I e la loro previsione parte prima

1. TERREMOTI I e la loro previsioneparte prima Prof. Roberto Scarpa Ordinario di Fisica Terrestre Direttore Centro Interdipartimentale di Scienze Ambientali Università di Salerno

3. Probabilità e previsione • Una moderna previsione scientifica dei terremoti dovrebbe essere quantitativamente di tipo probabilistico. Nel 1654 Pierre de Fermat e Blaise Pascal si scambiarono lettere nelle quali fondarono la teoria quantitativa della probabilità. Ora a più di 350 anni di distanza un qualsiasi tentativo di previsione senza l’uso diretto del calcolo delle probabilità rappresenta un ritorno al medioevo. Ciò forse è la ragione per cui il pubblico in generale ed i media sono così attratti dal dibattito si/no sulla previsione (Kagan 2007).

4. 1906 SF – 4 m di scorrimento su di una faglia lunga 450 km  3 x 10**16 Joules di energia elastica – equivalenta una bomba atomica di 7 Megaton (Hiroshima fu 0.012 Mt) 1960 Cile – 21 m di scorrimento su di una faglia lunga 800 km  10**19 J di energia elastica(più di una bomba atomica di 2000 Mt – (la più grossa esplosa dai russi nell’atmosfera è stata di 58 Mt)

5. Energie relative di alcuni fenomeni naturali • Confronto tra le energie e le magnitudo equivalenti di alcuni fenomeni naturali (Brumbaugh, 1999)

6. Sommario: • Che cos’è un terremoto e quali sono le cause. • Lo stato dell’arte sulla previsione dei terremoti.

7. Che cos’è un terremoto e quali sono le cause: • Per terremoto indichiamo comunemente lo scuotimento del terreno legato a fenomeni endogeni di varia natura. • La causa principale dei terremoti o meglio del processo sismico risiede in un fenomeno deformativo: le deformazioni della litosfera (parte più rigida della Terra) dovute ai movimenti convettivi del mantello accumulano sforzi fino a provocare scorrimento o rottura delle faglie

8. Frattura sismica

9. Deformazione del suolo del terremoto di San Francisco (1906)

15. Niigata, Giappone (1964)

16. Modello del rimbalzo elastico (Reid, 1911)

17. Schemi di faglie

18. Scale di Magnitudo - Richter Il concettodimagnitudo è statointrodottodalsismologoamericanoRichter (1935)alloscopodifornireunamisurastrumentaleobiettivadellagrandezzadi un terremoto. Contrariamenteall’intensitàsismica, che è basatasullastima e classificazione del dannodovutoalloscuotimento del suolo e allapercezioneumanadi tale scuotimento, la magnitudo M rappresentaunamisurastrumentaledell’intensità del moto del suolo, corretta per la distanzaepicentrale e per la profonditàdellasorgente. La scalaoriginaledi Richter era basatasull’osservazionechel’ampiezza (massima) delleondesismichedecrescevasistematicamente con la distanzaepicentrale. Datiditerremotilocali in California La grandezzarelativadeglieventisismici è calcolatarispetto a un eventodiriferimento, con ML=0, per un evento con A0di 1mm a unadistanzaepicentraledi 100 km e un sismografo Wood-Anderson: ML=log(A/A0)=logA-2.48+2.76D.

19. Lo stato dell’arte sulla previsione dei terremoti:

21. Un problema scientifico importante è rispondere alla domanda “Possiamo prevedere I terremoti? La risposta è probabilmente no, sulla base dello stato presente del’arte. Sono stati finora utilizzati una varietà di metodi: dall’ora del giorno all’allineamento dei pianeti, fino all’irrequietezza dei animali e nessuno di questi si è rivelato soddisfacente. • In generale, una previsione attendibile dovrebbe contenere elementi su dove, quanto grande e quando il fenomeno avverrà, in particolare: • 1. La faglia che si fratturerà • 2. La magnitudo del terremoto • 3. la data (o intervallo di date) del terremoto

22. Hai'cheng e Tangshan Nel 1975 fu dato l’annuncio ufficiale del governo cinese di un successo della previsione di un terremoto di magnitudo 7.5, con l’evacuazione della città di Haicheng in anticipo ed il salvataggio di migliaia di persone da questo tipo di sciagura.Tale euforia ebbe vita breve in seguito ad una visita di ricercatori statunitensi che si recarono nel 1976 in Cina per approfondire le conoscenze su questa predizione. Essi trovarono che tale predizione fu dovuta al risultato di una insolita e pronunciata attività sismica nella regione prima della scossa principale che favorì l’allarme nella regione oltre ad una forma di isteria collettiva associata a dichiarazioni ufficiali in un momento della Rivoluzione Culturale in cui la previsione dei sismi doveva avvenire attraverso il coinvolgimento di masse popolari. Comunque, da qualsiasi punto di vista, tale previsione non è stata accompagnata da una chiara metodologia scientifica da poter essere applicata in altre situazioni o regioni del mondo. A queste considerazione basta considerare che a distanza di un anno, in prossimità della città di Tangshan, un altro terremoto con magnitudo 7.7 avvenne senza previsione e con almeno 250.000 vittime.

23. Danni in unascuola del terremotodi Tangshan nel 1976 Danni in unacondottaidricadovutiallo Spostamentodellafaglia Danno in un monumentostradale

24. La predizione (mancata!) del terremoto del New Madrid nel 1990 Nell’autunno del 1989, il Dott. Iben Browning predisse che un terremoto di grandezza simile a quello avvenuto nel 1811-1812 avrebe colpito la stessa regione il 3 Dicembre del 1990, con una incertezza di 48 ore. Tale previsione era basata sulla ciclicità di 179 anni delle forze mareali dovute al Sole ed alla Luna che produce sforzi sulla Terra. Tali sforzi erano stati rilasciati l’ultima volta nel 1811. Distribuzionedellasismicitànellazonasismica del New Madrid (1980-1990)

25. Il Dott. Browning era un climatologo, noto per aver predetto (?) il terremoto del 1989 a Loma Prieta (California), una settimana prima in un convegno, alla presenza di 500 delegati e delle loro mogli. Egli riportò anche di aver predetto l’eruzione del vulcano St.Helens nel 1980. Collassodi un viadottoduranteilterremotodi Loma Prieta del 1989. Eruzione del vulcano of St. Helens, 1980.

26. Tale predizione fu così specifica ed apocalittica, da provocare isteria collettiva nella regione. I media fecero rimbalzare tale annuncio e rapidamente la popolazione diventò consapevole della minaccia. Le scuole e le fabbriche della regione vennero chiuse e gruppi come la Croce Rossa profusero fondi preziosi per calmare il pubblico. Sfortunatamente la previsione del Dott. Browning, che era senza fondamenti scientifici, non ebbe alcun riscontro.

27. La responsabilità di questa erronea previsione è da attribuire sia a Browning che alla comunità scientifica. Gli scienziati ebbero la responsabilità di chiamare prematuramente Browning “ciarlatano” e non vollero essere coinvoliti con Browning e le sue previsioni. Ciò ricorda molto il recente caso “Giuliani”

28. La predizione in California meridionale del 2004 Più recentemente, nel 2004, un gruppo di ricerca internazionale, guidato dal Dott.Vladimir Keilis-Borok, ha predetto che un terremoto con magnitudo 6.5 avrebbe colpito la California meridionale il 5 settembre di quell’anno. Dr. Vladimir Keilis-Borok

29. Keilis-Borok, un sismologo e geofisico matematico pensò, con il suo gruppo, di aver trovato un metodo basato sul fatto che una catena di piccoli terremoti avesse carattere premonitorio di futuri più grossi terremoti. Con tale metodo il gruppo predisse, “a posteriori” un terremoto di mangitudo 6.3 avvenuto il 22 dicembre 2003 a Paso Robles ed un terremoto di magnitudo 8.3 nel 2003, avvenuto al largo dell’isola di Hokkaido, in Giappone. Regionedella California meridionale in cui ilgruppodiKeilisBorokpredisseilfuturoterremoto.

30. In prossimità di una lunga catena di piccoli terremoti, i sismologi analizzavano la sismicità pregressa in dettaglio e le sue relazioni con I grossi terremoti. Se l’area mostrava alcuni andamenti tipici era rilasciato un allarme nove mesi prima del grosso evento. • Il 6 settembreisismologirealizzaronocheanchequestometodo non era altrocheunodeitantiinsuccessidiunalungalistanel campo dellaprevisione.

31. Nel 1976, l’Accademia Nazionale delle Scienze pubblicò una lista di parametri fisici utilizzabili per la predizione dei terremoti. Questi includevano cambiamenti nella velocità delle onde sismiche, sollevamento ed inclinazione del suolo , emissione del gas radon, resistività elettrica e numero di terremoti locali. Ciò era basato sul modello dilatanza-diffusione elaborato da Scholz (1975) della Columbia University

32. Sfortunatamente le previsionibasatesuquesteedaltretecniche non hannomaimostratodifunzionarecorrettamente, al difuoridialcunicasiisolati. Al contrarioprevisioni a lungoterminedeiterremotisonoeffettuatedastudipaleosismologici. La paleosismologia è lo studio deiterremotiantichimediante lo studio deifossili. Esistonovarimetoditra cui l’analisi del sollevamentodellecoste, la misuradeglianellidiaccrescimento in vecchialberi le cui radiciattraversano le faglie. Metodipiùprecisisonobasatisuscavieffettuati in prossimitàdellefaglie. Tracciamentodistratidiroccia in unafossascavatalungo la fagliadi Hayward Scavolungo la fagliadi Hayward, in Calforniasettentrionale

33. Trincee sono tradizionalmente scavate in prossimità di piegamenti delle faglia. Queste pieghe sono generalmente paludi o acquitrini. Durante lo scuotimento del terreno provocato da un forte terremoto,gli strati di sabbia saturi di acqua possono liquefarsi. Il peso dele rocce sovrastanti ed il suolo causa conseguentemente la risalita di acqua e sabbia in superficie, formando uno strato di sabbia formando bolle o vulcani di sabbia. Questi strati di sabbia possono coprire qualsiasi materiale organico nell’area, trasformandoli nel tempo nella torba, e possono essere datati con il metodo di datazione radiometrico del C14. A seguito di ciò, l’area può tornare a una condizione paludosa, fino al prossimo terremoto, quando il ciclo si ripete. DiscontinuitàneglistratiditorbadellafagliadiS.Andreas in località Pallet Creek

34. Trinceadi 5 metrilungo la fagliadiS.Andreas, in prossimitàdi Pallet Creek. Kerry Sieh ha datatoquestistratiditorba per determinare le date diterremoti del passato.

35. Gli strati scuri sono di torba, databili con il metodo 14C, illustranti un aumento degli spostamenti verticali con la profondità, dovuti allo spostamento cumulativo di terremoti ripetuti. La componente verticale dello spostamento visibile in questa sezione è una piccola percentuale dello spostamento effettivo, che è principalmente orizzontale (transcorrente), e quasi ortogonale alle pareti della trincea, con il blocco a destra che si muove verso l’osservatore. Il letto di torba più in alto è stato depositato dal terremoto del 1857, mentre quello inferiore da un terremoto avvenuto intorno all’800 d.C. Sieh (1978). Sezionedellafagliadi San Andreas, paretesud-est, espostanellatrinceadiPallett Creek, Calif., 55 km NE di Los Angeles.

36. Previous San Andreas fault ruptures at Pallett Creek (Mojave section) Preferred Event Date Possible Date Range Years Until Next Event January 9, 1857 January 9, 1857 greater than 147 December 8, 1812 December 8, 1812 44.08 1480 A.D. 1465 - 1495 A.D. 332 1346 A.D. 1329 - 1363 A.D. 134 1100 A.D. 1035 - 1165 A.D. 246 1048 A.D. 1015 - 1081 A.D. 52 997 A.D. 981 - 1013 A.D. 52 797 A.D. 775 - 819 A.D. 200 734 A.D. 721 - 747 A.D. 63 671 A.D. 658 - 684 A.D. 63 before 529 A.D. ??? - 529 A.D. greater than 142 Dalla Tabella sopra riportata si evince che le rotture della faglia di S.Andreas dovute a terremoti di grossa magnitudo (M> 8.0) avvengono in media ogni 145 anni. C’è però una grossa variazione. Gli intervalli maggiori sono superiori a 300 anni mentre quelli minori sono di 52 anni

37. Wallace Creek • Un numero di piccoli calanchi attraversa la faglia di San Andreas lungo la piana di Carrizo. Questi calanchi scorrono direttamente lungo la faglia, ma ora sono deviati dal movimento trascorrente della faglia. Ad esempio, Wallace Creek è spostato di 130 m lungo la faglia. I sedimenti depositati nel canale Wallace Creek prima della sua apertura sono vecchi 3700 sulla base del metodo C14. La velocità di scorrimento corrisponde all’ammontare della deformazione – 130 metri – divisi per l’età dell’apertura del canale che è – 3,700 anni – forniscono un valore di 3.5 cm per anno. Fagliadi San Andreas

38. Durante il grande terremoto di Fort Tejon del 1857 il canale fu spostato di circa 9-12 metri. Quanto tempo occorre quindi per accumulare uno spostamento pari a quello rilasciato durante questo terremoto? Per trovarlo basta dividere lo scorrimento osservato nel 1857 (9-12 metri) per la velocità dello spostamento (3.5 cm/anno) al fine di ottenere una stima dell’intervallo di ricorrenza per questa parte della faglia. Gli studi paleosismici indicano che il precedente evento che era avvenuto fu intorno al 1480, un intervallo pari a 370-380 anni, che si accorda con queste stime. Basandoci sul valore inferiore di questa stima, pari a 257 anni, non aspettiamo una rottura di questo segmento (Il Big One) prima dell’anno 2100. Mappageologicaillustrante le relazioniosservatenellefotoprecedenti.

39. L’esperimento Parkfield Le registrazioni sismiche in California hanno mostrato che terremoti di grandezza intermedia ( ML 5.5 - 6) sono avvenuti vicino alla città di Parkfield, ubicata nella California centrale, sono avvenuti nel 1901, 1922, 1934 e 1966. C’è anche evidenza di terremoti simili avvenuti nel 1857 e 1881.

40. Una semplice sottrazione suggerisce un andamento con tempi di ricorrenza quasi costanti, di circa 22 anni. Se questo andamento, quasi-periodico, fosse stato ripetuto, un altro terremoto era atteso a Parkfield intorno al 1988. Come risultato di queste considerazioni fu intrapreso il primo esperimento di previsione dei terremoti negli USA, mediante l’installazione di una serie di strumenti sensibilissimi: da sismometri ultrasensibili in pozzi profondi a speciali geodimetri laser. In pratica gli americani sperimentarono tutto quanto poteva essere ritenuto utile misurare ai fini di identificare possibili fenomeni premonitori. Geodimetro laser chemisuracambiamentinelladistanzalungo la fagliadiS.Andreasvicino a Parkfield. Cambiamentidelladistanzapossonoindicare un precursorediterremotiincombenti, secondo la teoriadelladilatanza-diffusione.

41. Parte centrale della faglia di S.Andreas in California. C’è una sezione (colorata in verde) in deformazione continua che separa delle sezioni bloccate a nord di San Juan Bautista e a sud di Cholame. La sezione Parkfield (evidenziata in rosso) rappresenta una zona di transizione tra la zona a scorrimento continuo e la sezione bloccata a sud. Quest’ultima è stata sede del terremoto del 1857 di Fort Tejon che rappresenta il famigerato “big one” capace di apportare distruzione a Los Angeles

42. Terremoti significativi avvenuti lungo la sezione Parkfield della faglia di S.Andreas. Gli intervalli sono abbastanza regolari:1857, 1881, 1901, 1922, 1934 e 1966. Il successivo terremoto era stato anticipato nell’intervallo temporale 1988-1993.

43. La somiglianza delle forme d’onda registrate nel 1922, 1934 and 1966, mostrata nella figura in basso, è possibile solo se le aree sorgenti sono le stesse per tutti e tre gli eventi sismici. La Figura illustra le componenti EO del moto registrate ad uno sismometro Galitzin all’Osservatorio De Bilt, in Olanda. Le registrazioni del terremoto del 1922 (in nero) e degli eventi di Parkfield del 1934 e 1966 (in rosso) sono quasi simili, suggerendo sorgenti virtualmente identiche.

44. Terremoto di Parkfield - Previsione riuscita? La previsione del terremoto di Parkfield è stata soddisfatta il 28 settembre del 2004, con un terremoto di Mw 6.0 avvenuto alle 10:17 del mattino.

45. L’analisi del terremoto di Parkfield del 2004 mostra la sua differenza rispetto ai precedenti. Tale evento si enucleò a sud, con il fronte di rottura avanzato verso nord. Differentemente dagli eventi del 1934 e 1966 tale evento non è stato preceduto immediatamente da altre scosse con M=4.5 (17 minuti). Infine l’intervallo di 38 anni osservato tra il 1966 e 2004 è stato il più lungo dell’intero periodo di osservazioni (147 anni) In ogni caso la previsione del luogo, magnitudo, verso di scorrimento, limiti della frattura e probabilità di frattura fu corretta. Ciò rafforza la convinzione su simili previsioni per l’area di Los Angeles e della baia di San Francisco. Inoltre tale previsione fu basato sull’analisi di dati geofisici, su ricerche pubblicate e su principi fisici fondamentali. L’evento del 2004 dimostra la validità dell’approccio ed il valore di raccogliere dati che riguardano il problema dei terremoti. Rimane ovviamente ancora la sfida di prevedere accuratamente il tempo in cui avverranno futuri terremoti. Ponte lungo la fagliadiS.Andreasdanneggiatodalterremotodimagnitudo 6.0 del 28 Settembre, 2004.

46. Sismicità nella regione del NankaidoGiappone

47. La previsione del terremoto del Tokai (M=8.4)

48. Il sistema di previsione della JMA dei terremoti nella regione del Tokai si basa sulla possibilità di rilevare uno scorrimento asismico da poche ore a qualche giorni prima del terremoto atteso di M=8.4. Tale previsione si basa sulle osservazioni fatte nel terremoto di Tonankai del 1944 e su modelli teorici dello scorrimento della zona di subduzione.Il sistema sperimentale di osservazioni è basato su una rete di 31 strainmeters Sacks-Evertson installati dal Dott. Suhehiro tra il 1975 ed il 1980 a profondità tra i 150 e 200 m.