La sequenza sismica del centro Italia del 2016-2017, culminata con i terremoti di Amatrice (Mw 6.1), Visso (Mw 5.9) e Norcia (Mw 6.5), continua a rappresentare uno dei casi di studio più importanti per la sismologia moderna. A quasi dieci anni dagli eventi che sconvolsero il cuore dell’Appennino tra Lazio, Abruzzo, Marche e Umbria, una nuova ricerca dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) permette di comprendere meglio la complessa evoluzione delle faglie e i processi fisici che accompagnano la preparazione di un grande terremoto. Lo studio, curato dai ricercatori P. De Gori e C. Chiarabba dell’INGV, ha utilizzato tecniche avanzate di tomografia sismica per ricostruire la struttura tridimensionale della crosta terrestre e analizzare le variazioni delle proprietà delle rocce prima e durante la sequenza sismica. I risultati mostrano come la preparazione di un terremoto importante non coinvolga in modo uniforme l’intera faglia, ma sia caratterizzata da trasformazioni differenti nelle diverse zone della struttura tettonica: alcune aree tendono a irrigidirsi accumulando energia, mentre altre evolvono verso condizioni di maggiore fragilità fino alla rottura.
Una rete sismica straordinaria per studiare le faglie del centro Italia
Dopo il terremoto di Amatrice del 24 agosto 2016, l’INGV e il British Geological Survey hanno installato una rete sismica temporanea ad alta densità nell’area epicentrale. Questo sistema di monitoraggio ha permesso di registrare decine di migliaia di terremoti, creando uno dei più importanti archivi di dati mai raccolti durante una sequenza sismica italiana. L’enorme quantità di segnali registrati ha consentito di ricostruire con grande precisione la geometria delle faglie attive e di analizzare i processi che governano l’evoluzione delle sequenze sismiche. Per gestire una quantità di informazioni così ampia è stato necessario affiancare alle analisi tradizionali strumenti automatici in grado di individuare rapidamente i segnali prodotti dai terremoti. Attraverso specifici algoritmi sono stati identificati i tempi di arrivo delle onde sismiche P e S, creando in tempo quasi reale un database completo degli eventi registrati. Questi approcci, oggi ulteriormente sviluppati grazie all’intelligenza artificiale applicata alla sismologia, permettono di riconoscere un numero sempre maggiore di terremoti e di studiarne caratteristiche e distribuzione con una precisione impensabile fino a pochi anni fa.
La tomografia sismica come una Tac della Terra
I dati raccolti dalla rete sismica sono stati utilizzati per realizzare una tomografia sismica, una tecnica che consente di ottenere immagini tridimensionali del sottosuolo utilizzando i terremoti come sorgenti naturali. Il principio è simile a quello di una TAC medica: invece dei raggi X vengono analizzate le onde sismiche, che attraversano la Terra modificando la propria velocità in base alle caratteristiche delle rocce attraversate. L’analisi di migliaia di percorsi delle onde P e S ha permesso di ricostruire la struttura interna dell’Appennino centrale, evidenziando zone con velocità più elevate o più basse rispetto ai valori medi. Un elemento fondamentale dello studio è rappresentato dalla stima del coefficiente di Poisson (ν), un parametro fisico che fornisce informazioni sulle condizioni delle rocce. Valori superiori a 0,30 sono generalmente associati a rocce fratturate e ricche di fluidi, mentre valori più bassi indicano materiali più compatti, rigidi e con un minore contenuto di fluidi. Questa informazione ha permesso ai ricercatori di individuare le aree dove la presenza di fluidi in pressione potrebbe aver favorito lo scorrimento delle faglie.
La complessa struttura delle faglie di Amatrice, Visso e Norcia
Uno dei risultati più importanti della ricerca riguarda la natura estremamente complessa del sistema di faglie responsabile della sequenza del 2016-2017. Le faglie normali dell’Appennino centrale, pur potendo essere rappresentate come superfici inclinate lungo cui avviene lo spostamento delle rocce durante un terremoto, non costituiscono strutture semplici e uniformi. Al contrario, sono formate da più segmenti con caratteristiche geologiche differenti. Le immagini ottenute attraverso la tomografia mostrano differenze significative tra la faglia di Amatrice e quella di Norcia. Nel caso della faglia di Amatrice, il terremoto principale ha separato due settori con caratteristiche molto diverse: nella direzione di Campotosto prevalgono valori più bassi del coefficiente di Poisson, mentre nell’area dove si è verificato il maggiore spostamento cosismico sono presenti valori più elevati.
Anche nella faglia di Norcia il terremoto del 30 ottobre 2016, con magnitudo Mw 6.5, e la zona del massimo scorrimento coincidono con un’area caratterizzata da alto coefficiente di Poisson, mentre valori più bassi si osservano a profondità maggiori. Secondo gli autori dello studio, questi risultati indicano che le zone maggiormente coinvolte dalla rottura potrebbero essere state caratterizzate dalla presenza di fluidi in sovrappressione, capaci di ridurre l’attrito lungo la faglia e facilitare il movimento delle rocce. Anche il terremoto di Visso del 26 ottobre 2016 si è verificato in corrispondenza di un settore con valori elevati del coefficiente di Poisson. Diversa invece la situazione nell’area di Amatrice verso Campotosto, interessata anche dagli eventi del 18 gennaio 2017. Qui i bassi valori del parametro potrebbero essere legati all’espulsione dei fluidi avvenuta dopo il primo terremoto oppure alla diversa composizione delle rocce attraversate dalla faglia. In questa zona, infatti, la struttura tettonica attraversa il thrust dei Monti Sibillini, una grande discontinuità geologica che separa rocce carbonatiche da successioni di bacino. Un elemento che conferma quanto la natura delle rocce e la circolazione dei fluidi siano fattori determinanti nell’evoluzione di una sequenza sismica.
Le variazioni nelle rocce prima del terremoto di Norcia
Uno degli aspetti più innovativi della ricerca riguarda lo studio dell’evoluzione temporale delle proprietà della crosta terrestre attraverso la cosiddetta tomografia sismica time-lapse, o tomografia 4D. Questa tecnica, sviluppata dal gruppo di ricerca a partire dal terremoto di Colfiorito del 1997, permette di osservare come cambiano nel tempo le caratteristiche fisiche delle rocce utilizzando i terremoti come sorgenti naturali. Durante la sequenza di Amatrice-Visso-Norcia, i ricercatori hanno elaborato modelli tomografici aggiornati quasi in tempo reale, riuscendo a descrivere l’evoluzione della faglia fino a pochi istanti prima del terremoto di Norcia Mw 6.5. I risultati hanno evidenziato un comportamento particolarmente interessante: la porzione di faglia che avrebbe poi registrato il maggiore scorrimento durante il terremoto del 30 ottobre 2016 mostrava un progressivo aumento della velocità delle onde P.
Questo fenomeno viene interpretato come un processo di aumento della rigidità della faglia, definito stiffening, durante la fase preparatoria del terremoto. Contemporaneamente, nella stessa area aumentava anche il rapporto tra la velocità delle onde P e S, un elemento compatibile con la presenza di fluidi in sovrappressione. Diverso invece il comportamento della zona ipocentrale, cioè il punto in profondità dove ha avuto origine la rottura. Nei giorni immediatamente precedenti al terremoto è stata osservata una diminuzione della velocità delle onde P, interpretata come il risultato di un’intensa fratturazione delle rocce e di un progressivo indebolimento meccanico. Secondo lo studio, queste due evoluzioni opposte dimostrano che la preparazione di un grande terremoto è un processo complesso: mentre alcune porzioni della faglia accumulano energia elastica irrigidendosi, il volume ipocentrale può evolvere verso condizioni favorevoli alla nascita della rottura.
Nessuna previsione dei terremoti, ma una nuova comprensione del ciclo sismico
Gli autori sottolineano che questi risultati non consentono di prevedere i terremoti, un obiettivo che resta ancora fuori dalla portata della scienza attuale. Tuttavia, rappresentano una delle prime osservazioni dettagliate di variazioni delle velocità sismiche prima di un evento principale, offrendo nuove informazioni sui meccanismi fisici che precedono la rottura di una faglia. La tomografia sismica sta quindi trasformandosi da semplice strumento per fotografare la struttura della Terra a tecnologia capace di seguire la sua evoluzione nel tempo. Le reti sismiche ad alta densità, gli algoritmi basati sull’intelligenza artificiale e le moderne capacità di calcolo potranno consentire in futuro aggiornamenti sempre più rapidi dei modelli della crosta terrestre. L’obiettivo non è prevedere quando e dove avverrà un terremoto, ma comprendere sempre meglio il ciclo sismico e i processi che portano una faglia ad accumulare energia fino alla rottura.
Il futuro della ricerca: osservare le faglie in tempo reale
Le nuove strategie di monitoraggio puntano a seguire l’evoluzione delle faglie sia durante grandi sequenze sismiche sia nelle aree caratterizzate dalla cosiddetta sismicità di fondo. Dopo terremoti di forte magnitudo, le reti di osservazione vengono rapidamente potenziate per registrare nel dettaglio la sequenza successiva e analizzare il comportamento della crosta. Un ruolo sempre più importante sarà svolto dai Near Fault Observatories (NFO), osservatori permanenti installati vicino alle faglie attive. Tra questi figura TABOO, nell’Appennino umbro-marchigiano, una rete ad alta densità che permette di monitorare nel tempo le variazioni delle proprietà fisiche della crosta terrestre. L’estensione di questi sistemi nelle aree italiane a maggiore pericolosità sismica potrà offrire nuove opportunità per studiare tutte le fasi del ciclo sismico: dalla deformazione lenta delle rocce fino alla possibile evoluzione verso terremoti più energetici. La ricerca dell’INGV sulla sequenza Amatrice-Visso-Norcia rappresenta così un passo avanti nella comprensione dei terremoti: non una previsione del futuro, ma una conoscenza sempre più dettagliata dei meccanismi profondi che governano una delle forze naturali più complesse e potenti del pianeta.