Volcanic similar earthquakes driven by aseismic slip associated with volcanic activity at Ogasawara Ioto

Profondamente sotto la superficie oceanica, dove la crosta terrestre è in costante movimento, i vulcani fanno molto di più che limitarsi a eruttare. Essi respirano, si gonfiano e sussultano con un costante ronzio sismico di basso livello. Per comprendere questi giganti inquieti, gli scienziati ascoltano i minuscoli tremori che si propagano attraverso la roccia, trattandoli come un battito cardiaco che rivela lo stato di salute del vulcano. Tra questi tremori si trovano un tipo speciale di evento chiamato "terremoti simili". Questi non sono scossoni casuali; sono copie quasi identiche l'una dell'altra, che si ripetono continuamente dallo stesso identico punto. Quando un vulcano produce questi shock ripetitivi, ciò suggerisce che una piccola e specifica porzione di roccia sta scivolando ancora e ancora, proprio come una cerniera di una porta che cigola con lo stesso ritmo ogni volta che si apre. Studiando questi segnali ripetitivi, i ricercatori possono mappare i movimenti nascosti di magma e fluidi nel sottosuolo, anche quando il terreno in superficie non trema visibilmente.

Nel remoto arco insulare di Izu-Ogasawara, una piccola isola vulcanica chiamata Ioto (o Iwo-Jima) è stata il fulcro di tale attività. Questa è un'isola di caldera attiva, un enorme cratere formato da antiche eruzioni, ed è attualmente protagonista di una trasformica drammatica. Per secoli, l'intera isola è cresciuta lentamente, un processo guidato dal magma che spinge dal basso. Sebbene questo sollevamento sia ben documentato, il modo preciso in cui la roccia all'interno dell'isola risponde a questa pressione è rimasto un mistero. Un recente studio condotto da ricercatori dell'Istituto Nazionale per la Scienza della Terra e la Prevenzione dei Disastri in Giappone ha finalmente sollevato il velo su questa attività nascosta. Analizzando migliaere record sismici raccolti in cinque anni, hanno scoperto che il costante innalzamento dell'isola non è solo un sollevamento fluido e silenzioso. Al contrario, il terreno viene spinto verso l'alto da una serie incessante di piccoli scivolamenti ripetitivi lungo faglie nascoste, creando un modello distinto di terremoti simili che racconta una storia chiara di stress e rilascio.

I ricercatori hanno iniziato setacciando un enorme catalogo di circa 60.000 terremoti registrati a Ioto tra il 2018 e il 2023. La maggior parte di questi eventi consisteva in tremori ad alta frequenza, acuti e brevi, tipici delle regioni vulcaniche. Utilizzando un algoritmo informatico progettato per trovare schemi nel rumore, hanno raggruppato i terremoti in base a quanto le loro forme d'onda si somigliassero tra loro. È un po' come smistare una pila di migliaia di lettere scritte a mano per trovare quelle scritte dalla stessa persona; lo stile della calligrafia è così costante che l'origine è inconfondibile. Il team ha identificato 19 gruppi distinti di questi "terremoti simili", in cui le onde apparivano quasi identiche, suggerendo che provenissero tutti dalla stessa minuscola sorgente. Sorprendentemente, questi eventi ripetitivi costituivano circa un quarto di tutti i terremoti vulcanici rilevati durante il periodo di studio, dimostrando che questo scivolamento ripetitivo è una caratteristica dominante della vita sismica dell'isola, non un'anomalia rara.

Una volta identificati i gruppi, gli scienziati hanno lavorato per individuare esattamente dove stavano avvenendo questi scivolamenti. Combinando il tempo delle onde, la direzione in cui viaggiavano e la loro intensità, hanno mappato le posizioni dei 19 cluster. I risultati hanno rivelato un modello sorprendente: i terremoti simili non erano sparsi casualmente per l'isola. Al contrario, si concentravano strettamente attorno a faglie attive note, in particolare nella parte sud-occidentale dell'isola. Sorprendentemente, non sono stati trovati terremoti simili direttamente sotto il cupola di risurrezione centrale, un grande rilievo sollevato al centro della caldera. Questa assenza è significativa; suggerisce che la roccia direttamente sotto la cupola sia probabilmente troppo calda o troppo ricca di fluidi per fratturarsi nel modo fragile necessario per creare questi shock ripetitivi. Invece, lo stress viene rilasciato lungo i bordi, dove la cupola in crescita sfrega contro la roccia circostante, causando piccoli scivolamenti ripetitivi su strette linee di faglia.

La tempistica di questi eventi ha offerto un altro indizio cruciale. I ricercatori hanno trovato un forte legame tra la frequenza di questi terremoti simili e il tasso di innalzamento dell'isola. Quando il terreno si sollevava più velocemente, i terremoti accadevano più spesso. Infatti, il tempo tra questi scivolamenti ripetitivi era incredibilmente breve, spesso di pochi giorni. Questo è molto più veloce dei terremoti ripetitivi osservati lungo le principali zone di confine tra placche tettoniche, dove tali eventi potrebbero attendere anni o decenni per ricorrere. La velocità della ricorrenza a Ioto è un risultato diretto del rapido innalzamento dell'isola, che avviene a un tasso di fino a un metro all'anno. Questa intensa pressione carica le piccole patch di faglia così rapidamente che esse cedono e scivolano di nuovo quasi immediatamente, creando una sequenza rapidissima di minuscoli terremoti.

Per comprendere la natura fisica di questi scivolamenti, il team ha stimato la dimensione delle patch di faglia e la quantità di stress rilasciata. Hanno calcolato che l'area di roccia che scivola in ogni evento era incredibilmente piccola, con un raggio di soli 21 metri circa. Anche la quantità di stress rilasciata, nota come caduta di stress (stress drop), era molto bassa, misurando meno di un megapascal per quasi tutti i cluster. Per mettere questo in prospettiva, si tratta di un rilascio di energia molto dolce rispetto ai massicci stress drop visti nei grandi terremoti distruttivi. La bassa intensità e le piccole dimensioni suggeriscono che la roccia in queste aree sia indebolita, probabilmente dalla presenza di fluidi vulcanici caldi e vapore che lubrificano le linee di faglia. Poiché la roccia è così debole e l'area di scivolamento è così piccola, i terremoti rimangono minuscoli, superando raramente una magnitudo di 1.0, il che spiega perché l'isola non subisca i grandi terremoti dannosi visti in altri siti vulcanici.

Lo studio ha anche esaminato il movimento totale causato da questi scivolamenti. Sommando lo scivolamento di tutti i terremoti simili durante il periodo di cinque anni, i ricercatori hanno scoperto che il movimento cumulativo raggiungeva circa tre metri. Si tratta di una quantità di movimento significativa, eppure rappresenta solo circa il 60 percento del sollevamento totale osservato in superficie. Questa discrepanza rivela un tassello fondamentale del puzzle: sebbene i terremoti simili rappresentino un importante rilascio di stress, non sono tutta la storia. Una parte sostanziale dell'innalzamento dell'isola avviene silenziosamente, attraverso uno scivolamento aseismico, dove la roccia scivola fluidamente senza generare alcun terremoto. Ciò significa che l'isola si sta deformando attraverso una combinazione di piccoli scatti violenti e un flusso costante e silenzioso.

I risultati dipingono l'immagine di un vulcano vivo e attivo, ma in un modo che è distinto dalle eruzioni esplosive spesso associate a tali luoghi. I terremoti ripetitivi e su piccola scala di Ioto sono il suono della crosta che si adatta all'immensa pressione del magma ascendente. Non sono segni di un'imminente eruzione catastrofica, ma piuttosto la prova di un sistema che rilascia costantemente lo stress attraverso una rete di piccole faglie lubrificate. La ricerca conferma che il rapido innalzamento dell'isola sta guidando questi scivolamenti ripetitivi e che la presenza di fluidi vulcanici gioca un ruolo chiave nel mantenere bassa la forza delle faglie. Sebbene la geometria esatta delle faglie rimanga difficile da individuare a causa del numero limitato di stazioni sismiche sulla piccola isola, il quadro generale è chiaro: Ito è un sistema dinamico dove il terreno si sposta, scivola e sale costantemente, spinto dalla lenta e potente spinta della Terra dal basso. Questa comprensione aiuta gli scienziati a monitorare meglio l'attività vulcanica, distinguendo tra gli innocui e ripetitivi aggiustamenti di una cupola in crescita e i segnali più pericolosi che potrebbero precedere una grande eruzione.