Identificazione degli effetti sismo-indotti della sequenza in Italia centrale del 2016-2017 mediante dati satellitari
La sequenza sismica in Italia centrale del 2016-2017 ha avuto più di 60 terremoti di magnitudo Mw > 4.0 tra il 24 agosto 2016 e il mese di gennaio 2017, causando oltre 300 vittime e ingenti danni agli edifici e al patrimonio artistico e culturale di un’area appenninica piuttosto vasta. La sequenza è stata caratterizzata da alcuni eventi principali [Amatrice/Accumoli (RI) – 24/08/2016, Visso (MC) – 26/10/2016, Norcia (PG) – 30/10/2016 e Capitignano (AQ) – 18/01/2017], che hanno prodotto significative deformazioni superficiali, con uno spostamento massimo di circa 70 cm nella Piana di Castelluccio di Norcia, rilevato attraverso le osservazioni satellitari. Oltre alle deformazioni su larga scala, la sequenza ha innescato fenomeni localizzati, quali frane e riattivazioni di faglie secondarie, contribuendo ad aumentare il dissesto dell’area. Questo lavoro si propone di identificare tali effetti sismo-indotti mediante l’utilizzo della tecnica dell’interferometria SAR (InSAR) [Massonnet et al., 1993], applicata a dati satellitari in banda X e C relativi a quattro casi studio: Monte Vettore, Bolognola, Podalla e Cicconi (Figura 1). I risultati evidenziano il contributo delle osservazioni multi-banda per la valutazione della pericolosità ambientale e il monitoraggio post-sisma.
Il dataset utilizzato
Il dataset utilizzato in questo studio è riassunto in Tabella 1. Esso comprende diversi interferogrammi generati per ciascun caso studio a partire da coppie di immagini SAR acquisite dalle missioni COSMO-SkyMed (CSK), in banda X, e Sentinel-1 (S1), in banda C. L’analisi è stata condotta mediante il software GAMMA, specificamente sviluppato per l’elaborazione interferometrica dei dati SAR [Wegmüller and Werner, 1997].
I casi studio
Monte Vettore
I risultati InSAR ottenuti da immagini acquisite da CSK hanno evidenziato un segnale deformativo sul versante del Monte Vettore, strettamente correlato alla fase cosismica del terremoto di Amatrice (Mw 6.0), del 24 agosto [Bignami et al., 2016]. La deformazione rilevata lungo la Linea di Vista del satellite (Line-of-Sight, LoS) è localizzata sul versante sud-occidentale e raggiunge uno spostamento massimo di circa 12 cm (Figura 2). Tale deformazione è associata a una frattura continua, lunga circa 5 km, osservata lungo il versante e identificata anche durante i rilievi di campagna, probabilmente riconducibile alla combinazione di processi deformativi tettonici e gravitativi [Albano et al., 2016].
In questo caso studio, sono stati utilizzati dati SAR acquisiti sia da CSK sia da S1 per identificare un fenomeno deformativo localizzato circa 25 km a NE degli epicentri dei terremoti di Visso e Norcia, nel settore settentrionale dei Monti Sibillini, in prossimità dell’abitato di Bolognola (MC). I risultati evidenziano uno spostamento localizzato di circa 2.5 cm lungo la LoS, associato a una frana con movimento prevalente da NO verso SE. L’intervallo temporale coperto dalle acquisizioni delle immagini Sentinel-1 comprende sia gli eventi sismici di Visso e Norcia che le relative repliche. Pertanto, non è possibile determinare con certezza quale evento abbia innescato il movimento franoso.
La Deformazione Gravitativa Profonda di Versante (DGPV) di Podalla (MC) è localizzata in prossimità della diga del Lago di Fiastra ed è stata precedentemente studiata mediante dati InSAR, evidenziando una potenziale predisposizione a deformazioni significative [Tolomei et al., 2013]. In particolare, la DGPV di Podalla è stata identificata come un sackung (insaccamento) con direzione NE e caratterizzata da un piano di scivolamento immergente verso NO. I risultati InSAR ottenuti dalle immagini S1 mostrano un campo di spostamento con una deformazione LoS massima di circa 2–2.5 cm, rilevata sia durante il terremoto di Amatrice sia per gli eventi di Visso e Norcia. Pertanto, la DGPV di Podalla sembra essersi ri-attivata in seguito ai primi tre eventi principali della sequenza sismica in Italia centrale del 2016–2017, determinando uno spostamento cumulativo lungo la LoS di circa 5 cm.
Anche in questo caso sono stati utilizzati sia i dati CSK sia quelli S1. I risultati mostrano che l’area circostante l’abitato di Cicconi, nel territorio comunale di Fiastra (MC), ha subito una deformazione LoS localizzata di circa 2–2.5. L’area è situata circa 25 km a nord-est degli epicentri dei terremoti di Visso e Norcia; tuttavia, sulla base delle date di acquisizione delle immagini, è possibile identificare il terremoto di Visso del 26 ottobre 2016 come l’evento responsabile della riattivazione di questa frana, caratterizzata da un movimento prevalente da SO verso NE.
I risultati dell’analisi
Durante e dopo forti terremoti possono verificarsi diversi effetti indotti dall’attività sismica, in grado di generare ulteriori condizioni di pericolo sia per l’ambiente sia per la popolazione. A seconda della posizione degli epicentri e dei meccanismi di faglia responsabili degli eventi, gli effetti secondari possono includere la generazione di tsunami, il crollo di edifici, fenomeni di liquefazione dei terreni, valanghe e frane [Alasset et al., 2006; Chini et al., 2015; Piscini et al., 2017; Rodrı́guez et al., 1999]. Questo lavoro si concentra sugli effetti locali indotti dalla sequenza sismica in Italia centrale del 2016–2017 nelle aree dell’Appennino centrale colpite. I dati InSAR acquisiti dalle missioni CSK in banda X e S1 in banda C hanno permesso di rilevare deformazioni locali indotte dai terremoti in quattro aree dei Monti Sibillini: Monte Vettore, Bolognola, Podalla e Cicconi. Sono stati ricostruiti i relativi campi di spostamento dell’ordine di pochi centimetri lungo la LoS, principalmente interpretati come associati a fenomeni franosi e fagliazione secondaria. I fenomeni osservati sono stati innescati dai primi tre eventi principali della sequenza, ovvero i terremoti di Amatrice, Visso e Norcia. L’ultimo evento tra quelli principali, il terremoto di Capitignano (Mw 5.5), si è verificato nel mese di gennaio 2017 durante la stagione invernale e ha interessato un’area in gran parte ricoperta da neve. Tali condizioni hanno limitato l’utilizzo di dati InSAR in banda X e C, a causa di significativi effetti di decorrelazione temporale nelle acquisizioni SAR. In particolare, la rapida evoluzione del manto nevoso nell’intervallo temporale tra due acquisizioni, dovuta, ad esempio, a variazioni dello spessore, redistribuzione della neve o processi di fusione, modifica le proprietà di scattering e quindi la risposta elettromagnetica della superficie. Tali cambiamenti riducono notevolmente la correlazione tra le immagini SAR causando perdita di coerenza ed assenza di segnale informativo.
Questo lavoro ha dimostrato la capacità dei dati InSAR di identificare fenomeni deformativi su piccola scala indotti dai terremoti, in particolare nelle aree montane. In contesti topografici complessi, come quelli interessati dalla sequenza sismica in Italia centrale del 2016–2017, le indagini sul campo possono risultare difficoltose a causa della limitata accessibilità delle aree e del potenziale innesco di fenomeni franosi o riattivazioni di faglie secondarie. L’InSAR rappresenta un potente strumento per la valutazione e la mappatura rapida della pericolosità ambientale, fornendo osservazioni spazialmente estese e sicure sia della deformazione cosismica sia dei fenomeni deformativi sismo-indotti.
A cura di Marco Polcari, Christian Bignami, Marco Moro, Salvatore Stramondo, Cristiano Tolomei, ONT-INGV
Bibliografia
Alasset, P.-J., Hébert, H., Maouche, S., Calbini, V., and Meghraoui, M. [2006]. The tsunami induced by the 2003 Zemmouri earthquake (MW = 6.9, Algeria): modelling and results. Geophysical Journal International, 166(1), 213–226. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2006.02912.x
Albano, M., Saroli, M., Moro, M., Falcucci, E., Gori, S., Stramondo, S., Galadini, F., and Barba, S.. [2016]. Minor shallow gravitational component on the Mt. Vettore surface ruptures related to MW 6, 2016 Amatrice earthquake. Annals of Geophysics, 59, 2. https://doi.org/10.4401/ag-7299
Bignami, C., Tomolei, C., Pezzo, G., Guglielmino, F., Atzori, S., Trasatti, E., Antonioli, A., Stramondo, S. and Salvi, S. [2016]. Source identification for situational awareness of August 24th 2016 Central Italy event. Annals of Geophysics, 59, 25. https://doi.org/10.4401/ag-7233
Chini, M., Albano, M., Saroli, M., Pulvirenti, L., Moro, M., Bignami, C., … Stramondo, S. [2015]. Coseismic liquefaction phenomenon analysis by COSMO-SkyMed: 2012 Emilia (Italy) earthquake. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 39, 65–78. https://doi.org/10.1016/j.jag.2015.02.008
Massonnet, D., Rossi, M., Carmona, C., Adragna, F., Peltzer, G., Feigl, K., and Rabaute, T. [1993]. The displacement field of the Landers earthquake mapped by radar interferometry. Nature, 364(6433), 138–142. https://doi.org/10.1038/364138a0
Piscini, A., Romaniello, V., Bignami, C., and Stramondo, S. [2017]. A New Damage Assessment Method by Means of Neural Network and Multi-Sensor Satellite Data. Applied Sciences, 7(8), 781. https://doi.org/10.3390/app7080781
Rodrı́guez, C. E., Bommer, J. J., and Chandler, R. J. [1999]. Earthquake-induced landslides: 1980–1997. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 18(5), 325–346. https://doi.org/10.1016/S0267-7261(99)00012-3
Tolomei, C., Taramelli, A., Moro, M., Saroli, M., Aringoli, D., and Salvi, S. [2013]. Analysis of the deep-seated gravitational slope deformations over Mt. Frascare (Central Italy) with geomorphological assessment and DInSAR approaches. Geomorphology, 201, 281–292. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2013.07.002
Wegmüller, U., and Werner, C. [1997]. GAMMA SAR Processor and Interferometry Software. Presented at the 3rd ERS Scientific Symposium. Retrieved from https://www.gamma-rs.ch/uploads/media/1997-1_GAMMA_Software.pdf
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