Dall’ipocentro alla sorgente sismica estesa: un nuovo servizio INGV per i forti terremoti nel mondo
Grazie alla collaborazione tra INGV e IREA-CNR nell’ambito delle attività dell’infrastruttura europea EPOS e del progetto “Sorgente Estesa” è partita la fase operativa per la produzione a scala globale di nuove informazioni scientifiche e operative sulla sorgente sismica.
Il terremoto è l’effetto della rottura e della dislocazione di una faglia, ovvero di una porzione di roccia nella crosta terrestre, che nel caso di eventi catastrofici può raggiungere dimensioni di decine di chilometri. L’ipocentro descrive la posizione in cui la rottura inizia, ma è di fondamentale importanza per fini operativi e scientifici comprendere anche come e quanto la rottura si propaghi nella roccia. Una visione completa della faglia contribuisce a una corretta stima della pericolosità sismica e alla stima di eventuali interazioni con faglie limitrofe, che potrebbero attivarsi generando nuovi eventi sismici.
Il progetto “Sorgente Estesa”, i cui contenuti sono stati descritti in un precedente articolo, è finalizzato alla generazione di mappe dell’intera sorgente sismica. A tal fine vengono usate le misure della deformazione permanente indotta dal terremoto e misurata con l’interferometria radar, o InSAR, una tecnica che ha fortemente contribuito allo studio dei terremoti negli ultimi decenni, come descritto in diversi articoli; tramite l’applicazione di modelli matematici e algoritmi di ottimizzazione è possibile derivare l’intera distribuzione della rottura della faglia, ovvero la sorgente estesa.
Di seguito vengono descritti i nuovi prodotti forniti dall’INGV per gli eventi di magnitudo maggiore di 5.5, su terraferma o in prossimità della costa, a scala mondiale:
Scenari di evento: vengono generati con la disponibilità di un meccanismo focale del terremoto, calcolato poche decine di minuti dopo l’evento da uno dei numerosi istituti di ricerca sismologica nel mondo; il meccanismo focale viene combinato con leggi statistiche da letteratura scientifica per ipotizzare le dimensioni della faglia che ha generato il terremoto e le deformazioni permanenti indotte in superficie (Figura 1). Sebbene non si tratti di veri dati di deformazione misurata, sono comunque utili per delimitare l’estensione della cosiddetta area epicentrale e per pianificare le analisi che verranno fatte con le immagini da satellite.
Footprint immagini da satellite: è una mappa generata contestualmente allo scenario di evento e che illustra la copertura areale e il timing con cui i satelliti radar acquisiranno le immagini usate per la misura delle deformazioni in superficie (Figura 2). Viene usata per pianificare le attività di elaborazione InSAR e conoscere i tempi di attesa per la produzione della sorgente estesa.
Sorgente estesa: è il prodotto principale, ovvero la mappa con tutti i parametri della faglia che ha generato il terremoto: lunghezza, larghezza, profondità, orientamento nello spazio, meccanismo della rottura e l’intera distribuzione dello scorrimento della faglia (figura 3). Il calcolo della sorgente estesa a partire dalle deformazioni misurate tramite i satelliti si avvale di complessi modelli matematici, algoritmi di ottimizzazione e procedure per l’automazione dei calcoli. I satelliti attualmente disponibili forniscono immagini post evento in un intervallo che va da un minimo di pochi minuti a un massimo di 12 giorni, con un’attesa media di 6 giorni.
I prodotti della sorgente estesa sono accessibili da questa pagina del sito terremoti.ingv.it dove, per ogni evento, si possono trovare sintetiche descrizioni dei risultati, nonché un link per il download dei dati della sorgente. Oltre al servizio offerto per i nuovi eventi, è in fasi di compilazione il catalogo di tutti gli eventi passati misurati con la tecnica InSAR.
La possibilità di offrire oggi questi prodotti a scala globale è il frutto di diversi anni di intenso lavoro per automatizzare le procedure per il calcolo della sorgente estesa, come descritto in un recente lavoro pubblicato sulla rivista International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. L’INGV è oggi fra i pochissimi istituti al mondo in grado di fornire un servizio sulla sorgente estesa; il recente e drammatico terremoto del Marocco testimonia l’importanza e l’impatto di questi nuovi prodotti, citati in un articolo del New York Times e in un articolo pubblicato su un importante blog internazionale di approfondimento sui terremoti.
Nel 2024 il lancio di un nuovo satellite della costellazione Sentinel (dell’Agenzia Spaziale Europea per il progetto Copernicus) ridurrà l’attesa media per la generazione della sorgente estesa a 3 giorni. Negli ultimi venti anni i tempi di attesa sono diminuiti di un fattore 5: l’obiettivo di un monitoraggio da satellite in tempo quasi reale non è lontano!
English version
From the hypocenter to the finite source: a new INGV service for strong earthquakes in the World
Thanks to the collaboration between INGV and IREA-CNR within the activities of the European infrastructure EPOS and the “Sorgente estesa” (finite source) project, the operational phase for the provision of new scientific and operational products about seismic sources on a global scale has begun.
An earthquake is the result of the rupture and dislocation of a fault, which is a portion of rock in the Earth’s crust; in the case of catastrophic events, these faults can reach dimensions of tens of kilometers. The hypocenter describes the location at which the rupture begins; however, it is crucial, for both operational and scientific purposes, to understand how and to what extent the rupture propagates within the crust. A complete view of the fault contributes to a correct estimation of seismic hazard and the assessment of possible interactions with surrounding faults, which could be triggered generating new seismic events.
The “Sorgente Estesa” (finite source) project, whose contents were anticipated in this article (only in Italian) aims to generate maps of the entire seismic sources. For this purpose, we use measurements of permanent displacement induced by earthquakes measured with radar interferometry, or InSAR, a technique that has significantly contributed to the study of earthquakes in recent decades, as described in several articles. Through mathematical models and optimization algorithms, it is possible to derive the finite source, with the whole distribution of the fault rupture.
We describe below the new products provided by INGV for events with a magnitude greater than 5.5, on land or near the coast, on a global scale:
Event Scenarios: they are generated with the availability of a focal mechanism of the earthquake, calculated a few tens of minutes after the event by one of the numerous seismological research institutes worldwide. Focal mechanisms are combined with statistical laws from scientific literature to infer the dimensions of the fault that generated the earthquake and the induced permanent surface deformations (Figure 1). Scenarios contain only simulated data, but they are useful for delimiting the extent of the so-called epicentral area and for planning satellite image processing.
Satellite Image Footprints: it is a map generated together with the event scenario, depicting the area coverage and the image acquisition times of the radar satellites (Figure 2). It is used to plan InSAR processing activities, thus defining the waiting times to get the finite source available.
Finite Source: it is the main product, a map with all the parameters of the fault that generated the earthquake: length, width, depth, orientation in space, rupture mechanism, and the entire distribution of fault slip (Figure 3). The calculation of the finite source from InSAR displacements involves complex mathematical models, optimization algorithms and procedures for automating calculations. Currently available satellites provide post-event images within a range from a minimum of a few minutes to a maximum of 12 days, with an average waiting time of 6 days.
The finite source products are accessible from this page on the terremoti.ingv.it website, where, for each event, synthetic descriptions are also available, with a link to download the data. In addition to the service provided for the new events, a catalog of all past events measured with the InSAR technique is being compiled.
This capability of running this service is the result of several years of intense work to automate the procedures for the finite source calculation, as described in a recent paper published in the International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. INGV is now among the very few institutes capable of providing these results in a very short time; the recent and dramatic earthquake in Morocco attests to the importance and impact of these new products, mentioned in an article in the New York Times and in a post on a significant international earthquake blog.
In 2024, the launch of a new satellite of the Sentinel constellation (by the European Space Agency for the Copernicus initiative) will reduce the average waiting time to obtain the finite source to 3 days. In the last twenty years, waiting times have decreased by a factor of 5: the goal of almost real-time satellite monitoring is not far off!
A cura di Simone Atzori, Andrea Antonioli e Nikos Svigkas per il Laboratorio GeoSAR INGV, con il supporto di Matteo Quintiliani
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