AGI - Ricostruire con maggiore precisione la magnitudo dei terremoti avvenuti migliaia di anni fa combinando tre informazioni conservate nelle tracce geologiche lasciate dai sismi: lo spostamento prodotto lungo la faglia, la lunghezza della rottura della superficie terrestre e l'età dell'evento. È quanto consente "PaleoBayes", un nuovo algoritmo probabilistico sviluppato dai ricercatori dell'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (Ingv) in collaborazione con la Southern University of Science and Technology di Shenzhen, in Cina.
Applicato a 44 paleoterremoti avvenuti nell'Appennino centrale negli ultimi 27 mila anni, il metodo ha mostrato che le tracce geologiche conservate fino a oggi documentano quasi esclusivamente i terremoti più forti, con magnitudo superiore a circa 6,5. Il risultato, pubblicato sul "Bulletin of the Seismological Society of America", potrebbe contribuire a migliorare la ricostruzione della storia sismica e la valutazione della pericolosità dei territori.
L'approccio affronta uno dei principali problemi della paleosismologia: attribuire una magnitudo ai terremoti avvenuti prima dell'introduzione delle moderne reti di rilevamento sismico. I terremoti sufficientemente forti possono rompere la superficie terrestre e lasciare tracce geologiche che sopravvivono per migliaia di anni. Studiando queste strutture, i paleosismologi possono misurare il "rigetto", cioè lo spostamento prodotto dalla faglia durante il terremoto, ricostruire la lunghezza della rottura e datare i sedimenti interessati dall'evento.
Trasformare queste informazioni in una stima della magnitudo comporta però numerose fonti di incertezza. Le tracce possono essere conservate soltanto parzialmente, le misure hanno inevitabili margini di errore e gli eventi più antichi hanno maggiori probabilità di essere stati cancellati dai successivi processi geologici ed erosivi. Per affrontare il problema, il gruppo ha innanzitutto realizzato "PaleoEca", un database che raccoglie e armonizza le informazioni relative a 44 paleoterremoti identificati nell'Appennino centrale e avvenuti nell'arco degli ultimi 27 mila anni.
"Abbiamo armonizzato decenni di indagini paleosismologiche, associando a ogni misura la sua incertezza - ha spiegato Deborah Di Naccio, ricercatrice dell'Ingv e prima autrice dell'articolo - senza questa trasparenza, qualsiasi elaborazione successiva rischia di produrre magnitudo solo apparentemente precise". Su questa base è stato sviluppato "PaleoBayes", software open-source che utilizza l'inferenza bayesiana per integrare simultaneamente rigetto, lunghezza della rottura superficiale ed età del terremoto.
Il sistema tiene conto non soltanto dell'incertezza associata alle osservazioni, ma anche della probabilità che le tracce di un terremoto siano sopravvissute fino al presente e della distribuzione statistica delle magnitudo. "Da un lato, la probabilità di preservazione diminuisce col passare del tempo: una traccia più antica ha maggiori probabilità di essere stata cancellata", ha spiegato Davide Zaccagnino, ricercatore della Sustech di Shenzhen e coautore dello studio.
Il modello incorpora inoltre la legge di Gutenberg-Richter, secondo la quale la frequenza dei terremoti diminuisce esponenzialmente all'aumentare della magnitudo. L'obiettivo è evitare di considerare tutte le possibili magnitudo come ugualmente probabili e costruire invece una stima coerente con il comportamento statistico della sismicità.
Il risultato non è quindi una singola magnitudo considerata esatta, ma una distribuzione probabilistica accompagnata da un intervallo di credibilità. Per i 44 terremoti analizzati, secondo gli autori, l'incertezza al 95% è generalmente compresa entro circa 0,3-0,7 unità di magnitudo. I ricercatori hanno verificato il funzionamento del metodo utilizzando anche terremoti storici dei quali esistono stime indipendenti della magnitudo. Per il terremoto del Fucino del 1915, uno dei più distruttivi della storia sismica italiana recente, "PaleoBayes" restituisce una magnitudo di 6,83 con un'incertezza di 0,13, valore compatibile con le stime strumentali e macrosismiche comprese tra 6,7 e 7,0.
L'analisi ha però fatto emergere soprattutto un limite fondamentale dei cataloghi paleosismologici. Nell'Appennino centrale i terremoti con magnitudo inferiore a circa 6,5 avrebbero una probabilità molto bassa di produrre tracce capaci di conservarsi abbastanza a lungo da essere individuate oggi. "In Appennino centrale, i terremoti con magnitudo inferiore a circa 6,5 hanno una probabilità bassissima di lasciare tracce che sopravvivano abbastanza a lungo da essere osservate oggi", ha affermato Michele Carafa, ricercatore dell'Ingv e coautore dello studio.
Di conseguenza, l'archivio geologico disponibile non rappresenterebbe in maniera uniforme tutti i terremoti avvenuti nel passato, ma selezionerebbe soprattutto gli eventi più energetici. "Questo implica che il catalogo paleosismologico campioni quasi esclusivamente la coda estrema della distribuzione di magnitudo, cioè i grandissimi eventi", ha aggiunto Carafa. Ignorare questa soglia di completezza e le relative incertezze, secondo i ricercatori, può quindi introdurre distorsioni nelle valutazioni della pericolosità sismica.
Lo studio mostra inoltre che le magnitudo ricostruite possono variare sensibilmente in funzione delle leggi di scala utilizzate per collegare le caratteristiche delle faglie all'energia dei terremoti. Anche questo risultato, sottolineano gli autori, indica la necessità di abbandonare stime esclusivamente deterministiche in favore di procedure probabilistiche nelle quali le diverse fonti di incertezza siano esplicitamente quantificate.
PaleoBayes e il database PaleoEca forniscono così strumenti riproducibili per ricostruire terremoti avvenuti molto prima dell'era strumentale e per comprendere meglio quali eventi siano effettivamente rappresentati nell'archivio geologico. L'obiettivo è arrivare a una storia sismica dei territori nella quale, accanto alla magnitudo stimata, sia possibile conoscere anche il grado di affidabilità della ricostruzione.