Terremoto, la simulazione dell'INGV della scossa sismica lungo il Centro Italia

Terremoto, la simulazione delle onde sismiche dell'INGV

L'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia ha realizzato un video dell'animazione della propagazione sulla superficie terrestre delle onde sismiche generate dal terremoto di magnitudo Mw 5.5 delle ore 11.14 italiane del 18 gennaio 2017 che ha coinvolto le province di L'Aquila e Rieti.

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 2 minuti 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. Esse, quindi, non si propagano in maniera uniforme nello spazio e luoghi posti alla stessa distanza dall'epicentro risentono del terremoto in maniera completamente diversa. In questo caso si osserva, ad esempio, che le onde si sono propagate con maggiore intensità e più a lungo verso le regioni adriatiche, verso il Lazio e la Toscana meridionale.

L'animazione è generata attraverso questa procedura: le onde sismiche sono registrate dei sismometri della Rete Sismica Nazionale dell'INGV e vengono analizzati per determinare i parametri fondamentali del terremoto come epicentro, tempo origine, 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. Viene quindi 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).

Utilizzando il modello 3D ed il tensore momento sismico, viene simulata la propagazione delle onde sismiche tengono 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, al cui sviluppo collaborano ricercatori INGV. 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 delle 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.

Per ridurre i tempi di calcolo e viste le limitate conoscenze attuali dei dettagli del sottosuolo, la simulazione in 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.