Verso un’allerta precoce dei sismi con misure di gravità


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Mappa del sisma di Tohoku dell’11 marzo 2011.


I terremoti provocano una ridistribuzione delle masse della crosta terrestre che genera cambiamenti osservabili del campo gravitazionale del pianeta: utilizzando appositi strumenti, è possibile rilevare una rottura di faglia prima che le onde sismiche arrivino alla superficie. Lo ha dimostrato una nuova analisi dei dati del sisma che nel 2011 provocò l’incidente di Fukushima, aprendo la strada all’ipotesi di una rete globale di allerta precoce basata su misure di gravità.

La rilevazione dei segnali gravitazionali prodotti dai terremoti potrebbe migliorare i tempi di allerta precoce di terremoti e tsunami, purché venga sviluppata una nuova generazione di strumenti  progettati appositamente per questo scopo.   A stabilirlo è un nuovo studio pubblicato su “Nature Communications” da Jean-Paul Montagner, dell’Institut de Physique du Globe dell’UMR/CNRS di Parigi, e colleghi di una collaborazione internazionale di istituti di ricerca, tra cui la sezione di Firenze dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (INFN) e l’Università di Urbino.

Gli attuali sistemi di allerta dei terremoti si basano sulla rilevazione di onde sismiche mediante strumenti – i sismografi – che misurano le oscillazioni del terreno. Si tratta di misure dell’onda sismica arrivata in superficie, che quindi sono successive alla rottura di faglia, cioè dell’evento che avviene in profondità, nell’ipocentro, ed è responsabile della liberazione dell’energia.

Una misurazione alternativa dei sismi si basa su metodi gravitazionali. I terremoti infatti provocano una ridistribuzione delle masse che genera cambiamenti osservabili del campo gravitazionale terrestre.

Questo effetto è sperimentalmente ben documentato: alcuni studi hanno misurato differenze tra i valori di gravità statica prima e dopo un sisma. In questi casi le misurazioni sono state condotte da Terra con gravimetri molto sensibili e dallo spazio con gradiometri montati su satellite. Tuttavia, i segnali rilevati sono successivi alla rottura di faglia, e perciò non sarebbero utili per lanciare un’allerta.

Alcuni studi teorici però hanno previsto che, durante una rottura, dovrebbe essere possibile osservare a livello globale un segnale di variazione della gravità prima dell’arrivo in superficie delle onde sismiche, purché però siano rispettate alcune condizioni.

In generale, ci si aspetta che il segnale di gravità sia molto piccolo rispetto al rumore sismico che influenza tutti i sensori gravitazionali. Così per massimizzare la probabilità di rilevazione, è necessario considerare un sisma di enormi dimensioni, registrato in un ambiente a basso livello di rumore sismico.

Inoltre, il punto di rilevazione dovrebbe essere abbastanza lontano dall’ipocentro, in modo da avere a disposizione un consistente intervallo di tempo tra la rottura della faglia e l’arrivo delle onde sismiche, ma abbastanza vicino da non essere influenzato dal rapido decadimento del campo gravitazionale con la distanza.

Per verificare questa ipotesi, Montagner e colleghi hanno analizzato il sisma di Tohoku-Oki dell’11 marzo del 2011, tristemente famoso per lo tsunami che provocò il conseguente disastro della centrale nucleare di Fukushima.

Il sisma ebbe come epicentro un punto nell’Oceano Pacifico a 70 chilometri a est della regione giapponese di Tohoku, e come ipocentro un punto a circa 30 chilometri di profondità. La sua magnitudo fu di 9: un valore eccezionale, che ha fatto classificare il sisma come il più intenso mai registrato in Giappone e il quarto nel mondo.

I dati considerati dai ricercatori erano quelli raccolti da un gravimetro situato nell’osservatorio sotterraneo di Kamioka, che ha garantito la presenza di condizioni sperimentali ottimali per le misurazioni gravimetriche, e quelli di sei strumenti della rete sismografica giapponese F-net. Dal confronto, è emerso per la prima volta un segnale di gravità che può essere osservato prima dell’arrivo delle onde sismiche.

Il risultato è estremamente promettente, perché potrebbe rappresentare il punto d’inizio per lo sviluppo di un metodo gravitazionale di allerta precoce. Per arrivare a questo obiettivo, tuttavia, è indispensabile sviluppare un’intera rete mondiale di gravimetri e gradiometri, accanto a quella di sismografi già presente.

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