Costruire un puzzle per comprendere la fisica dei terremoti

La conoscenza dei terremoti, e di conseguenza la stima del rischio a essi associato, ha come prerequisito la comprensione dei processi fisici che li determinano.

Ma come si possono studiare i processi che si generano ad alcuni kilometri di profondità nella crosta terrestre e quindi in luoghi inaccessibili? Il progetto GLASS (InteGrated Laboratories to investigate the mechanics of ASeismic vs. Seismic faulting) affronta questa sfida mediante uno studio interdisciplinare che cerca di integrare studi innovativi provenienti da differenti discipline.

Negli ultimi quaranta anni i terremoti più distruttivi del territorio italiano si sono generati su faglie a profondità comprese tra 5 e 10 km e quindi in luoghi dove è impossibile eseguire osservazioni dirette. Pertanto per caratterizzare la fisica di terremoti, si possono raccogliere dati a distanza (studi sismologici e geodetici), fare osservazioni di terreno su antiche faglie non più attive (studi geologici) ed esperimenti in laboratorio su faglie di dimensioni molto limitate (esperimenti di meccanica delle rocce).

La possibilità di aprire nuove linee di ricerca, che possano portare a importanti scoperte, è legata all’abilità dei ricercatori di integrare i dati provenienti dalle differenti discipline al fine di comporre il puzzle della fisica dei terremoti. Inoltre, per una ricerca innovativa sono necessarie infrastrutture all’avanguardia che garantiscano l’acquisizione di dati originali e tali da lavorare a condizioni sperimentali ancora inesplorate.

A tal fine con il progetto GLASS sono stati installati dei sismometri in pozzi profondi 250 m che permettono di migliorare la qualità di registrazione dei terremoti; si stanno svolgendo studi geologici per caratterizzare i processi di scivolamento lungo piani di faglia fossili; si è costruita una nuova strumentazione che permette di creare dei micro-terremoti in laboratorio.

Costruire il puzzle

Le registrazioni dai sismometri in pozzo permettono una migliore caratterizzazione della fisica del terremoto mediante una maggiore risoluzione del segnale e una registrazione a più alta frequenza. Il tipo di faglia dove si genera il terremoto è identificato attraverso profili di sismica a riflessione. Studi geologici su faglie simili, ma fossili, perché non più attive e ora esposte in superficie a causa delle forze tettoniche e dell’erosione, sono utilizzati per caratterizzare i processi di scivolamento nel lungo termine (milioni di anni).

Questi processi sono studiati mediante un approccio innovativo che permette la caratterizzazione delle rocce fino alla scala degli atomi. La permeabilità e le proprietà di attrito delle faglie sono studiate mediante esperimenti di laboratorio. Inoltre, in questi esperimenti si possono generare dei micro-terremoti che sono poi comparati con quelli naturali ad alta risoluzione registrati dai sismometri in pozzo.

Questo studio altamente integrato sta producendo risultati innovativi sulla comprensione dei processi di scivolamento lungo le faglie e quindi sulla fisica del terremoto. Si è in grado di caratterizzare la fisica di questi processi dalla scala kilometrica a quella degli atomi e nell’intervallo di tempo che va dal terremoto (alcuni secondi) all’intera storia evolutiva della faglia (milioni di anni).

La ricerca sta sviluppando anche nuove conoscenze che hanno importanti ricadute per alcuni settori industriali (geotermia, sequestro di CO2, industria del petrolio) e applicativi (idrogeologia, scivolamento di frane e ghiacciai).

Fonte: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)