giovedì 29 settembre 2016

WORLD EARTHQUAKES AND BRANCHING STRUCTURES

Gıulıo Riga e Paolo Balocchi

Tutti i terremoti forti sono preceduti da strutture ramificate di diversa durata temporale il cui schema di sviluppo è in parte ampiamente prevedibile in quanto segue un andamento ben organizzato e riconoscibile.
L’analisi di differenti strutture ramificate alla scala locale e globale e i risultati ottenuti fanno ipotizzare
un’interazione di lungo raggio tra i terremoti più energetici.
Anche se non è stata dimostrata questa interazione, probabilmente essa  può  essere dovuta alle sollecitazioni statiche e dinamiche impartite dai grandi terremoti che sono in grado di innescare altri  terremoti  sia nell’area epicentrale che a grandi distanze.
L’analisi della struttura ramificata rappresenta  un significativo passo in avanti nello studio dell’evoluzione spazio-temporale delle sequenze sismiche, mostrando graficamente come i terremoti più energetici delle fasi di accumulo e di rilascio di energia sono attivati ​​da altri terremoti.
Inoltre, la sua evoluzione temporale può fornire informazioni importanti sui tempi di accadimento e sui valori di magnitudo di eventi sismici futuri, in chiave di possibile previsione.
Nella figura 1 sono mostrati gli eventi sismici, alla scala globale, di magnitudo ≥ 6.5 M registrati dal 05/03/1921 al 01/09/2016. Si ricorda come il terremoto del 22 maggio del 1960 si stato il più grande registrato strumentalmente nel ventesimo secolo (9.6 Mw), seguito dal più recente terremoto di Sumatra del 26 dicembre del 2004.
























Figura 1 – Strutture ramificate dei terremoti più forti registrati nel mondo dal 05/03/1921 al 01/09/2016

La struttura ramificata che ha preceduto il terremoto del Cile del 22 maggio del 1960 (Figura 2)  inizia con un ramo di quarto ordine avente origine nel terremoto del 04/11/1952 accaduto in Russia.
Il punto di attivazione si è formato il 9 febbraio del 1960, mentre  il ritardo tra il TP (Trgger point) ed il mainshock è stato di 96 giorni (il punto d’innesco da parte di scosse più piccole, può verificarsi da pochi minuti fino ad anni, a seconda della velocità di sviluppo della sequenza sismica).
La fase di rilascio di energia, di tipo “Progressive earthquakes” è composta da due foreshocks di magnitudo crescente e da un mainshock.
I  foreshocks di magnitudo 8.1 Mw  e 8.6 Mw, accaduti rispettivamente  il 21 e il 22 maggio hanno causato gravi danni a Concepcion.
La magnitudo minima calcolata dal punto medio del ramo di quarto ordine è di 8.8 Mw, mentre la massima di 9.6 Mw circa.
Il primo evento energetico della fase di accumulo di energia che si è attivata dopo il mainshock, mostra un evento di magnitudo 9.3 Mw accaduto il 28/03/1963 e  preceduto da un foreshock di magnitudo 8.6 Mw con epicentro nell’isole Kuril (Russia) registrato il 13/10/1963.
La struttura ramificata da cui si è generato  è composta da cinque eventi sismici di magnitudo decrescente raccordati da rami sismici di primo e secondo ordine.






























Figura 2 – Struttura ramificata del terremoto del Cile del  22/05/1960.

Un’analoga evoluzione è mostrata dalla struttura ramificata  che si sta sviluppando dopo il terremoto di Sumatra (punto sorgente) del 26 dicembre del 2004 (Figura 3).
Essa è composta da sei eventi sismici di magnitudo decrescente nel tempo che rappresentano i nodi dei due rami sismici definitivi di quarto ordine e da rami sismici primo e secondo ordine provvisori.
Nel breve periodo è prevista la formazione del ramo di terzo ordine, mentre  la magnitudo minima del mainshock associato alla struttura ramificata in formazione, calcolata dal punto medio del ramo di quarto ordine è di 9.05 Mw.
































Figura 3 – Struttura ramificata post terremoto di Sumatra del  26/12/2004.

Bibliografia

Riga, G. and Balocchi, P. (2016) Seismic Sequence Structure and Earthquakes Triggering Patterns. Open Journal of Earthquake Research5, 20-34. 

Riga, G. and Balocchi, P. (2016) Short-Term Earthquake Forecast with the Seismic Sequence Hierarchization Method. Open Journal of Earthquake Research5, 79-96. 

Riga, G. and Balocchi, P. (2016) How to Predict Earthquakes with Microsequences and Reversed Phase Repetitive Patterns. Open Journal of Earthquake Research5, 153-164. 

giovedì 22 settembre 2016

EUROPE EARTHQUAKES AND BRANCHING STRUCTURES

Giulio Riga e Paolo Balocchi

Il modello utilizzato per analizzare la sequenza sismica dell’Europa, basato sulla gerarchizzazione della serie temporale dei terremoti, dimostra che le sequenze sismiche si sviluppano secondo  stadi evolutivi simili e che il valore di magnitudo del mainshock associato ad una struttura  ramificata, dipende dal primo stadio evolutivo (ramo sismico di ordine maggiore).
La struttura ramificata è uno schema che consente di valutare graficamente l’entità del processo di preparazione del terremoto e quindi, contribuisce a delineare l’evoluzione passata e futura della sismicità di un’area. La loro individuazione avviene attraverso la considerazione che i valori di magnitudo dopo una scossa energetica, diminuiscono gradualmente sino al punto d’innesco (Trigger point) seguendo un processo di gerarchizzazione.
Di norma ad ogni struttura ramificata sono collegati uno o più terremoti medio-forti riguardanti una determinata area.
In alcuni casi, dopo la formazione del punto d’innesco (Trigger point) della struttura ramificata, si possono registrare  dei foreshocks di vario ordine che svolgono un ruolo importante nella preparazione del terremoto.
In questo caso la fase di rilascio di energia è caratterizzata da uno o più foreshocks e da uno o più  mainshocks.
Il modello  “Strutture ramificate”  rappresenta un approccio di analisi di previsione dei terremoti totalmente diverso da quelli conosciuti, avendo il pregio di considerare la struttura della sequenza sismica non solo come un’oscillazione dei valori di magnitudo, quanto come una successione di stadi evolutivi che possono iniziare parecchio tempo prima.
La figura 1 mostra come tutti i terremoti forti registrati nell’area analizzata (figura 2)  sono stati  preceduti da strutture ramificate (branching structures) di diversa durata temporale, il cui schema di sviluppo è in parte ampiamente prevedibile in quanto segue un andamento ben organizzato e riconoscibile.
In particolare, si nota come  alcune  strutture ramificate  si riproducano ciclicamente, rendendo possibile, se individuate in tempo, la formulazione di ipotesi sull’evoluzione futura della sequenza sismica.
Complessivamente, sulla base della posizione temporale dei punti sorgente (Source-point) è possibile osservare  una lunga fase di rilascio di energia (Release of energy stage) di tipo “Progressive Earthquakes” composta da cinque eventi sismici di magnitudo crescente (classificabili come foreshocks), iniziata con il terremoto della Grecia di magnitudo 5.5 Mw del 11/02/2010.
I ritardi tra i punti sorgente sono di circa 365 giorni.
Uno dei cinque punti sorgente è rappresentato dal terremoto dell’Emilia del 20/05/2012 che è stato preceduto da un punto d’innesco che si è formato il 17/05/2012 e da un foreshock.
Si nota come ogni singola struttura ramificata che si è sviluppata dal punto sorgente è caratterizzata da una fase di  accumulo di energia (Accumulation of energy stage)  e dal punto d’innesco (Trigger point) della fase di rilascio di energia (Release of energy stage).
Il mainshock è rappresentato dal terremoto di magnitudo 6.9 Mw registrato in  Grecia il 20/05/2014 che è stato preceduto da un foreshock e da un punto d’innesco formatosi il 04/04/2014.
La trendline (linea tratteggiata di colore nero)  dei punti sorgente consente di calcolare con sufficiente precisione quella del mainshock.
La fase di accumulo di energia che si è sviluppata dopo il terremoto della Grecia del  20 maggio del 2014 (punto sorgente) è composta da due eventi sismici di magnitudo decrescente nel tempo e con ritardi medi di circa 310 giorni.
Il secondo dei due eventi sismici è rappresentato dal terremoto dell’Italia centrale del 20/08/2016 il cui Tp, formatosi il 27/07/2016 è stato preceduto da un foreshock di magnitudo 5.2 mb registrato in Grecia il 30/07/2016.
Anche in  questa fase, il prolungamento della retta o trendline che unisce il mainshock con il terremoto  della Grecia del 17/11/2015 consente di calcolare con sufficiente precisione quella del terremoto dell’Italia centrale.
La struttura  ramificata che  si sta sviluppando dopo il terremoto della Grecia del 20 maggio del 2014 è composta da due rami sismici di quinto e quarto ordine( il ramo di terzo ordine è prossimo a formarsi).
La magnitudo minima associata alla struttura ramificata in formazione, calcolata dal punto medio del ramo sismico di ordine maggiore (linea tratteggiata di colore  rosso) è di 6.7 Mw, mentre la magnitudo massima, stimata sempre dal ramo di ordine maggiore è di 7.4 Mw circa.
Tenendo conto che  negli stadi evolutivi iniziali di formazione la struttura ramificata si sviluppa lentamente, mentre in quelli finali che precedono la fase di rilascio di energia, la diminuzione dei valori di magnitudo è molto rapida, si può ipotizzate l’accadimento dell’evento forte associato alla struttura ramificata in atto  nel 2017 circa, salvo modifiche nel tempo della struttura  evolutiva della sequenza sismica.

 L'oscillatore Aroon semplificato consente di avere informazioni  sul tipo di struttura ramificata (principale o secondaria)  in corso di formazione e sul grado di gerarchizzazione degli stadi evolutivi (se una struttura ramificata si trova in una fase di accumulo o di rilascio).
L’oscillatore è rappresentato con una linea  di colore rosso per indicare la fase di accumulo di energia e da una linea di colore verde per indicare la fase di rilascio di energia. La scala utilizzata dall’oscillatore varia da 0% a 100%.
L'oscillatore segnala una fase di rilascio di energia in corso, quando i valori sono crescenti, mentre quando sono decrescenti, segnala una fase di accumulo di energia in corso.
Più lontano è l'oscillatore dalla linea del 50%, più forte è la fase in corso.
Di solito, l’oscillatore è decrescente se si susseguono rami sismici dello stesso ordine.
Ci sono sostanzialmente altre situazioni di base per interpretare l'indicatore:

-          Oscillatore decrescente da 100% a 80%, indica l’inizio di una fase di accumulo di energia;
-          Oscillatore decrescente da 20% a 0%,  indica che la fase di accumulo di energia che si sta completando;
-          Oscillatore crescente da 80% a 100%,  indica che la fase di rilascio di energia che si sta rafforzando

 Bibliografia

Riga, G. and Balocchi, P. (2016) Seismic Sequence Structure and Earthquakes Triggering
Patterns. Open Journal of Earthquake Research, 5, pp. 20-34. doi: 10.4236/ojer.2016.51003.

Riga, G. and Balocchi, P. (2016) How to Predict Earthquakes with Microsequences and Reversed
Phase Repetitive Patterns. Open Journal of Earthquake Research5, pp. 153-164.

Riga, G. and Balocchi, P. (2016) Short-Term Earthquake Forecast with the Seismic Sequence
Hierarchization Method. Open Journal of Earthquake Research, 5, pp. 79-96.
doi: 10.4236/ojer.2016.52006.