Un team di ricercatori dell'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), in collaborazione con la Southern University of Science and Technology di Shenzhen (SUSTech, Cina), ha sviluppato un algoritmo che integra per la prima volta tre misure geologiche fondamentali per lo studio dei terremoti del passato: rigetto, lunghezza della rottura della crosta ed età del sisma.

L’algoritmo è stato presentato in uno studio recentemente pubblicato sulla rivista scientifica Bulletin of the Seismological Society of America (BSSA). L’articolo fornisce stime di magnitudo con tutte le incertezze esplicitamente quantificate e mostra che, nell'Appennino centrale, le serie storiche paleosismologiche catturano quasi esclusivamente le magnitudo estreme, ovvero più grandi di 6.5, con importanti implicazioni per la valutazione della pericolosità sismica.

Ricostruire la storia sismica di un territorio precedente all’avvento dei sismografi è un’operazione tanto indispensabile quanto delicata. I terremoti sufficientemente energetici “rompono” la superficie terrestre: individuando queste fratture, misurando di quanto si è spostata la superficie in un singolo evento (vale a dire il “rigetto”) e datando i sedimenti che ne registrano l’età, i paleosismologi possono identificare i terremoti preistorici e storici. Tuttavia, tradurre queste misure di terreno in una magnitudo affidabile è un problema tutt’altro che banale, pieno di incertezze di misura, problemi di conservazione e di modellazione.

Alla base del lavoro c’è PaleoEcA, un nuovo database che raccoglie 44 paleoterremoti dell’Appennino centrale verificatisi negli ultimi 27.000 anni.

“Abbiamo armonizzato decenni di indagini paleosismologiche, associando a ogni misura la sua incertezza”, spiega Deborah Di Naccio, ricercatrice dell’INGV e prima autrice dell’articolo. “Senza questa trasparenza, qualsiasi elaborazione successiva rischia di produrre magnitudo solo apparentemente precise”.

I risultati presentati nello studio si basano su un nuovo software, PaleoBAYES, un algoritmo open-source che impiega il metodo statistico dell’inferenza bayesiana per fondere simultaneamente tre dati geologici: il rigetto, la lunghezza della rottura in superficie e l’età dell’evento.

“PaleoBAYES considera non solo gli errori di osservazione, ma anche due fattori spesso trascurati”, aggiunge Davide Zaccagnino, ricercatore della SUSTech di Shenzen e co-autore dell’articolo. “Da un lato, la probabilità di preservazione diminuisce col passare del tempo: una traccia più antica ha maggiori probabilità di essere stata cancellata. D'altro canto, è risaputo che la distribuzione dei terremoti nel tempo non è uniforme: secondo la legge di Gutenberg-Richter, la frequenza degli eventi diminuisce esponenzialmente con l’aumentare della magnitudo. Considerare tale proprietà nell’interpretazione degli eventi riconosciuti nelle trincee paleosismologiche è pertanto più realistico rispetto all’assunzione di una distribuzione uniforme delle diverse magnitudo. In questo modo la stima finale non è un numero solo, ma un intervallo di credibilità: per i nostri 44 eventi, l’incertezza al 95% si attesta tipicamente entro ±0.3-0.7 unità di magnitudo”.

Il banco di prova sono stati i terremoti storici di magnitudo nota. Per il terremoto del Fucino del 1915, ad esempio, il metodo restituisce una magnitudo M 6.83 ± 0.13, in piena coerenza con le stime strumentali e macrosismiche (M 6.7-7.0). Ma la vera rivelazione dello studio è un’altra. “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”, afferma Michele Carafa, ricercatore dell’INGV e co-autore dello studio. “Questo implica che il catalogo paleosismologico campioni quasi esclusivamente la coda estrema della distribuzione di magnitudo, cioè i grandissimi eventi. Qualsiasi valutazione di pericolosità che ignori questa soglia di completezza effettiva - e che non propaghi le incertezze in modo rigoroso - può introdurre distorsioni sistematiche”.

Lo studio mostra anche che i risultati dipendono pesantemente dalle leggi di scala scelte, rafforzando la necessità di un approccio probabilistico unico e riproducibile. Con PaleoBAYES e l’esempio di PaleoEcA, la comunità scientifica dispone ora di una cassetta degli attrezzi per una transizione dalla stima deterministica delle magnitudo dei terremoti pre-strumentali alla quantificazione sistematica delle incertezze in paleosismologia.

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