002105”, spiega l’esperto.

Un passaggio di PSHA, totalmente errato e destituito di ogni fondamento, è che se il terremoto indicato ha una probabilità annuale di superamento pari a 0,002105, allora il suo periodo di ritorno deve essere (1/0,002105) anni, ovvero circa 475 anni. Questo è uno dei punti teoricamente errati che sono alla base degli insuccessi frequentissimi di PSHA. E l’errore è simile a quello commesso da chi, stabilito che la probabilità di uscita del 3 con un lancio di dado è 1/6, volesse concludere che il 3 ritorna ogni 6 lanci. Il metodo probabilistico è parascientifico. Esso, infatti, non è falsificabile nell’immediato, contrariamente a quanto richiesto dalla scienza”, continua.

Illogico, irrazionale, infondato, il ragionamento parascientifico sotteso a PSHA è però alla base di svariate normative sismiche per le costruzioni, in vigore in varie parti del mondo, inclusa l’Italia. È forte la confusione tra “scientificamente accettato” e “accettato dalla maggioranza”, due concetti assai distinti dato che la scienza non è democratica – il consenso non garantisce la validità di una teoria. In realtà, da anni esistono chiare evidenze che PSHA è sbagliato, ma il problema è: quando la parascienza ha crisma di legge, rimuoverla è difficilissimo”, afferma Panza, aggiungendo: “La Gazzetta Ufficiale fornisce gli scuotimenti sismici (pericolosità – PGA) su una maglia di 5,5 km di lato e per nove “periodi di ritorno” tipici, con 3 o 4 cifre significative per lo scuotimento e l’affollamento dei numeri è evidente. Ma la precisione fornita è realistica? La risposta è no”.

Perché i tempi di ritorno sono una chimera? Basta vedere la carta (a destra) che indica la sismicità nell’arco calabro, dove si hanno informazioni relativamente complete per terremoti di intensità macrosismica(IMCS) > X e da qui, si nota come ricavare periodi di ritorno non sia privo di senso fisico. Si potrà trovare l’occorrenza media ma non ha molto senso pratico perché ci sono periodi lunghissimi di non attività e dei periodi in cui c’è un accumulo di eventi forti. Lo stesso vale per tutta l’Italia. Le affermazioni scientifiche, invece, devono avere la verifica sperimentale, debbono poter essere falsificate da nuove evidenze sperimentali ed essere superate da teorie, più generali (ovvero in grado di spiegare più fenomeni) o più semplici (ovvero tali da ottenere con maggior eleganza e semplicità il medesimo risultato). Questo è quello che ci ha ispirato a porre le basi, circa 20 anni fa, per l’analisi neo-deterministica della pericolosità sismica (NDSHA)”, aggiunge Panza.

Le mappe della pericolosità sismica globale GSHAP (lanciate nel 1992) si sono rivelate indiscutibilmente fuorvianti in occasione del disastroso terremoto di Haiti del 2010. Poi, dopo il mega-terremoto e lo tsunami di Tohoku del 2011, è stato dimostrato che l’inadeguatezza delle mappe GSHAP avrebbe potuto essere  rivelata persino al momento della loro data di pubblicazione ufficiale nel 1999 (Kossobokov e Nekrasova 2011, 2012). Nonostante questa serie di fallimenti, nel 2015 è stato comunque pubblicato il “Programma globale di valutazione del rischio sismico – eredità GSHAP”, dove, fra l’altro, si legge: “Perché la mappa della pericolosità sismica GSHAP ha avuto successo?”. La domanda avrebbe ovviamente dovuto essere: “La mappa della pericolosità sismica GSHAP ha avuto successo?”, afferma Panza.

Ma il problema non è solo questo. Infatti, ci sono simili problemi per GEM e MPS19, prodotti successivi al GSHAP. Nella pubblicazione (eredità GSHAP) si legge anche: “Global Earthquake Model (GEM) va oltre GSHAP e mira non solo alla definizione di una pericolosità sismica globale completamente armonizzata, trasparente e all’avanguardia, ma anche ad un modello di rischio sismico”. Il progetto GEM è sulla strada sbagliata se continua a basare le stime di rischio sismico sul metodo standard PSHA, presumendo che la pericolosità così calcolata possa essere utilizzata e comunicata formalmente alla popolazione per la definizione del rischio accettabile. GEM è stato proposto circa 10 anni fa, aggiungendo più di un orpello alla stessa filosofia generale di GSHAP. Quanto altro tempo si dovrà aspettare e quante altre vittime saranno necessarie per dimostrare che GEM è sbagliato quanto GSHAP?”, si chiede Panza.

Tra i fallimenti di PSHA in Italia, Panza cita il terremoto dell’Aquila del 2009, il terremoto dell’Emilia del 2012, quello di Amatrice del 2016 e quello di Ischia del 2017 che, pur leggero, ha causato due vittime e danni rilevanti. Il PGA (massima accelerazione del suolo) osservato è di gran lunga eccedente il PGA stimato dalla normativa, evidenzia Panza. Di recente, è stato pubblicato un nuovo modello di pericolosità sismica per l’Italia, chiamato MPS19 (per approfondire: https://www.meteoweb.eu/2021/04/nuova-mappa-pericolosita-sismica-italia/1663113/). Panza definisce il vecchio modello di pericolosità sismica per l’Italia, MPS04, un “artefatto matematico” per via delle dettagliate colorazioni che però non hanno nulla a che fare con la realtà, perché “la maggior parte dei dati sottesi a questa carta sono intensità e le intensità macrosismiche sono, per definizione, un insieme di dati discreti”. La mappa MPS04 è stata ricolorata con una scala regolare (progressione geometrica ?2 ×) e molto meno dettagliata, ma compatibile con la quantità d’informazione dei dati macrosismici, che costituiscono la maggior parte dei dati contenuti nei cataloghi sismici ufficiali in Italia. Poi, all’annuncio della MPS19, è comparsa la terza carta visibile nell’immagine a destra, che inizia ad essere un po’ più “rossa”, anche se presenta ancora molte zone di colore azzurro. Nelle mappe, è evidenziato il terremoto dell’Emilia: nella mappa MPS04, il sisma è inserito in una zona verde, quindi a bassa pericolosità sismica, mentre nella mappa centrale ricolorata è inserito in una zona a pericolosità sismica maggiore; cambiamento che si riflette anche nella terza mappa dell’immagine.

Dietro alla carta probabilistica, c’è una violazione della definizione di intensità macrosismica perché vengono arbitrariamente introdotti dei valori intermedi di intensità. Lo scopo di considerare valori intermedi di intensità è quello di convogliare l’idea che si possegga una precisione molto maggiore di quella effettivamente disponibile, con un eccessivo numero di cifre significative cui si deve la grossolana forzatura registrata nelle nostre Norme Tecniche per le Costruzioni: PGA al substrato roccioso, con una precisione, per interpolazione spaziale di 50 metri e 4 cifre significative. Ma non esiste una scala dell’intensità macrosismica con valori intermedi”, precisa Panza. La mappa MPS19 rimane, tuttavia, con una scala incredibilmente dettagliata, che non è possibile se confrontata con il reale potere risolutivo dei dati di intensità macrosismica.

Dal confronto tra la mappa MPS19 e la mappa NDSHA del 2001, in cui è evidenziato il terremoto dell’Emilia del 2012, emerge che l’epicentro è localizzato in un’area a pericolosità sismica elevata (0,20-0,35)g nella mappa NDSHA, mentre nella mappa MPS19 del 2021 la pericolosità varia nell’intervallo (0,125-0,175)g, malgrado la pericolosità osservata sia stata maggiore di 0,25g. Pur considerando che entrambe le mappe forniscono lo scuotimento del suolo su roccia, nella mappa NDSHA, realizzata nel 2001 e dunque prima che si verificasse il terremoto dell’Emilia del 2012, il massimo dell’accelerazione osservata rientra nell’intervallo indicato, mentre la mappa MPS19 ha sottostimato l’evento, ha evidenziato Panza.

“È importante sottolineare la rilevanza di NDSHA perché questo tipo di approccio è già descritto nelle Norme Tecniche del 2008, in cui si legge: “L’uso di accelerogrammi generati medianti simulazione del meccanismo di sorgente e della propagazione è ammesso a condizione che siano adeguatamente giustificate le ipotesi relative alle caratteristiche sismogenetiche della sorgente e del mezzo di propagazione”. E questi sono proprio i pilastri su cui si basa NDSHA”, afferma Panza.

Previsione dei terremoti

Le previsioni a medio termine temporale e medio raggio spaziale specificano sia “dove”, in aree definite a priori e con estensione di alcune centinaia di chilometri, sia “quando”, con incertezza di mesi sia “quanto grande” può verificarsi un terremoto con magnitudo superiore ad una soglia prefissata. Tali previsioni che hanno raggiunto una notevole significatività statistica, cioè si può escludere con elevata confidenza che i risultati conseguiti siano casuali, e, in sinergia con NDSHA, consentono la definizione affidabile della pericolosità sismica dipendente dal tempo”, spiega Panza.

L’esperto, poi, afferma che è sbagliato o almeno fuorviante dire che “i terremoti non si possono prevedere”, perché in tal caso “non resta che costruire in modo sicuro. Ciò può valere per nuove costruzioni ma quali possono essere le azioni preventive di retrofitting (rinforzo) sull’esistente? Per le nuove costruzioni si deve poi fare affidamento su carte PSHA, che si sono mostrate inaffidabili da oltre 20 anni. Gli Amministratori possono giustificare la non-attività preventiva sulla base del fatto che i terremoti non si possono prevedere”, argomenta Panza. “Ma se invece si dice “i terremoti non si possono prevedere con precisione”, il discorso cambia. È possibile, quindi necessario e doveroso per gli Amministratori, predisporre azioni preventive a medio termine, fra l’altro descritte schematicamente dall’UNESCO già nel 1977. Ma sul giornale della protezione civile del 2012 si legge: “Le previsioni (dove, quando e quanto forte) attualmente hanno un margine di errore e di incertezza troppo ampio per poter essere utilizzate nella pratica”. Quindi si ammette che è possibile la previsione a medio termine spazio temporale, ma si insiste sulla non utilizzabilità pratica, nonostante le indicazioni UNESCO del 1997”, evidenzia Panza.

L’alleanza tra Sismologia e Geodesia consente inoltre di ridurre le incertezze in gioco, fornendo la previsione a medio termine temporale (incertezza di mesi) e corto raggio spaziale (incertezza di alcune decine di chilometri) in ambito NDSHA”, aggiunge l’esperto. L’analisi retrospettiva della crisi sismica in Italia Centrale del 2016-2017 e del terremoto dell’Emilia del 2012 ha mostrato che è possibile identificare zone con ridotte dimensioni spaziali dove, in caso di allarme, dovrebbero essere concentrate le azioni preventive. Questi risultati sono alla base  della elaborazione, già in fase avanzata, di un piano che interessa tutta l’Italia: realizzare un monitoraggio simultaneo delle deformazioni lungo profili GPS/GNSS e delle previsioni a medio termine, ha spiegato Panza.

L’esperto conclude affermando che “l’approccio probabilistico suggerisce una precisione spropositata rispetto a quella che è effettivamente possibile con i dati a disposizione e illude chi lo usa” e che, considerando che NDSHA fornisce informazioni affidabili e validate da tutti gli eventi più forti registrati in Italia nel nuovo millennio, “forse(?) è almeno il caso di valutare l’utilizzo corrente dei due approcci in modo parallelo, come anche suggerito nelle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC08 e NTC18)”. In conclusione Panza ha annunciato l’utilizzo di NDSHA nel progetto internazionale di protezione civile, in chiave preventiva, “China Seismic Experimental Site – Natural laboratory of earthquake science for seismic disaster resilience” condotto dalla China Earthquake Administration nell’area colpita dal terremoto di Wenchuan del 2008 (http://124.17.4.85/en/).

 

Kossobokov e Nekrasova 2011, 2012 (PDF) Global Seismic Hazard Assessment Program Maps Are Misleading. disponibile a: https://www.researchgate.net/publication/234264464_Global_Seismic_Hazard_Assessment_Program_Maps_Are_Misleading [accessed May 07 2021].