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È di recentissima pubblicazione il CFTIlandslides, Database italiano delle frane storiche sismo-indotte, una banca dati INGV realizzata nell’ambito delle attività del gruppo di lavoro del Catalogo dei Forti Terremoti in Italia (CFTI Working Group).

Il CFTIlandslides è stato sviluppato nell’ambito del progetto “FRASI – Approccio integrato e multi-scala per la definizione della pericolosità da frana sismoindotta nel territorio italiano”, finanziato dal Ministero dell’Ambiente e completato nel 2022. L’obiettivo del progetto era lo sviluppo di un approccio multidisciplinare per la valutazione del rischio di frane indotte dai terremoti su scala nazionale, regionale e locale, combinando i database esistenti e integrandoli con i risultati di precedenti studi, progetti e attività di ricerca. Il progetto prevedeva di avviare un’indagine-pilota in un’area campione: l’Appennino centrale.

Il progetto puntava a localizzare con precisione tutte le frane note. Per raggiungere questo obiettivo è stata effettuata la revisione delle fonti storiche – di nuova acquisizione  o già archiviate nel database del Catalogo dei Forti Terremoti in Italia – e sull’analisi di articoli scientifici e rapporti tecnici, al fine di dettagliare e integrare i dati noti sulle frane sismo-indotte. 

La combinazione del rilascio sismico relativamente frequente con una suscettibilità da frana molto elevata rende il territorio italiano particolarmente predisposto al verificarsi di frane sismo-indotte, ovvero causate da terremoti. In questo contesto, conoscere l’ubicazione, l’entità e le caratteristiche degli eventuali fenomeni ambientali indotti dai terremoti del passato – quindi potenzialmente da quelli futuri – sta diventando un’esigenza sempre più pressante per le agenzie di protezione civile e per le amministrazioni locali. È infatti ben noto che frane causate dai terremoti possono determinare perdite significative e interferire con le operazioni di soccorso su vaste aree, come per esempio verificatosi a seguito dei terremoti in Italia centrale del 2016.

Per queste ragioni, negli ultimi due anni, terminato il progetto FRASI, l’attività è proseguita esaminando tutti gli eventi inclusi nel CFTI5Med per i quali erano stati segnalati effetti franosi, per poi allargare l’area indagata all’intero territorio italiano.

Poiché il CFTIlandslides è stato concepito come un “work in progress”, in questa prima versione le conoscenze disponibili su ciascun terremoto sono state valutate con un livello di dettaglio variabile:

• livello alto: sono state analizzate tutte le fonti storiche disponibili e di nuova acquisizione, e le descrizioni degli effetti sono state migliorate o corrette;
• livello medio: è stata effettuata una revisione parziale delle fonti storiche;
• livello basso: i dati sono stati presi tal quali dalle descrizioni fornite da CFTI5Med.

I testi delle fonti storiche hanno spesso consentito di valutare anche la tipologia di movimento di versante delle frane indotte da terremoti: per questa voce è stata adottata la classificazione già in uso per il database dell’Inventario delle Frane Italiane (IFFI).

Sono state inoltre georeferenziate tutte le frane sulla base delle descrizioni delle fonti storiche e del confronto geografico con diverse tipologie di dataset, tra cui fotografie aeree, carte geomorfologiche e carte di dissesto; il livello di accuratezza raggiunto è variabile, in funzione appunto del dettaglio fornito dalle fonti stesse. Quando è stata trovata una (certa o possibile) corrispondenza (geografica e/o tipologica) tra la descrizione di un effetto sismo-indotto e una frana della banca-dati IFFI, i due elementi sono stati associati attraverso i rispettivi codici identificativi.

Mediante l’interfaccia web appositamente sviluppata è quindi possibile la consultazione geografica dei dati, anche navigando in 3D sul territorio.

Attraverso l’utilizzo dei servizi web è possibile sovrapporre alla mappa livelli informativi diversi: dai confini amministrativi alle frane della banca dati IFFI, dai dati della mappa di pericolosità a scala nazionale (MPS04), alle sorgenti sismogenetiche del DISS.

Poiché, come si è detto, CFTIlandslides è stato progettato come “work in progress”, come tale è aperto a successive aggiunte e miglioramenti nelle versioni future. Questa prima versione del database comprende oltre 1.000 frane, suddivise in classi in base alla precisione della localizzazione, al livello di accuratezza nell’abbinamento ad IFFI, e alla tipologia di movimento. Si rivolge ad un vasto pubblico di potenziali utenti, tra cui ricercatori e studiosi, professionisti, tecnici e amministratori appartenenti alle istituzioni locali e alle autorità di protezione civile.

a cura del CFTI Working Group

Riferimenti bibliografici e web

• DISS Working Group. (2021). Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), version 3.3.0: A compilation of potential sources for earthquakes larger than M 5.5 in Italy and surrounding areas.. Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV). https://doi.org/10.13127/diss3.3.0 
• Guidoboni E., Ferrari G., Mariotti D., Comastri A., Tarabusi G., Sgattoni G., Valensise G. (2018) – CFTI5Med, Catalogo dei Forti Terremoti in Italia (461 a.C.-1997) e nell’area Mediterranea (760 a.C.-1500). Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV). https://doi.org/10.6092/ingv.it-cfti5 
• ISPRA, Inventario dei Fenomeni Franosi in Italia – IFFI. https://progettoiffi.isprambiente.it 
• Meletti C., Montaldo V., Stucchi M., Martinelli F. (2006). Database della pericolosità sismica MPS04. Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV). https://doi.org/10.13127/sh/mps04/db 
• Tarabusi G., Ferrari G., Ciuccarelli C., Bianchi M.G., Sgattoni G., Comastri A., Mariotti D., Valensise G., Guidoboni E. (2020) – CFTILab, Laboratorio Avanzato di Sismologia Storica. Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV). https://doi.org/10.13127/cfti/cftilab  
• Zei C., Tarabusi G., Ciuccarelli C., Burrato P., Sgattoni G., Taccone R.C., Mariotti D. (2024) – CFTIlandslides, Italian database of historical earthquake-induced landslides. Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV). https://doi.org/10.13127/cfti/landslides 

• Licenza

  

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Dal 2021 è operativo il Centro di Monitoraggio delle Attività di Sottosuolo (CMS) il cui compito principale è quello di monitorare l’attività sismica eventualmente associata ad attività antropogenica. Il CMS basa le sue analisi 24/7 su apposite reti di monitoraggio sismologico e geodetico, attualmente operative nelle aree geotermiche Toscane, nella Pianura Padana e in Basilicata.

La mattina del giorno 27 dicembre 2023 la rete sismica del CMS, operativa in Basilicata, in particolare nella zona della Val d’Agri, ha rilevato dei segnali “insoliti”, che si distinguevano nettamente dalle abituali forme d’onda generate dalla sismicità locale (Figura 1).

È stata registrata una distinta fase sismica che si propaga con una velocità apparente più lenta, rispetto alle velocità sismiche tipiche per la crosta terrestre. Ampliando lo sguardo all’intera Rete Sismica Nazionale dell’INGV si nota che è possibile osservare la fase in molte altre stazioni situate in Italia meridionale (Figura 2). 

La bassa velocità apparente di propagazione durante l’attraversamento della rete sismica indica che si tratta di un’onda di pressione che viaggia in atmosfera e che, nel momento del contatto con la superficie terrestre, viene registrata come onda sismica. L’onda di pressione è talmente energetica che viene osservata su sismogrammi a scala regionale, un fatto che esclude l’ipotesi di una esplosione in cava e rende più probabile quella di un aereo militare o l’entrata in atmosfera di un meteoroide.

Dal punto di vista sismologico il segnale generato da un meteoroide è ben noto. La Figura 3 (presa da Edwards et al., 2008) riassume la dinamica dell’entrata in atmosfera di un meteoroide e la generazione delle rispettive onde durante il suo viaggio verso la superficie terrestre. La velocità di entrata in atmosfera è maggiore della velocità del suono (~340 m/s) e viene quindi chiamata ipersonica (a). Lungo la traiettoria il meteoroide emette un fronte d’onda di pressione noto come Cono di Mach. Qualche volta il bolide si frammenta in maniera esplosiva, dovuto alle alte temperature prodotte dall’attrito con l’atmosfera (b). In funzione della massa finale del meteorite, l’impatto con la superficie terrestre può generare un’onda sismica (c).  

L’impatto dell’onda di pressione con il terreno crea un’onda sismica (d) che si propaga con le tipiche velocità della crosta terrestre (P, S, Rayleigh) può essere registrata alla stazione sismica (triangolo grigio in Figura 3) prima dell’arrivo dell’onda acustica diretta (e). La Figura 4 mostra un esempio di forma d’onda delle fasi (d), (e) registrata alla stazione sismica TP01 vicino a Gorgoglione in Basilicata.

Risulta quindi più probabile che i segnali sismici registrati vengono generati da una sorgente acustica continua – o meglio come proposto da Edwards et al. (2008) – dal cono di Mach che si forma durante il volo della meteora con velocità supersonica (Figura 3).

Assumendo il caso dell’esplosione di un bolide in aria, l’ipocentro che risulta dall’inversione dei tempi d’arrivo alle stazioni sismiche, assumendo un modello di atmosfera semplice, risulta nella posizione della stella (Figura 2) ad una quota di circa 90 km. Dato che i residui del calcolo ipocentrale rimangono alti dopo l’inversione, sembra più probabile la registrazione del passaggio del cono di Mach (a in Figura 3) alle singole stazioni sismiche, come recentemente osservato in un evento simile (Olivieri et al., 2023).

Indicando con una scala di colori su mappa i tempi d’arrivo per ogni singola stazione e interpolando tali valori, si può ottenere un’idea sulla direzione di propagazione del bolide. Ordinando in modo cronologico i tempi d’arrivo alle stazioni si può osservare che la fase sismica registrata si propaga da Nord (N) verso Sud (S), lasciando immaginare una identica direzione di spostamento del meteoroide (freccia bianca in Figura 2). 

Da una ricerca sul web, è stato possibile reperire numerose  testimonianze visive del fenomeno: in particolare una webcam installata a Campoli (MT), con campo visivo in direzione est, ha registrato il passaggio del meteoroide e suggerisce una direzione di volo da S a N, direzione opposta rispetto alle osservazioni sismiche.  

Per ottenere informazioni di dettaglio sul fenomeno che abbiamo osservato sulle stazioni sismiche, abbiamo interpellato i colleghi dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), che gestiscono la rete PRISMA (Prima Rete Italiana per la Sorveglianza Sistematica di Meteore e Atmosfera). Dalle analisi preliminari della rete PRISMA sono stati ottenuti i seguenti parametri:

Tabella 1: Parametri rilevati dalla rete PRISMA* 

Confrontando i dati ottenuti dalle due reti di osservazioni, sebbene la traiettoria abbia una direzione molto simile (vedi Figura 2), si nota una evidente incongruenza legata alla direzione di spostamento del meteoroide. Infatti la direzione di spostamento desunta dalle osservazioni ottenute dalla rete sismica (da N a S) è opposta a quella osservata dalla rete PRISMA, che indica da S a N. Per spiegare questa incongruenza (solo apparente) è stato necessario fare alcuni calcoli utilizzando i dati forniti dalla rete PRISMA.

Secondo i dati rilevati infatti, il meteoroide entra nel campo visivo ad una quota di 83 km, sotto un angolo di 8.3° rispetto all’orizzonte, e si propaga con una velocità di 14.2 km/s in direzione N. La sua velocità è di Mach 42.64 quindi 42 volte maggiore rispetto alla velocità del suono. La visibilità dell’oggetto incandescente dura 16.5 s, una finestra temporale in cui la meteora percorre una traiettoria quasi orizzontale di 228 km e perde complessivamente 33.5 km di quota (altezza finale 49.5 km, vedi Tabella 1). La velocità di discesa verticale è determinata dal rapporto tra la differenza di quota (iniziale e finale di 33.5 km) e la durata di volo (16.5 s), e risulta quindi 2.03 km/s. Essendo la velocità di discesa (direzione verticale) sei volte più alta della velocità del suono (340 m/s), l’onda di pressione trasmessa in direzione verticale dal cono di Mach raggiunge la superficie terrestre prima. Di conseguenza il segnale di pressione arriva prima nei sismogrammi delle stazioni situate a N, con successivo ritardo nelle registrazioni delle stazioni sismiche poste più a sud. Questo meccanismo spiega la propagazione della fase sismica in direzione opposta rispetto alla traiettoria osservata, con una velocità apparente di circa 2.7 m/s. In Figura 5 è schematizzato il meccanismo che è stato appena descritto.

Tenendo conto del meccanismo appena descritto e dei parametri della traiettoria derivati dalle osservazioni della rete PRISMA, abbiamo calcolato i tempi teorici di arrivo di onde acustiche alle stazioni sismiche assumendo un valore medio e uniforme della velocità del suono nell’atmosfera (~343 m/s) e che la generazione di onde acustiche sia un processo continuo lungo tutta la traiettoria del meteorite. I residui di tempo calcolati come differenza tra il ritardo osservato e quello teorico, sono stati poi confrontati con la traiettoria visibile del meteorite. Mentre i residui nelle stazioni localizzate lungo la traiettoria del meteorite (i.e., a sud dell’area, tra Basilicata e Calabria) sono molto contenuti, risulta particolarmente interessante l’alto residuo (negativo) nelle stazioni localizzate a N del punto finale della traiettoria osservata tramite la rete PRISMA (in particolare nella stazione OT14 (nel Gargano, che è quella dove si osserva il primo arrivo nei registri sismici e dove il tempo osservato è ~14s prima del tempo teorico) e nella stazione IV.TREM (isole Tremiti).  Questa osservazione indica che la traiettoria del meteorite generatrice di onde acustiche vada oltre il punto finale di avvistamento identificato dalla rete PRISMA; infatti considerando una traiettoria più lunga (Figura 6) è possibile estendere a Nord la traiettoria per trovare il punto (localizzato a Nord del Gargano) fino al quale è possibile presumere la generazione di onde acustiche registrate nelle stazioni sismiche disponibili nella zona. 

A cura di T. Braun, A. Garcia, I. Molinari, D. Piccinini, INGV con il contributo dell’INAF.

Note

*PRISMA (Prima Rete Italiana per la Sorveglianza Sistematica di Meteore ed Atmosfera) è una collaborazione avviata e coordinata dall’INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica)  che coinvolge membri fra istituti di ricerca, università, associazioni e scuole in tutta Italia (http://www.prisma.inaf.it). PRISMA è partner della collaborazione internazionale FRIPON (Fireball Recovery and InterPlanetary Observation Network – https://www.fripon.org/). PRISMA è un progetto sostenuto da Fondazione CRT.

Bibliografia

Edwards, W. N., D. W. Eaton, and P. G. Brown (2008). Seismic observations of meteors: Coupling theory and observations. Rev. Geophys., 46, RG4007, doi:10.1029/2007RG000253.

Heimann, S, Á. González, R. Wang, S. Cesca, and T. Dahm (2013). Seismic Characterization of the Chelyabinsk Meteor’s Terminal Explosion. Seis. Res. Lett. 84 (6), 1021-1025. doi: 10.1785/0220130042

Olivieri, M., Piccinini, D., Saccorotti, G., Barghini, D., Gardiol, D., Pino, N.A., Ripepe, M., Betti G., Lacanna, G. and Arcidiaco, L. (2023): The optical, seismic, and infrasound signature of the March 5 2022, bolide over Central Italy. Scientific Reports 13:21135. https://doi.org/10.1038/s41598-023-48396-8.

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