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Sorveglianza sismica

La sezione «Sorveglianza sismica», guidata dal Dr. John Clinton, è responsabile di un gran numero di compiti operativi chiave.

Assieme al team ELAB (che si occupa di installazione e manutenzione dell’infrastruttura sul campo e di comunicazione), il gruppo Monitoraggio dei terremoti gestisce l’infrastruttura sismica nazionale svizzera (CHNet), formata dalla rete di monitoraggio principale (SDSNet, che originariamente comprendeva stazioni con sensori a banda larga e a corto periodo, ma che ora è stata aggiornata per gestire stazioni congiunte a banda larga e strong motion) e dalla rete strong motion prevalentemente urbana. Tutte le stazione sono dotate di sensori di range altamente dinamico con ampie bande di frequenza e sono digitalizzate mediante moderni registratori di dati a 24 o 26 bit che trasmettono un flusso di dati in tempo reale e mirano a una latenza minima. Il team Monitoraggio dei terremoti è responsabile di garantire le comunicazioni in tempo reale di queste oltre 200 stazioni, gestendo ed elaborando tutti i dati che giungono a Zurigo e verificandone la qualità per garantire che siano idonei per la produzione di un catalogo dei terremoti e per la successiva ricerca. Stefan HeimersRoman Racine sono i principali membri del team responsabili di tali compiti.

Il team Rete sismica collabora con i colleghi del SED per gestire un pool di strumenti che può essere utilizzato per scopi di ricerca così come in caso di emergenza. Tale pool di strumenti comprende oltre 50 stazioni a banda larga. Fra i principali progetti recenti vanno ricordati interventi in Bhutan, Groenlandia, Grecia e America centrale. La maggior parte degli strumenti è attualmente impiegata in varie nazioni alpine nel quadro del progetto AlpArray. Altri progetti comprendono le stazioni di monitoraggio dei ghiacciai svizzeri e i siti interessati dai maggiori episodi di frane e smottamenti. Il pool aftershock consiste in circa dieci infrastrutture di alta qualità e disponibili in tempi brevi che possono essere dislocate in tutta la Svizzera nel giro di poche ore dopo un terremoto significativo in Svizzera sotto la guida del Dr. Toni Kraft. La maggior parte delle stazioni appartenenti al pool di strumenti è dotata di comunicazione cellulare in tempo reale ed è integrata senza soluzione di continuità nel nostro sistema di monitoraggio.

Il monitoraggio in tempo reale dell’infrastruttura della rete sismica è una delle funzioni chiave di questo gruppo. Il nostro compito principale è controllare la sismicità in Svizzera sfruttando le stazioni di monitoraggio appartenenti alle nostre fitte reti nazionali, integrate da stazioni temporanee e strutture equivalenti gestite dai nostri partner nei paesi confinanti. Siamo responsabili dell’intera gestione in tempo reale dei dati relativi ai terremoti in Svizzera. Il principale software che utilizziamo a tale scopo si chiama SeisComP3, una soluzione open source molto apprezzata e diffusa per il monitoraggio della sismicità, che potenziamo costantemente. Il nostro team di ricerca attiva gestisce la configurazione operativa del sistema e valuta nuovi metodi per rilevare e migliorare la caratterizzazione degli episodi sismici (Dr. Tobias Diehl). Sviluppiamo inoltre nuovi approcci alle allerte precoci dei terremoti e alla rapida caratterizzazione delle sorgenti; Dr. Maren Böse e Dr. Frédérick Massin); stima dei forti movimenti del terreno e dei loro impatti (Dr. Carlo Cauzzi); monitoraggio della sismicità indotta (Luca Scarabello). Uno degli obiettivi principali del gruppo è la trasformazione di questi approcci in software operativo. Monitoriamo inoltre lo stato di salute della rete con il sostegno del team ELAB, tentando di ottimizzarne le prestazioni.

Pur concentrandoci sulla Svizzera, sviluppiamo anche tecniche che possono essere applicate altrove, collaborando con agenzie di tutto il mondo per elaborare e installare sistemi di allerta precoce e monitoraggio, ad esempio in California, America centrale e Cile. I moduli del software open source di allerta precoce che sviluppiamo, compreso uno strumento di visualizzazione, sono compatibili con SeisComP3 e posso pertanto essere facilmente adottati da numerose reti sismiche in tutto il mondo.

Oltre a gestire l’infrastruttura di monitoraggio in tempo reale, il nostro gruppo guida il team di sismologi in servizio al Servizio Sismico Svizzero che reagisce al rilevamento di eventi significativi attraverso una rapida verifica manuale. Questo team crea e gestisce inoltre il catalogo nazionale dei terremoti, che è aggiornato con una frequenza che va da alcune ore a pochi giorni. Philipp Kästli del team IT sviluppa e gestisce il software di allerta sui terremoti, che notifica immediatamente ai media, alle autorità e alla popolazione, nonché al Servizio Sismico Svizzero (SED) e agli scienziati interessati gli eventi sismici che possono essere rilevanti per la Svizzera. Segnaliamo inoltre alle autorità svizzere gli eventi telesismici su larga scala che potrebbero avere un significativo impatto a livello locale o regionale.

Il gruppo di ricerca «Sismotettonica», guidato dal Dr. Tobias Diehl, si occupa dell’analisi dei dati sismici al fine di comprendere meglio il sottosuolo e il contesto tettonico. Anche se i lavori del gruppo sono principalmente concentrati sull’area alpina e prealpina della Svizzera, i suoi membri sono impegnati anche in numerosi progetti internazionali, ad es. attualmente nel Bhutan e nel progetto AlpArray. Le registrazioni di terremoti locali e regionali, ma anche quelle telesismiche, possono ad es. essere utilizzate per risolvere in 3D, nel quadro di una cosiddetta analisi tomografica, la curva di velocità nel sottosuolo e contemporaneamente per localizzare con la massima precisione possibile questi eventi. Indirettamente, ciò permette di risalire anche alle proprietà della roccia e ai parametri fisici (densità, temperatura). Dall’ampiezza delle onde sismiche irradiate da un terremoto è inoltre possibile risalire ai processi di frattura e alle condizioni di tensione nel sottosuolo.

Nel novembre 2018, la missione InSight della NASA depositerà su Marte un carico scientifico comprensivo di un pacchetto sismometrico a banda larga (SEIS). Sulla base della nostra esperienza e della nostra infrastruttura di monitoraggio dei terremoti e di elaborazione dei dati sismici sulla Terra, il gruppo «Sorveglianza sismica» sta assumendo un ruolo leader nel cosiddetto Mars Quake Service, che realizzerà un catalogo degli eventi sismici a partire dai dati rilevati dal SEIS. Il Dr. John Clinton, co-ricercatore nel progetto InSight, coordinerà questo servizio con il supporto del Dr. Maren Böse, del Dr. Savas Ceylan e del Dr. Fabian Euchner. Il Mars Quake Service includerà sia un rilevamento automatico e controllato degli eventi come pure una caratterizzazione della sismicità locale e degli eventi telesismici, sia gli impatti meteoritici. Lo scopo di questo servizio è la creazione di un ampio e completo catalogo di alta qualità degli eventi avvenuti su Marte, di per sé un obiettivo critico della missione InSight, nonché la definizione di input chiave per lo sviluppo dei modelli della crosta e della struttura profonda del pianeta rosso. Stiamo adattando le tecniche analitiche avanzate a sismometro singolo sviluppate per la Terra, al fine di renderle adatte alla caratterizzazione della sismicità su Marte. Il Mars Quake Service rappresenta un impegno congiunto del SED e dei gruppi SEG del Politecnico federale di Zurigo, guidato dai ricercatori del progetto InSight Prof. Domenico Giardini, Dr. Martin van Driel e Dr. Amir Khan. Il servizio fa inoltre parte della più ampia iniziativa “SEIS Science and Service”, coordinata dal Prof. Philippe Lognonné dell’Institut de physique du globe di Parigi (IPGP).