A Log-Gaussian Cox process framework for zone-free probabilistic seismic hazard assessment in Sumatra
Questo articolo propone un quadro di valutazione della pericolosità sismica probabilistica privo di zone per Sumatra che integra un processo di Cox log-gaussiano con covariate tettoniche e un modello di scosse di assestamento ETAS, dimostrando che questo approccio produce accelerazioni di progetto significativamente più elevate rispetto agli attuali codici indonesiani eliminando i confini arbitrari delle zone sorgente.
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I terremoti sono tra le forze più distruttive del nostro pianeta e, per decenni, gli ingegneri si sono affidati a un metodo specifico per progettare edifici in grado di sopravvivervi. Questo metodo, noto come analisi probabilistica del rischio sismico, tenta di prevedere quanto sarà forte la scossa del terreno in una specifica località su un lungo periodo di tempo. Tradizionalmente, gli scienziati hanno affrontato questo problema dividendo una regione in grandi zone fisse, come se si disegnassero dei riquadri su una mappa. All'interno di ogni riquadro, assumono che il rischio sismico sia lo stesso ovunque e che i terremoti avvengano in modo casuale e indipendente l'uno dall'altro. Tuttavia, nei luoghi in cui enormi placche tettoniche collidono e si scontrano, queste ipotesi spesso falliscono. Lo stress che si accumula sottoterra non si interrompe bruscamente ai bordi di un riquadro disegnato; esso fluisce fluidamente attraverso il paesaggio. Inoltre, quando colpisce un terremoto gigante, questo non avviene in isolamento; esso innesca una lunga catena di scosse di assestamento più piccole e raggruppate che seguono un modello diverso rispetto alla semplice casualità.
In un nuovo studio focalizzato sull'isola di Sumatra, in Indonesia, i ricercatori hanno proposto un modo per andare oltre questi rigidi riquadri. Invece di forzare il rischio sismico in zone predefinite, hanno utilizzato un quadro matematico flessibile che permette alla mappa del rischio di emergere dalla realtà fisica del terreno. Analizzando decenni di registrazioni sismiche e combinandoli con misurazioni di quanto le placche tettoniche siano saldamente incastrate tra loro, il team ha creato una mappa del pericolo sismico continua e fluida. Questo approccio ha rivelato che il rischio è molto più concentrato in certe aree di quanto precedentemente pensato, in particolare nelle regioni che sono rimaste tranquille per molto tempo ma che in realtà stanno accumulando un'immensa energia. I risultati suggeriscono che le attuali norme tecniche per le costruzioni nella regione potrebbero sottostimare significativamente le scosse che potrebbero verificarsi, specialmente nelle aree dove il terreno è più saldamente incastrato e in attesa di scivolare.
I ricercatori hanno applicato questo nuovo metodo a Sumatra, un'isola lunga e stretta situata su uno dei confini di placca più attivi e pericolosi della Terra. Qui, la massiccia placca Indo-Australiana si immerge sotto la placca Sunda, creando una zona di intensa pressione. Il team è partito da un catalogo di oltre 5.000 terremoti registrati tra il 1998 e il 2024. Per comprendere il vero rischio di fondo, hanno dovuto prima separare i terremoti principali dalle scosse di assestamento che li seguono, proprio come distinguere l'evento principale dai suoi echi. Una volta isolati i terremoti principali, hanno cercato i fattori fisici che controllavano la loro posizione. Hanno trovato due driver chiave: la distanza dalla Grande Faglia di Sumatra, una grande frattura che percorre l'isola, e l' "accoppiamento intersismico", una misura di quanto le due placche tettoniche siano saldamente incastrate al loro confine.
Utilizzando queste misurazioni fisiche, il team ha costruito un modello che tratta il rischio sismico come una superficie invisibile e fluida piuttosto che come una collezione di zone separate. In questo modello, il rischio è massimo dove le plache sono più saldamente incastrate e dove la faglia è più vicina. Questo approccio ha permesso loro di vedere schemi che i metodi tradizionali avevano mancato. Ad esempio, il modello ha identificato chiaramente un "gap sismico" al largo delle coste delle isole Mentawai. Quest'area non ha subito una rottura massiccia da oltre due secoli, eppure le placche lì sono così saldamente incastrate che il modello prevede un rischio molto elevato di un futuro terremoto gigante. Poiché il modello non si basa sulla posizione dei terremoti passati per definire le zone, può prevedere un alto rischio in aree che sono rimaste tranquille per molto tempo, a patto che le condizioni fisiche — come il serraggio delle placche — siano corrette.
Quando i ricercatori hanno utilizzato questa nuova mappa del rischio continuo per calcolare la scossa di terreno attesa per un periodo di ritorno di 475 anni — un parametro standard per la progettazione edilizia — hanno ottenuto risultati sorprendentemente diversi dal codice edilizio nazionale attuale. Nella città di Padang, situata direttamente sopra il gap incastrato di Mentawai, il nuovo modello ha previsto accelerazioni del terreno quasi tre volte superiori a quelle richieste dal codice attuale. In altre città come Banda Aceh, la differenza era minore, ma comunque significativa. I ricercatori hanno attribuito questo divario a due scelte specifiche nel loro modellamento: hanno tenuto conto dell'intero intervallo di possibili magnitudo senza escludere quelle più grandi, e hanno incluso la piena variabilità statistica del comportamento delle scosse del terreno, che tende a produrre picchi più elevati rispetto alle stime medie.
Lo studio ha anche testato se questa nuova mappa potesse prevedere i futuri terremoti. Hanno addestrato il modello sui dati dal 1998 al 2015 e poi gli hanno chiesto di prevedere il pattern dei terremoti dal 2016 al 2024. Il modello ha previsto con successo le località generali in cui si sarebbero verificati i terremoti, confermando che i fattori fisici utilizzati — l'incastro delle placche e la distanza dalla faglia — sono guide affidabili per determinare dove il terreno è probabile che scuota. Tuttavia, il modello ha previsto un numero totale di terremoti superiore a quelli effettivamente accaduti nel periodo di test. I ricercatori hanno spiegato questo dato notando che il periodo di addestramento includeva un tempo di attività insolitamente alta a seguito di un massiccio terremoto del 2004, che ha temporaneamente gonfiato il tasso di fondo. Mentre la regione torna a un ritmo normale, i tassi previsti dovrebbero diminuire, ma il pattern spaziale di dove il rischio è più alto rimane stabile.
Le implicazioni di queste scoperte sono profonde per il modo in cui intendiamo la sicurezza nelle regioni soggette a terremoti. Il metodo tradizionale di disegnare riquadri su una mappa può creare una falsa sicurezza in aree appena fuori da una zona ad alto rischio, o ignorare il pericolo in aree tranquille che sono fisicamente predisposte per una rottura. Utilizzando un quadro che fluisce con la fisica della terra, i ricercatori hanno dimostrato che il rischio a Sumatra non è uniforme e non è statico. Il pericolo maggiore risiede nel gap di Mentawai, un luogo che è rimasto tranquillo per secoli ma che è attualmente la parte più saldamente incastrata del confine di placca. Lo studio suggerisce che i codici edilizi devono essere rivalutati per riflettere questa realtà continua basata sulla fisica, garantendo che le strutture siano progettate per resistere al vero potenziale del terreno sottostante. Questo lavoro non offre solo una nuova mappa; offre un nuovo modo di vedere la terra, uno che riconosce che il rischio di un disastro è un paesaggio fluido e mutevole piuttosto che un insieme di confini fissi.
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