Quindici anni fa, nella notte tra domenica 5 e lunedì 6 aprile 2009, alle 3:32 locali, una scossa di magnitudo stimata Mw 6.1 (Bollettino Sismico Italiano,BSI), magnitudo stimata Mw 6.3 nel Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani 2015 (CPTI15) e nel Catalogo European-Mediterranean Regional Centroid-Moment Tensors (RCMT), colpì una vasta area della provincia dell’Aquila e fu avvertita in tutta l’Italia centrale. La scossa principale si verificò dopo alcuni mesi di terremoti di energia moderata, molti dei quali avvertiti dalla popolazione. Il terremoto provocò danni gravissimi: 309 vittime, 1.600 feriti e oltre 70.000 sfollati. L’intensità macrosismica ha raggiunto i gradi VIII-IX della scala MCS.
La zona colpita è ad alta pericolosità sismica e la sismicità si è sviluppata su un complesso sistema di faglie “normali”, che causano estensione.
Nei giorni successivi all’evento principale, la sismicità dalla faglia principale (quella di Paganica) è migrata verso le faglie adiacenti con gli eventi sismici di magnitudo Mw 5.4 e 5.2, avvenuti rispettivamente il 7 e il 9 aprile 2009. Dal mese di giugno invece si è osservata sismicità più a nord, nella zona di Cittareale (RI).
Nonostante siano passati 15 anni da quel terremoto, si continua a studiare l’evoluzione di questa sequenza sismica, per poter approfondire le modalità di nucleazione di terremoti nel Centro Italia.
Negli ultimi decenni, con lo sviluppo delle tecniche di intelligenza artificiale, sono stati sviluppati algoritmi in grado di supportare le analisi sismologiche. In particolare, una delle applicazioni principali è quella di utilizzare questi algoritmi nello sviluppo di cataloghi sismici con un grande numero dati. Queste nuove tecniche riescono ad identificare eventi sismici di piccola magnitudo, spesso non rilevati da sismologi nemmeno con l’ausilio delle tecniche di analisi standard.
La sequenza de L’Aquila 2009 è stata quindi studiata nuovamente per testare questi algoritmi ottenendo un catalogo sismico nuovo di tutta la sismicità registrata nell’anno 2009 (Figura 1).
Questo catalogo, è stato ottenuto combinando due algoritmi di intelligenza artificiale:
- PhaseNet (Zhu e Beroza, 2022): una rete neurale (deep neural network,DNN) che, mutuando la terminologia dal “cervello umano”, è costituita da “neuroni” ed è stata allenata a riconoscere le onde P ed S in una registrazione di un sismometro ed i rispettivi tempi di arrivo di queste onde alle stazioni sismiche: un dato fondamentale per la localizzazione degli epicentri.
- GaMMA (Zhu et al., 2021): che permette l’associazione di questi tempi di arrivo di stazioni differenti, attribuendoli ad uno stesso terremoto e fornendo, quindi, localizzazione e magnitudo.
Gli eventi iniziali ottenuti (circa 408.000) sono stati selezionati e rilocalizzati ottenendo un catalogo sismico costituito da 114.229 terremoti, di magnitudo compresa tra -1.82 (sì, magnitudo negativa) e 5.11.
Grazie alla capacità di questo “sismologo artificiale” di riconoscere le onde P ed S, gli eventi sismici estratti hanno degli errori di localizzazione molto bassi, permettendo di cogliere le geometrie delle faglie attivate durante la sequenza (Figura 1).
Per poter validare questo nuovo catalogo, è stato svolto un confronto con quello precedente attualmente disponibile (Valoroso et al. 2013), contenente all’incirca 64.000 eventi.
Nel nuovo catalogo sono stati individuati circa il 99% degli eventi del catalogo precedente (Figura 2), dimostrando come queste nuove tecniche di intelligenza artificiale siano in grado di estrarre dai dati non solo molti più terremoti (circa il doppio), ma anche quelli già individuati dai sismologi.
Inoltre, si osservano localizzazioni migliori, perché PhaseNet riesce ad individuare più onde P ed S, vincolando meglio la posizione dell’evento sismico in profondità (ipocentro).
Questi nuovi algoritmi potranno essere in futuro implementati per il monitoraggio sismico in tempo reale, per avere subito a disposizione un numero di eventi sismici significativo, utile per poter svolgere analisi geofisiche complesse e avere a disposizione nuove modellazioni del sottosuolo fondamentali per la comprensione delle dinamiche del nostro Pianeta.
Fig. 1 (alta risoluzione): Il nuovo catalogo sismico della sequenza de L’Aquila 2009 ottenuto con i metodi di intelligenza artificiale. La stella gialla è l’evento Mw 6.1 del 6 aprile. I triangoli rossi indicano le stazioni sismiche che hanno registrato gli eventi sismici (i punti blu). Le linee nere sono le sezioni verticali che mostrano la distribuzione di sismicità con la profondità. a) il catalogo iniziale con circa 408.000 eventi sismici estratti; b) i circa 115.000 eventi sismici con gli errori di localizzazione più bassi. In alto, vista in pianta della sismicità; in basso alcune sezioni verticali.
Fig. 2 (alta risoluzione): Confronto tra il nuovo catalogo (punti blu) e quello di Valoroso et al., 2013 (punti arancioni). Le linee nere sono le sezioni verticali. A sinistra, visione in mappa; a destra, alcune delle sezioni verticali del pannello a). I triangoli viola indicano le stazioni in comune ad entrambi i cataloghi; i triangoli rossi sono le stazioni in più estratte con i metodi di intelligenza artificiale.
Tutti gli approfondimenti sulla sequenza simica del 2009 nell’Aquilano sono disponibili su INGVterremoti.com a questo indirizzo: https://ingvterremoti.com/category/terremoti_italia/il-terremoto-dellaquila-del-2009/
Qualche anno fa INGVterremoti ha realizzato una mappa interattiva (dashboard) dove sono presenti i terremoti di magnitudo maggiore di 1.6, circa 6.650. Grazie agli strumenti di interazione presenti nell’interfaccia è possibile visualizzare giorno per giorno il numero di eventi (grafico eventi\tempo), selezionare le fasi temporali principali della sequenza, creare animazioni spazio-temporali.
LINK alla dashboard: https://ingv.maps.arcgis.com/apps/webappviewer/index.html?id=6f97995454034c2ea095cc85b26e0d91
A cura di Rossella Fonzetti e Claudio Chiarabba, INGV.
Bibliografia
Chiarabba, C., Amato, A., Anselmi, M., Baccheschi, P., Bianchi, I., Cattaneo, M., … & Valoroso, L. (2009). The 2009 L’Aquila (central Italy) MW6. 3 earthquake: Mainshock and aftershocks. Geophysical Research Letters, 36(18).
Valoroso, L., Chiaraluce, L., Piccinini, D., Di Stefano, R., Schaff, D., & Waldhauser, F. (2013). Radiography of a normal fault system by 64,000 high‐precision earthquake locations: The 2009 L’Aquila (central Italy) case study. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 118(3), 1156-1176.
Zhu, Weiqiang et al. “Earthquake Phase Association using a Bayesian Gaussian Mixture Model.” (2021)
Zhu, Weiqiang, and Gregory C. Beroza. “PhaseNet: A Deep-Neural-Network-Based Seismic Arrival Time Picking Method.” arXiv preprint arXiv:1803.03211 (2018).
