L’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) ha realizzato il video dell’animazione della propagazione sulla superficie terrestre delle onde sismiche generate dal terremoto di Mw 5.9 delle ore 21.18 del 26 ottobre 2016 che ha coinvolto le province di Macerata, Rieti, L’Aquila, Perugia e Ascoli Piceno.
Le onde di colore blu indicano che il suolo si sta muovendo velocemente verso il basso, quelle di colore rosso indicano che il suolo si sta muovendo verso l’alto. L’intensità del colore è maggiore per spostamenti verticali più veloci.
Ogni secondo dell’animazione rappresenta un secondo in tempo reale. Sono rappresentati i primi 85 secondi a partire dall’origine dell’evento sismico.
Non si tratta di un’animazione artistica ma della soluzione delle equazioni che descrivono il processo di propagazione.
La velocità e l’ampiezza delle onde sismiche dipendono dalle caratteristiche della sorgente sismica, dal tipo di suolo che attraversano e anche dalla topografia. Queste, dunque, non si propagano in maniera uniforme nello spazio e, di conseguenza, luoghi posti alla stessa distanza dall’epicentro risentono del terremoto in maniera diversa. In questo caso si osserva che le onde si sono propagate con più intensità e più a lungo verso Nord-Est, lungo le coste delle regioni adriatiche, verso il Lazio e la Toscana Meridionale.
L’animazione è generata attraverso la seguente procedura:
1) le onde sismiche sono registrate dai sismometri della Rete Sismica Nazionale dell’INGV e vengono analizzate per determinare i parametri fondamentali del terremoto: epicentro, tempo origine e magnitudo. Per i terremoti con magnitudo
superiore a 3.5 viene calcolato anche il “tensore del momento sismico” che è una descrizione matematica delle forze in gioco sulla faglia che ha generato l’evento.
2) viene costruito un modello tridimensionale della regione interessata che include complessità geologiche come la Moho e la presenza di suoli “soffici” (come i sedimenti alluvionali della Pianura Padana e di alcuni bacini appenninici).
La tomografia sismica è un metodo usato per lo studio dell’interno della terra in cui determinare la velocità delle onde sismiche attraverso l’analisi dei sismogrammi. In figura alcune sezioni del modello tomografico 3D utilizzato in questa simulazione. I colori rappresentano le diverse velocità delle onde sismiche P, dal rosso (2000 m/s) nelle aree con velocità minori (bacini alluvionali) fino al blu scuro (8000 m/s) nelle aree più veloci. (Di Stefano & Ciaccio 2014)
3) utilizzando il modello 3D ed il tensore momento sismico, viene simulata la propagazione delle onde sismiche tenendo conto della risposta sismica locale, come l’amplificazione delle onde nei bacini alluvionali (terreni soffici) e l’aumento di velocità delle onde in terreni rocciosi.
Le equazioni sono risolte attraverso il software SPECFEM3D (Peter et al. 2012, ), al cui sviluppo collaborano ricercatori INGV.
4) i sismogrammi e l’evoluzione dei valori della velocità del suolo sulla superficie terrestre sono salvati e visualizzati attraverso Paraview ()
Questo tipo di simulazioni è possibile solo recentemente, da quando sono disponibili supercomputer che permettono di eseguire calcoli in parallelo. Per questa simulazione (relativamente piccola) sono stati utilizzati 512 processori, per un totale di 5000 minuti di tempo calcolo e 256 GB di memoria.
L’analisi della differenze tra i sismogrammi prodotti da questo tipo di simulazioni e quelli misurati in realtà, offrono informazioni cruciali non solo per la determinazione della sorgente sismica e delle caratteristiche del sottosuolo ma anche per la previsione delle scuotimento del suolo prodotto da ipotetici eventi sismici.
Dettaglio tecnico:
per ridurre i tempi di calcolo e viste le limitate conoscenze attuali dei dettagli del sottosuolo, la simulazione a scala italiana di questa animazione è relativamente “a bassa frequenza”, visualizza cioè le frequenze delle onde fino a 0.5 Hz. Questo significa che il fronte d’onda “interagisce” con oggetti delle dimensioni di 1.5-2 km. La risposta sismica locale è quindi limitata agli effetti di strutture geologiche di queste dimensioni. Aumentando il contenuto in frequenze, si evidenzierebbero dettagli più piccoli e, ad esempio, l’amplificazione dovuta ai sedimenti. Per migliorare la risoluzione nella regione vicino all’epicentro, i primi 30 secondi di animazione sono stati ottenuti attraverso un simulazione locale a più alta risoluzione più alta frequenza (fino a 2 Hz). Per ragioni di visualizzazione la topografia è stata aumentata di 3 volte.
(a cura di Emanuele Casarotti e Federica Magnoni INGV).