Studiati in laboratorio i terremoti che generano tsunami

Capire il legame fra terremoti e tsunami e, in particolare, quali sono le condizioni che amplificano il rischio di tsunami, è di fondamentale importanza per valutare il rischio a cui sono esposte molte aree costiere. Il tema è oggetto di uno studio internazionale, guidato da Paola Vannucchi del Dipartimento di Scienze della Terra, che è stato pubblicato su Nature Geoscience.
immagine Paola Vannucchi
Scienziati a bordo del R/V Joides Resolution descrivono sedimenti recuperati al largo del Costa Rica, al centro Paola Vannucchi

Capire il legame fra terremoti e tsunami e, in particolare, quali sono le condizioni che amplificano il rischio di tsunami, è di fondamentale importanza per valutare il rischio a cui sono esposte molte aree costiere.

Uno studio internazionale (Past seismic slip-to-the-trench recorded in Central America megathrust), pubblicato di recente su Nature Geoscience (doi:10.1038/s41561-017-0013-4), ha indagato questo tema: le ricerche sono state finanziate da due progetti dell’Unione Europea denominati USEMS e NOFEAR (Uncovering the Secrets of an Earthquake: Multidisciplinary Study of Physico-Chemical Processes During the Seismic Cycle e New Outlook on seismic faults: from earthquake nucleation to arrest). Parliamo dello studio con Paola Vannucchi, primo autore dell’articolo, che è ricercatrice del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Ateneo fiorentino e docente della Royal Holloway of London.

Qual è la novità delle vostre ricerche, che sono state svolte insieme all’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) e all’Università di Padova, oltre che con realtà internazionali come la Royal Holloway University of London, Manchester e Durham University (Regno Unito), Tsukuba e Kyoto University (Giappone)?

Per capirla, occorre fare un paio di premesse. Innanzi tutto, il fatto che i terremoti avvengono lungo superfici di frattura che attraversano la crosta terrestre, chiamate faglie. I confini fra le placche tettoniche sono “super” faglie, e terremoti particolarmente grandi si verificano dove le placche scorrono una sopra l’altra (subduzione). Queste faglie sono sottomarine, e l’energia prodotta da un terremoto può a sua volta generare uno tsumani. La magnitudo di uno tsunami, cioè la misura dell’energia sprigionata dall’evento, riflette solitamente la magnitudo del terremoto che lo ha prodotto. Tuttavia in alcuni episodi – come nel terremoto del 1992 in Nicaragua o del 2006 a Java – si sono verificati tsunami con magnitudo molto maggiore di quella dei terremoti che ne sono stati causa.

Passiamo, allora, alla seconda premessa.

Un terremoto consiste in una rottura, che si propaga con una certa velocità, seguita dallo spostamento dei blocchi di roccia a lato della faglia. In genere, i terremoti che producono tsunami hanno una velocità di propagazione della rottura più lenta (1-2 km/s) rispetto ai terremoti che interessano la crosta continentale (2-4 km/s); inoltre, consentono grandi spostamenti dei blocchi di faglia molto vicino al fondale marino, e hanno un epicentro situato non lontano dalla fossa oceanica.

Cioè quella depressione dell’oceano che possiamo trovare parallelamente ad un margine continentale.

Sì. Ora, se il terremoto è una frattura, bisogna che ciò che viene fratturato abbia una certa rigidità. Ma nel punto esatto dove inizia la subduzione ci sono sedimenti depositati sul fondo oceanico, praticamente dei fanghi, che scorrono sotto altri sedimenti fangosi. Finora si pensava che un terremoto, che si origina di solito a circa 15- 30 km di profondità lungo queste faglie che marcano il limite fra le due placche, non potesse propagarsi fino al fondo oceanico, dove il materiale è così poco pietrificato, non rigido, costituito da argilla e gusci calcarei di microrganismi marini. Ma non è stato così nel terremoto di Tohoku in Giappone del 2011, a cui si è associato uno tsunami che ha inondato violentemente la costa settentrionale.

Cosa è avvenuto?

Grazie al monitoraggio del fondo marino operato dai giapponesi e ad altre evidenze scientifiche, si è capito che la rottura si è propagata fino al fondale oceanico con conseguenze devastanti. Finora invece si era creduto che il coefficiente di attrito dei materiali non consolidati aumentasse con la velocità di scivolamento lungo una faglia, arrestando la rottura prima che questa arrivasse al fondale marino. Allora abbiamo deciso di studiare – con delle perforazioni del fondale oceanico – la zona al largo della costa pacifica del Costa Rica, dove la placca tettonica delle Cocos scorre sotto la placca dei Caraibi. Qui abbiamo passato al setaccio i sedimenti che sono coinvolti e tagliati dalla faglia che marca il limite fra le due placche.

Con quale risultato?

Abbiamo scoperto che nel passato, alcuni terremoti si sono propagati fino al fondo oceanico. La geometria della faglia, esperimenti sulla frizione dei materiali e il bilancio dell’energia coinvolta nella rottura dei fanghi carbonatici e delle argille getta nuova luce sul fatto che, durante terremoti con magnitudo maggiore di sette, quindi relativamente piccola per questo tipo di ambiente tettonico, la propagazione della rottura può arrivare in superficie e sollecitare la colonna d’acqua che a sua volta può produrre tsunami molto grandi.

E questo porta a tsunami “atipici”, la cui intensità non si spiegherebbe?

Sì, perché la rottura del fondale oceanico è associata all’innalzamento del fondale stesso e alla conseguente energizzazione della colonna d’acqua marina sovrastante. Poiché in zona di fossa oceanica la colonna d’acqua è di diversi chilometri di altezza, il sollevamento del fondale in questi particolari ambienti oceanici comporta la generazione di imponenti e violentissime onde di tsunami, alte fino a 20-30 metri (un palazzo di dieci piani) quando queste si infrangono sulla costa, come nel caso del terremoto di Tohoku.

 


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