Il complesso vulcanico dei Campi Flegrei è in costante sollevamento dal 2005, accompagnato da un numero crescente di piccoli terremoti. Questo fenomeno ha attirato per anni una crescente attenzione nella regione densamente popolata. Sebbene tali fasi di sollevamento e subsidenza si verifichino in quest’area da oltre mille anni, la relazione tra sollevamento del terreno e attività sismica è complessa e non ancora del tutto compresa. Un recente studio, pubblicato sulla rivista Communications Earth and Environment, dimostra ora che l’andamento a lungo termine dell’attività sismica può essere ben spiegato combinando le variazioni di stress all’interno della crosta terrestre con il comportamento di attrito delle faglie geologiche. Gli sciami sismici osservati possono essere spiegati, almeno in parte, dalle interazioni tra i singoli terremoti e modellati con successo come sequenze sovrapposte di repliche.
Il team di ricerca guidato dal Prof. Sebastian Hainzl del Centro Helmholtz per le Geoscienze del GFZ è riuscito a riprodurre con successo i pattern sismici osservati negli ultimi decenni, combinando approcci di modellazione a lungo e breve termine. A tal fine, sono stati analizzati cataloghi sismici e misurazioni altimetriche risalenti al 1905 circa. Un test ha dimostrato che il modello è adatto anche per previsioni probabilistiche a breve termine, in particolare per quanto riguarda la frequenza dei terremoti e la magnitudo massima previste su periodi che vanno da settimane a mesi. Lo studio fornisce quindi un nuovo importante strumento per una migliore valutazione del rischio sismico nell’area dei Campi Flegrei.
Cicli di sollevamento nei Campi Flegrei
Sotto l’agglomerato urbano della metropoli napoletana, che conta 900.000 abitanti, si estende un complesso sistema magmatico composto da diversi serbatoi nella crosta terrestre e nel mantello superiore. Per secoli, i processi magmatici e idrotermali nei Campi Flegrei hanno portato a fasi ricorrenti di sollevamento e subsidenza del terreno, spesso accompagnate da un aumento dell’attività sismica. Occasionalmente, questi cicli culminano in eruzioni vulcaniche che formano nuovi maar o coni. L’ultima eruzione si è verificata nel 1538 a Monte Nuovo, in seguito a fasi di sollevamento tra il 1400 e il 1536, simili alla situazione attuale.
Dal 2005, il terreno ha ripreso a sollevarsi, finora di oltre un metro, accompagnato da un’accelerazione dei terremoti superficiali, il che desta preoccupazione data l’alta densità di popolazione. Fasi di sollevamento simili si sono verificate anche nel XX secolo, in particolare negli anni 1950-52, 1969-72 e 1982-84. In alcuni casi, queste fasi hanno persino portato a misure di evacuazione a causa dell’aumento dell’attività sismica.
Il fenomeno a lungo termine del sollevamento del terreno e della sismicità è attribuito all’aumento di pressione all’interno di un giacimento ricco di gas a una profondità di 3-4 chilometri, piuttosto che all’intrusione di magma.
Nuovo studio esamina i pattern di sismicità della regione
Nel loro ultimo studio, il Prof. Dr. Hainzl, ricercatore presso la Sezione 2.1 “Fisica dei Terremoti e dei Vulcani” del GFZ, il Prof. Dr. Torsten Dahm, responsabile della stessa sezione, e la Dr.ssa Anna Tramelli dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), hanno indagato la causa dei peculiari modelli di sismicità della regione. La loro analisi si basa sulla modellazione dei dati provenienti dai cataloghi sismici e dalla deformazione superficiale.
Quest’ultima deriva da misurazioni di livellamento a lungo termine risalenti al 1905, nonché da dati a breve termine provenienti dalla stazione GPS RITE situata nello stesso sito. I dati di sismicità sono tratti da diversi cataloghi sismici: dal 2005 dal catalogo locale delle magnitudo di durata fornito dall’Osservatorio Vesuviano; su una scala temporale più lunga, utilizzando il catalogo HORUS di magnitudo momento omogeneizzate per i terremoti in Italia dal 1960.
Per indagare i meccanismi alla base dei fenomeni osservati, il team di ricerca ha confrontato e combinato diversi approcci di modellazione.
Sviluppi a lungo termine: sollevamento del terreno e terremoti
Lo studio dimostra che l’attività sismica nei Campi Flegrei è strettamente legata al sollevamento del terreno. Tuttavia, la frequenza dei terremoti non è semplicemente proporzionale alla velocità di sollevamento; dal 2005, ha mostrato una risposta nettamente non lineare e accelerata. I ricercatori dimostrano che, sebbene l’effetto Kaiser, noto dalla meccanica delle rocce, spieghi la relazione fondamentale tra sollevamento e sismicità negli ultimi 100 anni, non è sufficiente per una descrizione dettagliata. L’attività sismica in continua accelerazione, ovvero la relazione non lineare tra sollevamento e sismicità, può invece essere spiegata dal comportamento di attrito e fratturazione noto da esperimenti di laboratorio. È qui che entra in gioco il cosiddetto modello RS (Rate-and-State model).
Sviluppi a breve termine: sciami sismici
Mentre l’andamento della sismicità a lungo termine è correlato al sollevamento tettonico e può essere spiegato dall’accumulo di stress nelle rocce, questo non si applica agli sciami sismici osservati su scala temporale breve. Questi sciami non sono correlati al sollevamento del terreno e sono probabilmente legati a intrusioni episodiche di fluidi e interazioni tra terremoti. “Siamo stati in grado di dimostrare per la prima volta che questi sciami sismici possono essere spiegati, almeno in parte, dalle interazioni tra singoli eventi e che possiedono le caratteristiche tipiche delle sequenze di repliche tettoniche”, spiega Hainzl. Il modello standard per la descrizione statistica delle interazioni sismiche è il cosiddetto Modello di Sequenza di Residui di Tipo Epidemico (ETAS).
Approccio innovativo: combinazione di due modelli
Per cogliere sia la fisica delle variazioni a lungo termine indotte dallo stress, sia le caratteristiche statistiche dell’aggregazione sismica a breve termine, i ricercatori hanno combinato il modello RS, utilizzato per descrivere il tasso di fondo dipendente dal tempo, con il modello di interazione sismica ETAS per gli sciami sismici. “Con questa combinazione, siamo stati in grado di modellare con successo l’occorrenza a lungo termine dei terremoti di maggiore magnitudo (M>3) osservati dal 1960, così come le osservazioni più dettagliate dell’attività sismica con magnitudo inferiori (M>0,5) dal 2005”, riassume Hainzl.
Test di previsione basati su dati storici dimostrano che il modello combinato sviluppato consente previsioni probabilistiche a breve termine dei tassi di sismicità e delle magnitudo massime. “Questo approccio di modellazione ibrido rappresenta quindi uno strumento promettente per migliorare la valutazione del rischio sismico nei Campi Flegrei e, potenzialmente, anche in altri sistemi vulcanici“, conclude Hainzl.