Contrasting frequency-dependent seismic velocity responses in Northern Nagano and Mount Fuji regions after the 2011 Mw 9.0 Tohoku-Oki earthquake

La crosta terrestre non è un guscio statico e immutabile; è un sistema vivo e pulsante che si sposta e si assesta sotto il peso delle forze tettoniche. Quando un terremoto massiccio colpisce, non si limita a scuotere il terreno; invia un'ondata di energia attraverso il pianeta che può alterare temporaneamente le proprietà fisiche della roccia stessa. Gli scienziati sanno da tempo che la velocità con cui le onde sismiche viaggiano attraverso il suolo può cambiare dopo un forte tremore. Ciò accade perché l'intenso scuotimento può incrinare le rocce, spremere i fluidi dai minuscoli pori o riorganizzare lo stress che tiene unita la crosta. Ascoltando il costante, a basso livello, brontolio della Terra — rumore generato dalle onde oceaniche e dal vento che colpisce la costa — i ricercatori possono misurare questi sottili cambiamenti di velocità. È un modo per prendere il polso del pianeta per vedere come si riprende, o fallisce nel riprendersi, da uno shock. Comprendere questi cambiamenti è fondamentale perché rivela come diverse parti della crosta, specialmente quelle vicine ai vulcani o alle linee di faglia, reagiscono allo stress, offrendo indizi su dove il terreno potrebbe essere più vulnerabile a eventi futuri.

In seguito al colossale terremoto di magnitudo 9.0 Tohoku-Oki del 2011, che devastò la costa del Giappone, il terreno in tutto il paese continuò a tremare con una serie di significative scosse di assestamento ed eventi innescati. Tra questi vi furono un terremoto di magnitudo 6.2 nel Nord Nagano e un evento di magnitudo 6.0 vicino al Monte Fuji. Un team di ricercatori si è messo in viaggio per investigare come la crosta in queste due distinte regioni abbia risposto allo shock gigante iniziale e ai successivi terremoti locali. Si sono concentrati su due aree specifiche: il fronte vulcanico vicino al Monte Fuji e la zona tettonica intorno al terremoto del Nord Nagano. Utilizzando una tecnica che tratta il costante rumore di fondo della Terra come un segnale, hanno mappato come la velocità delle onde sismiche sia cambiata nei giorni e nelle settimane successivi ai disastri. Confrontando l'intensità dello scuotimento registrata in diverse località con i cambiamenti nella velocità delle onde, miravano a comprendere perché alcune parti del terreno sembrassero ammorbidirsi più di altre.

Lo studio ha rivelato un modello chiaro: in entrambe le regioni, il terreno ha rallentato immediatamente dopo i terremoti, indicando un indebolimento temporaneo della crosta. Tuttavia, la natura di questo indebolimento ha raccontato due storie diverse. Vicino al fronte vulcanico, il terreno ha mostrato un calo massiccio della velocità sismica che era molto superiore a quanto la sola forza dello scuotimento avrebbe potuto predire. Queste aree, che sono già calde e ricche di fluidi, sembravano essere eccezionalmente sensibili allo stress dinamico delle onde passanti. I ricercatori hanno scoperto che il terreno in queste zone vulcaniche era così compliante, o facilmente disturbabile, che anche l'energia distante del terremoto Tohoku-Oka ha causato una reazione pronunciata. Ciò suggerisce che la roccia ricca di fluidi e meccanicamente meno coesa nelle regioni vulcaniche si comporti diversamente dalla crosta standard, diventando significativamente più malleabile quando sottoposta a forti scuotimenti.

Al contrario, l'area intorno al terremoto del Nord Nagano ha presentato un quadro più complesso. Mentre le regioni vulcaniche mostravano un modello ampio e coerente di sensibilità che svaniva osservando le onde a frequenza più elevata, l'anomalia vicino al terremoto di Nagano si comportava diversamente. Questo punto localizzato di rallentamento della velocità sismica è diventato più distinto e strettamente confinato quando esaminato ad frequenze più alte. I ricercatori hanno notato che questo schema specifico non corrispondeva alla vasta suscettibilità vulcanica osservata altrove. Poiché la tempistica dei dati rendeva impossibile separare gli effetti del gigante terremoto Tohoku-Oka dagli eventi locali successivi di magnitudo 6.2, l'origine esatta di questa anomalia localizzata rimane incerta. Tuttavia, la sua distribuzione spaziale unica e il modo in cui è cambiata attraverso diverse frequenze suggeriscono fortemente che sia stata guidata dallo scuotimento del terremoto locale stesso, piuttosto che dal distante gigante.

Le scoperte evidenziano che la Terra non risponde allo stress in modo uniforme. Mentre le regioni vulcaniche mostrano una sensibilità ampia e dipendente dalla frequenza che punta alla loro natura ricca di fluidi, le zone tettoniche vicino ai terremoti recenti possono mostrare cambiamenti netti e localizzati che raccontano una storia diversa. Lo studio conclude che, per comprendere veramente come la crosta reagisce ai grandi eventi sismici, gli scienziati devono tenere conto dell'influenza dei terremoti locali innescati, che possono lasciare i propri distinti segni sul terreno. Osservando come questi cambiamenti variano attraverso diverse frequenze e località, i ricercatori possono distinguere meglio tra le risposte profonde guidate dai fluidi dei vulcani e gli aggiustamenti meccanici delle zone di faglia, fornendo una mappa più chiara di come il nostro pianeta guarisce dopo uno shock.