SI POSSONO PREVEDERE I TERREMOTI?

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1 COME ALLA CORTE DI FEDERICO II OVVERO PARLANDO E RIPARLANDO DI SCIENZA EVENTO SPECIALE NAPOLI, 16 APRILE 2009 ORE SI POSSONO PREVEDERE I TERREMOTI? PAOLO GASPARINI

2 INDICE 1. L AQUILA: IL TERREMOTO DEL 6 APRILE COSA VUOL DIRE PREVEDERE 3. PRECURSORI E TERREMOTI 4. IL FUTURO

3 1. L AQUILA: IL TERREMOTO DEL 6 APRILE 2009 ENERGIA CUMULATIVA (CATALOGO INGV) NUMERO DI TERREMOTI PER GIORNO M>2 (CATALOGO INGV)

4 1. L AQUILA: IL TERREMOTO DEL 6 APRILE 2009

5 1. L AQUILA: IL TERREMOTO DEL 6 APRILE 2009 STORIA SISMICA TERREMOTI ABRUZZESI CON INTENSITA >IX Sulmona del 1315 (Sulmona, I = IX) Abruzzo 1349 (I = IX X) Aquila del 1461 (L'Aquila, I = X) Amatrice 1639 (Amatrice, I = X) Norcia/Aquila del 1703 (Norcia L'Aquila, I = XI) Maiella del 1706 (Maiella, I = IX X) Avezzano del 1915 (Avezzano, I = XI)

6 1. L AQUILA: IL TERREMOTO DEL 6 APRILE 2009

7 2. COSA VUOL DIRE PREVEDERE PREDIZIONE (prediction) è la capacità di calcolare esattamente tempo, località e dimensioni di un evento atteso. Non è possibile PREVISIONE (forecasting) è la capacità di calcolare probabilisticamente tempo, località e dimensioni di un evento atteso. E possibile ALLERTA PRECOCE (early warning) allerta data dopo l inizio dell evento e prima della fase distruttiva per intraprendere azioni di protezione. E possibile

8 2. COSA VUOL DIRE PREVEDERE Requisiti necessari per l utilizzazione delle previsioni: 1.ERRORE ASSOCIATO AL LIVELLO DI PROBABILITA INDICATO Probabilità di falsi allarmi Probabilità di mancati allarmi 2.VALUTAZIONE DELLE CONSEGUENZE DEI FALSI E MANCATI ALLARMI 3. POSSIBILITA DI AGGIORNAMENTO DELLE PREVISIONI DURANTE L EVOLUZIONE DEL FENOMENO

9 2. COSA VUOL DIRE PREVEDERE

10 2. COSA VUOL DIRE PREVEDERE Forecasting PRIMA dell evento principale Probabilità che si verifichi un evento di M>5.5 in 10 anni W. Marzocchi (

11 2. COSA VUOL DIRE PREVEDERE Forecasting DOPO l evento principale Probabilità che si verifichi un evento di M>5.5 in 10 anni

12 Un passo successivo è stato l integrazione di dati storici, strumentali e geologici in un modello di pattern recognition, effettuato da Keilis-Borok e collaboratori e da G. Panza et al. Il metodo effettua predizioni per aree molto vaste e intervalli temporali molto ampi. L applicazione a finestre temporali ristrette non ha fornito buoni risultati.

13 La possibilità di prevedere il verificarsi di un terremoto potenzialmente distruttivo su tempi brevi (giorni/ore) è legata alla: 1. Identificazioni di fenomeni che lo precedono (precursori); 2. Elaborazione di una relazione che lega il precursore al terremoto atteso.

14 I fenomeni più comunemente identificati come possibili precursori sono: 1. Attività sismica di energia medio-bassa; 2. Variazioni di concentrazione di Radon nell aria o nelle acque sotterranee; 3. Variazioni del Campo elettromagnetico; 4. Deformazioni del suolo; 5. Variazioni nelle velocità di propagazione delle onde sismiche.

15 TASHKENT UZBEKISTAN

16 Radon curie per litro TASHKENT M=5.3

17 SUNGPAN-PINGUN M=7.2 20/07/76 01/08/76 10/08/76 20/08/76 01/09/76 10/09/76 VULCANO M=2.1

18 Holub e Brady, 1981 Gasparini et al., 1985

19 VARIAZIONE ATTESA DI PARAMETRI FISICI DURANTE LA ROTTURA DI UNA ROCCIA SECONDO IL MODELLO DELLA DILATANZA

20 E. HAUKSSON, J.G. GODDARD, 1981

21 Changes in radon concentration in geothermal water in relation to earthquakes in South Iceland P.Einarsson, A.R. Hjartardóttir, P. Theodórsson, G.Jónsson, 2005 Radon anomalies were observed before 30 of 98 significant seismic events, and 35% of all observed anomalies were related to seismicity. Three types of change could be identified:.. 1. Pre-seismic decrease of radon at all stations. Anomalously low values were measured days before the earthquakes. 2. Pre-seismic increase. Spikes appear in the time series at 6 stations days prior to the earthquakes. These anomalies were large and unusual if compared to a 17 years history of radon monitoring in this area. 3. Co-seismic step, most likely related to the co-seismic change in ground water pressure observed over the whole area.

22 RADON STATION EARTHQUAKE EPICENTER King, 1980

23 King, 1980

24 VARIAZIONE DI RADON POSTE IN RELAZIONE A TERREMOTI Località Terremoto Magnitudo Distanza Anticipo Autori Tashkent km Mesi-giorni Ulomov, Mavashev (1971) Isu-Osima km 5 giorni Wakita et al.(1980) Giappone 5/ km 0-10 g. Igarashi et al.(1993) Giappone 2/ > 5.0 < 200 km - 2 mesi Igarashi et al. (1973) Kobe km 0 Yasuoka et al (2000) Taiwan 2000/01 > km g Chyi et al. (2001) Grecia ? 3 mesi Nikolopoulos (2009) Mar Morto 1995/ ? 3 giorni Steinitz et al(2002) Taiwan km 65 g Tom Kuo et al,(2006) Friuli 1995/ km ore-anni Raggio et al.(2005) Vulcano < 1 km ore Del Pezzo et al.(1981) L Aquila km giorni Bella, Plastino (1999)

25 On the existence and complexity of empirical precursors P.F. Biagi, 1999 There are earthquakes that will produce no precursors in the geophysical and geochemical parameters of a network, even if the earthquakes are large enough to be considered as potential sources of precursors; There are network sites in which one type of precursor will appear before some earthquakes and not before others, although these earthquakes could be potential sources of precursors; There are different premonitory anomaly forms both at different sites of a network for the same earthquake and at the same site for different earthquakes. The main problem in using precursors in earthquake prediction is to discover whether in a seismogenetic area these features are totally random or whether there are significant recurrences. In the first case the prediction of earthquakes is a null hypothesis; in the second case the prediction of some earthquakes might be possible. On the basis of 25 years of field research I believe that a satisfactory solution to this problem is still lacking.

26 METODO VAN Basato su anomalie del campo elettromagnetico, è stato sperimentato in Grecia e Giappone con risultati controversi.

27 METODO VAN - PROBLEMI 1. Non sono disponibili serie complete di dati da analizzare; 2. Le correlazioni con l attività sismica sono molto controverse; 3. Scarsa correlazione con la magnitudo; 4. Scarsa correlazione con la distanza stazione epicentro terremoto.

28 PRECURSORI SISMICI Reykanes Ridge 2.0 < M < 4.5 Circa il 70% della attività sismica di origine tettonica di M<4 non è seguita da terremoti di più alta energia. (L.Sykes,2001)

29 TANGSHAN HEICHENG

30 PREVISIONE TERREMOTO DI HEICHENG 4 FEBBRAIO 1975 Nel 1966 fu osservata una migrazione dell attività sismica che andava concentrandosi intorno all area di Heicheng. Dal 1974 l attività sismica vicino Heicheng si intensificò con diverse scosse di M=5 e il suolo cominciò a deformarsi. Nel gennaio del 1975 furono osservate variazioni del livello d acqua nei pozzi e il suolo nella città comincio a fratturarsi. Tra il 1 febbraio e il 4 febbraio del 1975 furono registrate 500 scosse di M >=<1 e 3.5. Il 1 febbraio iniziò l evacuazione della popolazione, il 4 febbraio l attività sismica si fermò completamente, nella notte tra il 4 e 5 febbraio si verificò un terremoto di M=7.2.

31 DALL OTTIMISMO AL PESSIMISMO 28 Luglio 1976 Terremoto di Tang-shan M=7.8 Non previsto, causa 300mila vittime. 8 Aprile 1976 Un nuovo terremoto nella zona di Tashkent di M=6.2 viene preceduto da precursori non chiari e poco utilizzabili Termina con risultati deludenti il primo progetto a lungo termine sulla previsione dei terremoti iniziato in Giappone nel Il progetto continuerà con finanziamenti ridotti ma l attenzione si sposta sui metodi di Early warning che dal 1988 verranno applicati sistematicamente per il controllo delle linee ferroviarie veloci.

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33 STORIA SISMICA DI PARKFIELD ANNO M Predizione USGS, convalidata da una Commissione del Governo della California: Terremoto M 6.0 tra 1985 e 1993 Probabilità: > 90% Si verifica il terremoto di M 6.0 senza precursori significativi.

34 DIBATTITO SU NATURE, 1999 Is the reliable prediction of individual earthquakes a realistic scientific goal? IAN MAIN Negli USA, dopo il tentativo fallito di monitorare i precursori di un terremoto che finora non si è materializzato nell area di Parkfield, l interesse si è spostato verso le ricerche di base sulla fisica del processo di fratturazione che produce i terremoti e sui metodi di calcolo della pericolosità sismica; In Giappone, particolarmente dopo il terremoto di Kobe del 1995, vi è una crescente coscienza che la previsione dei terremoti non sia un obiettivo realisticamente raggiungibile; In Cina, 30 falsi allarmi negli ultimi tre anni, hanno prodotto un tale danno economico alle industrie e alle operazioni commerciali, che il governo sta programmando di impedire predizioni non ufficiali.

35 ARCHULETA, 1984 IMPERIAL VALLEY, 1979

36 4. IL FUTURO NO TERREMOTO SI TERREMOTO Osservazione precursori NO TERREMOTO PROBABILITA A LUNGO TERMINE NO TERREMOTO Qualsiasi azione decisa in base alle probabilità richiede: La valutazione delle conseguenze socio-economiche di ciascun percorso possibile; Definizione del rischio accettabile da parte della comunità.

37 4. IL FUTURO 1. Non ci si può difendere da qualsiasi rischio. 2. Ogni comunità deve definire il livello di rischio che è disposta ad accettare (RISCHIO ACCETTABILE) 3. Quando il rischio legato ad un evento supera tale livello, è necessario pianificare azioni, preventive e in tempo reale, che lo portino al livello del rischio accettabile.

38 4. IL FUTURO

39 4. IL FUTURO Time (s) Early Warning Sismico (EEW) Le onde contenenti gran parte dell energia (S e Superficiali) sono più lente delle onde contenenti le informazioni (P) S P Distance (Km)

40 4. IL FUTURO Early Warning and Real-Time Engineering Event Origin Propagation Detection Real-Time Engineering for Risk Mitigation Actions

41 4. IL FUTURO La modifica del Weather Service Law relativa all EEW è entrata in vigore il 1 Dicembre ) La Japan Meteorological Agency (JMA) DEVE emettere l EEW in tutti i casi in cui lo ritenga necessario. 2) L organizzazione in carica DEVE trasmettere l allarme alle organizzazioni preposte ed alla popolazione. 3) Tutti coloro che forniscono EEW a singole case ed edifici, DEVONO farlo secondo gli standard tecnici determinati da JMA.

42 4. IL FUTURO RETI REGIONALI O A BARRIERA ESISTENTI ADATTE ALL EEW Romania Japan Turkey Taiwan USA Italy Mexico

43 4. IL FUTURO FP6-Global-4 SAFER Seismic early warning For EuRope STREP Project One of Safer Project objectives is the reduction of seismic risk in: Athens Bucharest Cairo Istanbul Naples Lead partners: GFZ Postdam (Germany) AMRA Scarl (Italy) NOA Athens (Greece) 23 Partners from 15 countries Supported by: Eureopean Commission

44 4. IL FUTURO The Campania Earthquake Early Warning network and background seismicity km Caserta Benevento Avellino Napoli Salerno Potenza Seismicity INGV Seismic Catalogue Earthquake M>3 Earthquake M< Earthquake Ms 6.9 Seismogenetic faults of 1980 Earthquake Current Seismic Network Seismic network under construction (2006) Main City Urbanized area

45 4. IL FUTURO EARLY WARNING DEMO - ERGO

46 GRAZIE PER L ATTENZIONE