Identificata, con una ricerca iniziata nel 2011, una deformazione della superficie topografica (subsidenza) di circa 15 mm, all’interno di due bacini in prossimità dell’area epicentrale del terremoto dell’Aquila del 2009, legata probabilmente alla fase preparatoria del terremoto. La ricerca, condotta da INGV, in collaborazione con l’Università di Cassino (DICeM) e dell’Aquila (DICEAA) è stata pubblicata su Scientific Reports del gruppo NATURE
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La previsione dei terremoti è un traguardo ancora lontano dall’essere raggiunto, tuttavia un importante contributo potrebbe arrivare dalle tecniche interferometriche satellitari, in grado di misurare le deformazioni della superficie terrestre e fornire informazioni utili sulla probabilità di accadimento di un evento sismico in una determinata zona. A tale conclusione è giunta una ricerca, iniziata nel 2011 e durata circa 6 anni, condotta dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) in collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica (DICeM) dell’Università degli Studi di Cassino e del Lazio meridionale e il Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile-Architettura e Ambientale (DICEAA) dell’Università dell’Aquila. Lo studio New insights into earthquake precursors from InSAR, pubblicato su Scientific Reports del gruppo NATURE (www.nature.com/articles/s41598-017-12058-3), ha identificato e misurato una deformazione della superficie topografica (subsidenza) di circa 15 mm, all’interno di due bacini in prossimità dell’area epicentrale del terremoto dell’Aquila del 2009, iniziata circa tre anni prima dell’evento sismico e probabilmente legata alla fase preparatoria del terremoto.

A.     Mappa delle accelerazioni al suolo ottenuta tramite il processamento dei dati RADARSAT-2. La mappa mostra i due settori interessati da valori negativi di accelerazione (in rosso), localizzato all’interno di due bacini riempiti da depositi quaternari.
B.     Mappa di velocità post-sismica derivata da dati COSMO-SkyMed che mostra per gli stessi bacini un comportamento opposto (sollevamento, in blu) causato dal recupero elastico del cedimento.
C.     Serie temporale della deformazione all’interno dei bacini, in rosso prima del terremoto (subsidenza) ed in blu successiva al terremoto (sollevamento e recupero della porzione elastica del cedimento).

“La deformazione osservata prima del terremoto”, spiega Marco Moro, ricercatore INGV e primo autore del lavoro, “è stata indotta dal cedimento di alcuni livelli stratigrafici, causato dal progressivo abbassamento delle falde acquifere superficiali, determinato, a sua volta, dalla migrazione dei fluidi in profondità”.
E’, infatti, noto in letteratura che, prima di un evento sismico, le rocce presenti nel volume della zona ipocentrale (volume focale) sono soggette ad uno sforzo di taglio, con conseguente formazione di fratture.
“I vuoti delle fratture vengono riempiti di conseguenza dai fluidi circostanti che, in condizioni geologiche e idrogeologiche favorevoli, possono determinare una migrazione dei fluidi più superficiali. Per poter imputare il segnale misurato alla fase preparatoria del terremoto è stato necessario, quindi, escludere le ulteriori cause che avrebbero potuto influenzare lo spostamento della superficie topografica”, prosegue Moro.

La ricerca ha richiesto un approccio multidisciplinare e l’uso esteso di tecniche interferometriche satellitari, applicate a immagini radar InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar), atte a misurare le deformazioni della superficie terrestre (elaborate in collaborazione con TRE ALTAMIRA s.r.l. e-GEOS e GAMMA Remote Sensing Research and Consulting).
“Il segnale rilevato è stato interpretato grazie alle conoscenze geologiche, idrogeologiche, geotecniche e sismologiche acquisite per l’area a seguito del terremoto aquilano”, aggiunge il ricercatore. “Da qui l’idea di applicare e verificare tale ricerca a forti terremoti già avvenuti in contesti tettonici e geologici diversi, per constatare se il fenomeno potrà essere osservato e misurato in maniera analoga. Solo così l’osservazione dell’andamento nel tempo delle deformazioni, in zone sismicamente attive, potrebbe in un prossimo futuro rappresentare un utile strumento di previsione di eventi sismici con successiva attivazione di interventi per la mitigazione del rischio sismico”.

Schema semplificato che descrive il meccanismo di variazione del livello di falda osservato sulla base della teoria della dilatanza

ABSTRACT
New insights into earthquake precursors from InSAR
Autori: Marco Moro, Michele Saroli, Salvatore Stramondo, Christian Bignami, Matteo Albano, Emanuela Falcucci, Stefano Gori, Carlo Doglioni, Marco Polcari, Marco Tallini, Luca Macerola, Fabrizio Novali, Mario Costantini, Fabio Malvarosa, Urs Wegmüller.

We measured ground displacements before and after the 2009 L’Aquila earthquake using multi-temporal InSAR techniques to identify seismic precursor signals. We estimated the ground deformation and its temporal evolution by exploiting a large dataset of SAR imagery that spans seventy-two months before and sixteen months after the mainshock. These satellite data show that up to 15 mm of subsidence occurred beginning three years before the mainshock. This deformation occurred within two Quaternary basins that are located close to the epicentral area and are filled with sediments hosting multi-layer aquifers. After the earthquake, the same basins experienced up to 12 mm of uplift over approximately nine months. Before the earthquake, the rocks at depth dilated, and fractures opened. Consequently, fluids migrated into the dilated volume, thereby lowering the groundwater table in the carbonate hydrostructures and in the hydrologically connected multi-layer aquifers within the basins. This process caused the elastic consolidation of the fine-grained sediments within the basins, resulting in the detected subsidence. After the earthquake, the fractures closed, and the deep fluids were squeezed out. The pre-seismic ground displacements were then recovered because the groundwater table rose and natural recharge of the shallow multi-layer aquifers occurred, which caused the observed uplift.