Come funziona l’EEW

A rendere possibile l’allerta precoce sui terremoti sono due caratteristiche associate alla velocità a cui viaggiano le informazioni sui terremoti. Innanzitutto, un sisma produce diversi tipi di onde sismiche: le onde P di minore ampiezza sono più veloci e raggiungono una velocità all’incirca doppia rispetto alle più rovinose onde S e alle successive onde di superficie. In secondo luogo, le onde sismiche sono molto più lente delle onde elettromagnetiche utilizzate dai moderni sistemi di comunicazione per trasferire le informazioni. Un efficace sistema EEW registra le prime onde P di un terremoto attraverso una fitta rete di monitoraggio sismico non appena le onde stesse raggiungono la superficie (o la costa). I dati sono quindi trasmessi immediatamente alla velocità della luce a un centro di elaborazione, dove le informazioni delle varie stazioni vengono combinate per prevedere le scosse del terreno. Nei sistemi sviluppati presso il Politecnico federale di Zurigo, la previsione dei movimenti del terreno si basa sulla localizzazione e sulla caratterizzazione del terremoto. Sulla scorta della previsione relativa alle scosse, il sistema EEW può quindi trasmettere allerte alle aree interessate. Tali avvisi mirati consentono ad esempio alla popolazione di cercare riparo e ai macchinari (ad es. ascensori) di passare automaticamente a un modalità sicura.

Vedere l’animazione come funziona l'EEW

Tempi di preavviso

Idealmente, un sistema di allerta precoce mira a fornire il maggior preavviso possibile alle aree che subiranno scosse rovinose. In generale, quanto più un sito è vicino al punto di rottura, tanto più forti saranno le scosse e ridotto il tempo di preavviso. Ciò vale in particolar modo per i terremoti di piccola e media entità, caratterizzati da una magnitudo fino a 6.5 circa. Nelle immediate vicinanze del punto di rottura, dove le scossa sarà più forte e i danni pertanto maggiori, potrebbe non essere possibile emettere un’allerta prima dell’arrivo delle scosse forti. Questo è dovuto alla distanza temporale fra le più deboli onde P e le più forti onde S, che diventa in tal caso molto breve, oltre al fatto che anche le onde P possono avere effetti rovinosi. Nell’eventualità in cui sia effettivamente possibile emettere un’allerta precoce, il tempo di preavviso può essere al massimo di qualche secondo, se non addirittura di qualche frazione di secondo. I tempi di preavviso possono allungarsi quando le distanze sono maggiori, anche se in quel caso anche le scosse saranno generalmente meno intense.

Vi sono due eccezioni a tale regola: innanzitutto, nel caso di terremoti su ampie superfici e con magnitudo di 6.5 o superiore, la lunghezza e la durata della rottura possono assumere proporzioni significative. Pertanto, nelle regioni lontane dall’epicentro ma ancora vicine al punto di rottura è possibile segnalare le forti scosse in arrivo con un preavviso maggiore. Questa è una delle argomentazioni chiave a favore della realizzazione di sistemi di allerta precoce in California lungo la faglia di Sant’Andrea. La seconda eccezione riguarda le aree con notevoli effetti locali. Città del Messico, ad esempio, è costruita su un profondo bacino sedimentario che amplifica fortemente i movimenti tellurici. Di conseguenza, anche le scosse moderate indotte da un forte sisma sulla costa pacifica possono generare gravi danni alla capitale messicana. Visto che la città dista circa 300 km dalla zona di subduzione del Pacifico, una delle principali sorgenti di terremoti, i tempi di preavviso possono essere straordinariamente lunghi.

Come semplice esempio basta considerare un terremoto di magnitudo 7.5 con forti scosse estese su raggio di 55 km, ipotizzando per semplicità una sorgente puntiforme. Le onde S (che segnano l’inizio delle onde sismiche più energiche) viaggiano a una velocità di circa 3,5 km/s, mentre le onde P (che trasmettono le prime informazioni sul terremoto) raggiungono una velocità di circa 6,5 km/s. Considerando un terremoto verificatosi a una profondità di 10 km, un sismometro posto direttamente in corrispondenza dell’epicentro potrebbe rilevare il sisma – sulla base delle onde P – circa 1,5 s dopo che questo è avvenuto. In questo caso le onde S arriverebbero solo 1,3 s più tardi: un intervallo davvero molto limitato ai fini di un’allerta precoce. Le onde S, ad ogni modo, ci metterebbero oltre 15 s a raggiungere un sito a 55 km di distanza dal terremoto. Considerando un ritardo operativo di circa 3 s (necessario per raccogliere i dati sismici dall’ampia rete di monitoraggio presso il centro di elaborazione, prevedere le scosse ed emettere l’allerta), per i siti a 55 km di distanza l’allerta potrebbe essere trasmessa con circa 10 s di anticipo rispetto all’inizio delle forti scosse, mentre direttamente sopra l’epicentro sarebbe già troppo tardi.

L’allerta precoce sui terremoti a livello mondiale

L’EEW non è un approccio recente. Un semplice sistema di allerta precoce fu definito già nel 1868 dal fisico californiano J. D. Cooper in un articolo pubblicato sul San Francisco Daily Bulletin. Cooper proponeva l’installazione di una serie di sensori sismici a una distanza fra i 10 e i 100 km da San Francisco. Nel momento in cui notevoli movimenti del terreno avessero fatto scattare un sensore, un segnale sarebbe stato telegrafato a San Francisco, attivando automaticamente una campana. Malgrado la semplicità e la plausibilità di questa idea, il primo sistema EEW non fu realizzato prima dell’inizio dell’era della sismometria digitale, alla fine degli anni ‘80. In Giappone, i treni ad alta velocità Shinkansen cominciarono a essere automaticamente rallentati quando veniva rilevato un terremoto di notevole intensità in prossimità dei tracciati ferroviari. In seguito al sisma che nel 1985 devastò Città del Messico, la città realizzò un sistema pubblico di questo tipo che divenne operativo nel 1993. Attualmente, l’EEW sta diventando la norma: oltre al Giappone e al Messico, sistemi EEW operativi o dimostrativi che inviano allerte a utenti sperimentali o anche alla popolazione sono diffusi in paesi di tutto il mondo, fra cui anche la Romania, Taiwan, Turchia, Italia, Svizzera, Cile, Nicaragua, Cina e la costa pacifica degli Stati Uniti.

Allerta precoce sui terremoti in Svizzera

In Svizzera ci si può attendere un terremoto di magnitudo pari a 6 circa ogni 50-150 anni. Per i sismi di questa intensità, l’area attorno all’epicentro che sarà interessata da forti scosse ha un raggio approssimativo di soli 20-30 km. Di conseguenza il tempo che intercorre fra il primo rilevamento di un’onda P e l’arrivo delle onde S distruttive è molto ridotto; anche nel migliore dei casi i possibili tempi di preavviso sono pertanto brevi. Tali ridotti tempi di preavviso si prestano meglio a processi automatizzati, come l’attivazione di modalità di sicurezza (ad es. lo spegnimento di macchinari o apparecchiature elettriche). Ad ogni modo, anche giungendo in concomitanza o subito dopo l’inizio delle scosse, l’allerta precoce aumenterà la consapevolezza situazionale e in alcuni casi consentirà alle persone di adottare misure precauzionali. I macchinisti alla guida dei treni potrebbero essere avvisati di possibili frane, mentre i funzionari avrebbero modo di avviare procedure di emergenza. Il sistema EEW può dunque essere considerato come uno degli estremi dello schema di allerta.

Tutte le stazioni della rete di monitoraggio svizzera sono dotate di sensori sismici di tipo strong motion e il nostro obiettivo è raggiungere un tempo di latenza dei dati pari a 1 s. Grazie a una rete di oltre 150 stazioni, siamo normalmente in grado di fornire prime stime sui parametri sorgente di un terremoto entro un intervallo tra gli 8 e i 12 secondi da quando si verifica in un qualsiasi punto del paese. L’infrastruttura di monitoraggio svizzera è fondamentalmente compatibile con i sistemi EEW, anche se può sempre essere migliorata nell’ottica di fornire allerte più rapide e affidabili.

La ricerca presso il SED nel campo dell’allerta precoce sui terremoti

Il SED è coinvolto nello sviluppo e nel collaudo di diversi algoritmi EEW in Svizzera e in tutto il resto del mondo. Ci concentriamo sulla realizzazione di un software operativo che ci consenta di valutare complessi scenari EEW, rendendo al tempo stesso le allerte più rapide e più accurate (v. sotto). Ci occupiamo inoltre della creazione di strumenti per la divulgazione dei principi di allerta precoce sui terremoti presso gli utenti finali.

Nell’ultimo decennio, il gruppo di monitoraggio dei terremoti presso il SED ha sviluppato tre algoritmi in grado di fornire rapide stime di magnitudo delle scosse, ubicazione ed estensione della rottura di faglia, con valutazioni dei parametri normalmente disponibili nell’arco di pochi secondi dall’origine dell’evento.

Il gruppo si avvale della piattaforma di monitoraggio sismico SeisComP per il rilevamento automatico della sismicità in Svizzera e per l’aggiornamento del catalogo nazionale dei terremoti. SeisComP è una soluzione molto diffusa in tutto il mondo per il monitoraggio sismico su scala regionale. La nostra strategia prevede l’integrazione dei nostri algoritmi EEW in SeisComP al fine di permettere l’uso di un singolo framework su tutte le scale temporali, nonché di consentire ad altri gruppi di installare e testare facilmente il sistema EEW sulle proprie reti.

Per maggiori dettagli e informazioni sui metodi e sul software impiegati per ciascun diverso prodotto di allerta precoce, si prega di consultare i link di seguito riportati (in inglese):

• Virtual Seismologist
• Finite-Fault Rupture Detector (FinDer)
• Earthquake Early Warning Display (EEWD)
• The ETHZ-SED SeisComP EEW package (ESE) documentation