Σεισμικές πηγές στην ακολουθία Amatrice-Visso-Norcia: τι μας λέει η σεισμική τομογραφία
Στις 30 Οκτωβρίου 2020 Πριν από τέσσερα χρόνια, στις 7:40 π.μ., η κεντρική Ιταλία, και συγκεκριμένα η Νόρτσια, συγκλονίστηκε από έναν ισχυρό σεισμό μεγέθους 6,5 βαθμών. Η ακολουθία έφτασε στη συνέχεια στο αποκορύφωμά της, καταστρέφοντας σχεδόν ολοσχερώς τα περισσότερα από τα πιο όμορφα χωριά των Απεννίνων.
Η σεισμική ακολουθία που έπληξε την κεντρική Ιταλία μεταξύ 2016 και 2017, με αποκορύφωμα τους σεισμούς του Αματρίτσε (Mw 6,1), του Βίσο (Mw 5,9) και της Νόρτσια (Mw 6,5), αντιπροσωπεύει μία από τις σημαντικότερες μελέτες περίπτωσης στη σύγχρονη σεισμολογία. Σχεδόν 10 χρόνια αργότερα, η περιοχή μεταξύ Λάτιο, Αμπρούτσο, Μάρκε και Ούμπρια παραμένει σεισμικά ενεργή: αν και πλέον κυριαρχούν σεισμικά γεγονότα χαμηλού μεγέθους, η επιμονή τους υποδηλώνει ότι ο φλοιός της Γης εξακολουθεί να απελευθερώνει ενέργεια κατά μήκος του συστήματος ρηγμάτων.
Αμέσως μετά τον σεισμό του Αματρίτσε, το INGV και η Βρετανική Γεωλογική Υπηρεσία εγκατέστησαν ένα πυκνό προσωρινό σεισμικό δίκτυο στην περιοχή του επικεντρου. Αυτό το δίκτυο κατέγραψε δεκάδες χιλιάδες σεισμούς, παρέχοντας έναν πρωτοφανή πλούτο δεδομένων για την ανακατασκευή της γεωμετρίας των ρηγμάτων και την κατανόηση των διεργασιών που διέπουν την εξέλιξη των σεισμικών ακολουθιών .
Ο τεράστιος αριθμός σημάτων κατέστησε αδύνατη την πλήρη χειροκίνητη ανάλυση των σεισμογραφημάτων. Παρόλο που αυτή η πρακτική εξακολουθεί να χρησιμοποιείται τόσο από σεισμολόγους που βρίσκονται σε υπηρεσία 24/7 στο Δωμάτιο Σεισμικής Επιτήρησης της INGV όσο και από τους σεισμικούς αναλυτές του Ιταλικού Σεισμικού Δελτίου (BSI) [1], αποφασίστηκε να χρησιμοποιηθεί ένας αυτόματος κώδικας ανάλυσης για τον εντοπισμό των χρόνων άφιξης των σεισμικών κυμάτων P και S, λαμβάνοντας έτσι, σε σχεδόν πραγματικό χρόνο, ένα σχεδόν πλήρες σύνολο δεδομένων (Spallarossa et al., 2021). Σήμερα, αυτές οι προσεγγίσεις ενισχύονται περαιτέρω από την τεχνητή νοημοσύνη, η οποία μας επιτρέπει να αναγνωρίζουμε έναν συνεχώς αυξανόμενο αριθμό σεισμών και να τους αναλύουμε με αυξανόμενη ακρίβεια.
Οι χρόνοι άφιξης των κυμάτων P και S έχουν χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία σεισμικής τομογραφίας , μιας τεχνικής παρόμοιας με την ιατρική αξονική τομογραφία. Αντί για ακτίνες Χ, χρησιμοποιούνται τα κύματα που παράγονται από σεισμούς, τα οποία διασχίζουν τον φλοιό της Γης με διαφορετικές ταχύτητες ανάλογα με τις ιδιότητες των πετρωμάτων. Η ανάλυση χιλιάδων σεισμικών διαδρομών μας επιτρέπει να αποκτήσουμε μια τρισδιάστατη εικόνα του υπεδάφους, επισημαίνοντας περιοχές με υψηλές ή χαμηλές ταχύτητες σε σύγκριση με μια μέση τιμή.
Συνδυάζοντας τις ταχύτητες των κυμάτων P και S, είναι επίσης δυνατό να εκτιμηθεί ο λόγος Poisson (ν), μια παράμετρος που παρέχει πληροφορίες για τη φυσική κατάσταση των πετρωμάτων : τιμές μεγαλύτερες από 0,30 σχετίζονται γενικά με θραυσμένα και πλούσια σε ρευστά πετρώματα , ενώ χαμηλότερες τιμές χαρακτηρίζουν συμπαγή και άκαμπτα πετρώματα με χαμηλή περιεκτικότητα σε ρευστά .
Η πολυπλοκότητα του συστήματος ρηγμάτων
Ένα πρώτο αποτέλεσμα αφορά τη γεωμετρία του συστήματος ρηγμάτων. Ένα κανονικό ρήγμα, όπως αυτά που ενεργοποιούνται κατά τη διάρκεια της σεισμικής ακολουθίας στην κεντρική Ιταλία, μπορεί να φανταστεί κανείς ως μια κεκλιμένη επιφάνεια κατά μήκος της οποίας συμβαίνει μετατόπιση κατά τη διάρκεια ενός σεισμού. Στην περίπτωση της ακολουθίας Amatrice-Visso-Norcia, ωστόσο, η σεισμικότητα αποκαλύπτει ένα πολύ πιο πολύπλοκο σύστημα , που αποτελείται από πολλαπλά τμήματα με διαφορετικά γεωλογικά χαρακτηριστικά .
Σχήμα 1. α) Θέση στον χάρτη των ρηγμάτων και των κύριων σεισμών τους που υποδεικνύονται από αστέρια (το συμβάν Norcia μεγέθους Mw 6,5 της 30ής Οκτωβρίου 2026 είναι με κόκκινο χρώμα, το συμβάν Amatrice μεγέθους Mw 6,1 της 24ης Αυγούστου 2016 είναι με κίτρινο χρώμα)· β) τομογραφία που δείχνει τον συντελεστή Poisson ( ν ) κατά μήκος του ρήγματος Amatrice, οι ροζ γραμμές αντιπροσωπεύουν τη σεισμική μετατόπιση, το κόκκινο αστέρι τον κύριό σεισμό Amatrice , οι γκρίζες κουκκίδες τη σεισμικότητα που προβάλλεται στο επίπεδο· γ) τομογραφία που δείχνει τον συντελεστή Poisson (ν) κατά μήκος του ρήγματος Norcia, του οποίου ο κύριός σεισμός αντιπροσωπεύεται από τον μεγαλύτερο κόκκινο αστέρα. Το συμβάν Visso (Mw 5,9) της 26ης Οκτωβρίου 2016 υποδεικνύεται από τον μικρότερο κόκκινο αστέρα, ενώ το συμβάν Amatrice υποδεικνύεται από τον κίτρινο αστέρα (De Gori et al., 2023).
Η σεισμική τομογραφία μας επέτρεψε να ανακατασκευάσουμε την τρισδιάστατη κατανομή του λόγου Poisson (ν), που προκύπτει από τις ταχύτητες των σεισμικών κυμάτων P και S. Οι τομογραφικές εικόνες (Σχήμα 1) δείχνουν σημαντικές διαφορές μεταξύ των ρηγμάτων Amatrice και Norcia. Για το ρήγμα Amatrice, ο κύριος σεισμός διαχωρίζει δύο τομείς με πολύ διαφορετικές τιμές ν: χαμηλές τιμές επικρατούν προς το Campotosto, ενώ υψηλές τιμές παρατηρούνται στην περιοχή που παρουσίασε τη μεγαλύτερη σεισμική μετατόπιση. Επίσης, για το ρήγμα Norcia, ο σεισμός της 30ής Οκτωβρίου 2016 και η περιοχή μέγιστης ολίσθησης συμπίπτουν με μια περιοχή υψηλού ν, ενώ οι χαμηλότερες τιμές βρίσκονται σε μεγαλύτερα βάθη.
Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι οι περιοχές όπου επικεντρώθηκε η ρήξη χαρακτηρίζονται από την παρουσία υπερσυμπιεσμένων ρευστών , ικανών να μειώσουν την τριβή και να προωθήσουν την ολίσθηση του ρήγματος. Ο σεισμός του Visso στις 26 Οκτωβρίου 2016 εμπίπτει επίσης σε ζώνη υψηλού ν.
Στην περιοχή Αματρίτσε προς το Καμποτόστο (η περιοχή που επλήγη από τους σεισμούς της 18ης Ιανουαρίου 2017), ωστόσο, οι χαμηλές τιμές ν θα μπορούσαν να υποδηλώνουν ότι εκτινάχθηκαν ρευστά κατά τη διάρκεια του πρώτου σεισμού ή να αντανακλούν μια αλλαγή στη λιθολογία. Πράγματι, σε αυτήν την περιοχή, το ρήγμα διασχίζει την ώθηση των ορέων Σιμπιλίνι , μια σημαντική τεκτονική δομή που διαχωρίζει τα ανθρακικά πετρώματα από τις διαδοχές λεκανοπεδίου, υποδηλώνοντας ότι τόσο η παρουσία ρευστών όσο και η φύση των πετρωμάτων επηρέασαν την εξέλιξη της σεισμικής ακολουθίας.
Σεισμική τομογραφία με την πάροδο του χρόνου: Υπάρχουν ανωμαλίες ταχύτητας που προηγούνται των μεγάλων σεισμών;
Μία από τις πιο συναρπαστικές πτυχές της σεισμικής έρευνας είναι ο προσδιορισμός του κατά πόσον ο φλοιός της Γης παρουσιάζει μετρήσιμες αλλαγές πριν από έναν μεγάλο σεισμό. Ξεκινώντας με τον σεισμό Colfiorito του 1997, η ομάδα μας ανέπτυξε σεισμική τομογραφία « time-lapse » (ή 4D), η οποία ανακατασκευάζει την εξέλιξη των φυσικών ιδιοτήτων των πετρωμάτων με την πάροδο του χρόνου χρησιμοποιώντας σεισμούς ως φυσικές πηγές.
Κατά τη διάρκεια της ακολουθίας Amatrice-Visso-Norcia, οι χρόνοι άφιξης των σεισμικών κυμάτων υποβλήθηκαν σε επεξεργασία σε σχεδόν πραγματικό χρόνο (Spallarossa et al, 2021), παράγοντας μια σειρά από τομογραφικά μοντέλα που περιγράφουν την εξέλιξη του ρήγματος μέχρι και λίγα λεπτά πριν από τον σεισμό μεγέθους Mw 6,5 στη Norcia . Ο τεράστιος όγκος δεδομένων έκανε την ανάλυση ιδιαίτερα περίπλοκη, αλλά μας επέτρεψε να παρατηρήσουμε παραλλαγές που δεν είχαν καταγραφεί ποτέ προηγουμένως σε αυτό το επίπεδο λεπτομέρειας.
Οι εικόνες (Σχήμα 2α) δείχνουν ότι το τμήμα του ρήγματος που θα είχε επηρεαστεί από τη μεγαλύτερη ολίσθηση κατά τη διάρκεια του σεισμού της 30ής Οκτωβρίου 2016 χαρακτηρίζεται από μια προοδευτική αύξηση στην ταχύτητα του κύματος P. Αυτή η συμπεριφορά ερμηνεύεται ως αύξηση στην ακαμψία του ρήγματος κατά τη διάρκεια της προπαρασκευαστικής φάσης. Στον ίδιο όγκο, η αναλογία μεταξύ των ταχυτήτων του κύματος P και του κύματος S αυξάνεται επίσης, υποδεικνύοντας την παρουσία υπερπιεσμένων ρευστών.
Σχήμα 2. α) Σεισμική τομογραφία ταχυτήτων κύματος P κατά μήκος του σεισμού Norcia στις 30 Οκτωβρίου 2016. Τα αποτελέσματα ελήφθησαν με δεδομένα από τρία αυξανόμενα χρονικά παράθυρα, όλα ξεκινώντας από τις 24 Αυγούστου 2016: στο επάνω πλαίσιο, δεδομένα έως τις 13 Σεπτεμβρίου, στο μεσαίο πλαίσιο έως τις 26 Οκτωβρίου και στο κάτω πλαίσιο, δεδομένα έως τις 30 Οκτωβρίου, πριν από τον κύριο σεισμό Mw 6,5 . Τα μεγαλύτερα αστέρια αντιπροσωπεύουν τους κύριους σεισμούς Norcia (κίτρινο) και Amatrice (λευκό) . Τα μικρότερα λευκά αστέρια είναι τα συμβάντα M>5 στην ακολουθία. β) Ταχύτητες κύματος P που εξήχθησαν από 10 τομογραφικά μοντέλα που ελήφθησαν με δεδομένα που αυξάνονται σταδιακά σε σχέση με τις 24 Αυγούστου για έναν κόμβο που συμπίπτει με το υπόκεντρο του σεισμού Mw 6,5 (κόκκινες κουκκίδες) και έναν κόμβο που βρίσκεται λίγα χιλιόμετρα βορειότερα (πράσινες κουκκίδες). Σημειώστε πώς η περιοχή κοντά στη μέγιστη συνσειμική ολίσθηση (πράσινες κουκκίδες) υπόκειται σε προοδευτική αύξηση της ταχύτητας P, καταδεικνύοντας μια διαδικασία αυξημένης ακαμψίας - σκλήρυνσης - του ρήγματος, ενώ στο σημείο που αντιστοιχεί στο υπόκεντρο του σεισμού μεγέθους Mw 6,5 (κόκκινες κουκκίδες) υπάρχει μείωση της Vp που ερμηνεύεται ως μηχανική εξασθένηση που προηγείται της εμφάνισης του κύριου σεισμού (Chiarabba et al., 2020).
Η συμπεριφορά της υποκεντρικής ζώνης είναι διαφορετική, όπου τις τελευταίες ημέρες πριν από τον σεισμό, η ταχύτητα των κυμάτων P μειώνεται. Αυτή η παρατήρηση, σε συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα (Scuderi et al., 2016), ερμηνεύεται ως αποτέλεσμα έντονης θραύσης του βράχου και προοδευτικής μηχανικής εξασθένησης στο σημείο όπου θα προκύψει η θραύση.
Η παρατήρηση αυτών των δύο αντίθετων εξελίξεων (Σχήμα 2β) υποδηλώνει ότι η προετοιμασία ενός μεγάλου σεισμού δεν περιλαμβάνει ολόκληρο το ρήγμα με τον ίδιο τρόπο : ενώ ο περιβάλλοντας τομέας συνεχίζει να σκληραίνει συσσωρεύοντας ελαστική ενέργεια, ο υποκεντρικός όγκος εξελίσσεται προς συνθήκες ευνοϊκές για τον σχηματισμό πυρήνων της ρήξης (Σχήμα 2β).
Αυτά τα αποτελέσματα δεν μας επιτρέπουν να προβλέψουμε σεισμούς , αλλά αντιπροσωπεύουν μία από τις πρώτες ενδείξεις μεταβολών στις σεισμικές ταχύτητες που παρατηρούνται πριν από ένα σημαντικό γεγονός . Η κατανόηση αυτών των διεργασιών είναι ένα σημαντικό βήμα προς την κατεύθυνση ολοένα και πιο ρεαλιστικών φυσικών μοντέλων του σεισμικού κύκλου .
Μελλοντικές προοπτικές
Η σεισμική τομογραφία εξελίσσεται από μια τεχνική ανακατασκευής της δομής του φλοιού της Γης σε ένα εργαλείο ικανό να παρακολουθεί την εξέλιξή του με την πάροδο του χρόνου . Τα σεισμικά δίκτυα υψηλής πυκνότητας, οι αλγόριθμοι τεχνητής νοημοσύνης για την αυτόματη ανάλυση σεισμογράμματος και οι σύγχρονες υπολογιστικές τεχνικές θα επιτρέψουν την ενημέρωση των τομογραφικών μοντέλων σε σχεδόν πραγματικό χρόνο. Είναι σημαντικό να τονιστεί ότι αυτό δεν σημαίνει πρόβλεψη σεισμών, ένας ακόμη ανέφικτος στόχος, αλλά μάλλον καλύτερη κατανόηση των φυσικών διεργασιών που προετοιμάζουν ένα ρήγμα για ρήξη .
Ο μελλοντικός στόχος είναι η παρακολούθηση αυτών των αλλαγών τόσο κατά τη διάρκεια σεισμικών ακολουθιών, όπως αυτή του Amatrice-Visso-Norcia, όσο και σε περιοχές που χαρακτηρίζονται από τη λεγόμενη σεισμικότητα υποβάθρου. Στην πρώτη περίπτωση, μετά από σεισμούς μεγάλου μεγέθους, τα δίκτυα παρακολούθησης συμπυκνώνονται γρήγορα [2] για να καταγράφεται η εξέλιξη της ακολουθίας με μεγαλύτερη λεπτομέρεια.
Για τη σεισμικότητα υποβάθρου, βασικό ρόλο θα διαδραματίσουν τα Παρατηρητήρια Εγγείων Ρηγμάτων (NFO) , μόνιμα παρατηρητήρια εγκατεστημένα κοντά σε ενεργά ρήγματα. Ένα παράδειγμα είναι το TABOO [3], στα Απέννινα Ούμπρια-Μάρκε, εξοπλισμένο με ένα σεισμικό δίκτυο υψηλής πυκνότητας που επιτρέπει την παρακολούθηση της εξέλιξης των φυσικών ιδιοτήτων του φλοιού με την πάροδο του χρόνου. Η επέκταση αυτών των παρατηρητηρίων στις ιταλικές περιοχές με τον υψηλότερο σεισμικό κίνδυνο θα προσφέρει νέες ευκαιρίες για τη μελέτη του σεισμικού κύκλου, από την αργή παραμόρφωση έως την πιθανή ανάπτυξη πιο ενεργητικών σεισμών.
P. De Gori και C. Chiarabba , INGV
https://ingvterremoti.com/2026/09/09/le-sorgenti-sismiche-della-sequenza-di-amatrice-visso-norcia-cosa-ci-suggerisce-la-tomografia-sismica/
