SHAKEmovie: Propagazione delle onde sismiche del terremoto (Mw 6.0), 24 agosto 2016 in provincia di Rieti

L’INGV ha realizzato il video dell’animazione della propagazione sulla superficie terrestre delle onde sismiche generate dal terremoto di Mw 6.0 delle ore 03.36 del 24 agosto 2016 che ha coinvolto le province di Rieti, L’Aquila, Perugia, Ascoli Piceno, Teramo.

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.
La velocità e l’ampiezza delle onde sismiche dipende 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.

L’animazione è generata attraverso questa procedura:

1) 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.

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).

3) utilizzando il modello 3D ed il tensore momento sismico, viene simulata la propagazione delle onde sismiche tenengo 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, https://github.com/geodynamics/specfem3d), 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 (http://www.paraview.org)

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 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.

a cura di Emanuele Casarotti e Federica Magnoni (INGV).

Bibliografia:

Peter Daniel, Dimitri Komatitsch, Yang Luo, Roland Martin, Nicolas Le Goff, Emanuele Casarotti, Pieyre Le Loher, et al. 2011. “Forward and Adjoint Simulations of Seismic Wave Propagation on Fully Unstructured Hexahedral Meshes.” Geophys. J. Int. 186 (2): 721–39. doi:10.1111/j.1365-246X.2011.05044.x.

Global Shakemovie: http://global.shakemovie.princeton.edu

R. Di Stefano, M.G. Ciaccio, The lithosphere and asthenosphere system in Italy as inferred from the Vp and Vs 3D velocity model and Moho map, Journal of Geodynamics, Volume 82, December 2014, Pages 16-25, ISSN 0264-3707, http://dx.doi.org/10.1016/j.jog.2014.09.006.

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