Enrico Barsanti

LA PREVISIONE
DEI
TERREMOTI

Capitolo II

Indice del Capitolo II

• LO STATO DELLE RICERCHE

• DIRETTRICI DI RICERCA

• INDAGINI PARTICOLARI

• PROGRAMMI DI PREVISIONE

• PROGRAMMI DI PREVISIONE E VARIAZIONI GEOMAGNETICHE

• PREVISIONE E PRECURSORI

LO STATO DELLE RICERCHE

L'uomo per secoli si è cimentato nel tentativo di prevedere i terremoti, ma la scienza moderna se ne sta interessando ufficialmente, con appositi programmi di ricerca, da non prima degli anni Sessanta e in pochi Paesi al mondo: Giappone, Cina, ex-Unione Sovietica e Stati Uniti d'America. In altre nazioni, questo tipo di studi è ancora più giovane o non esiste affatto. In Italia, almeno fino a qualche anno fa, l'opinione prevalente dei ricercatori era che non esistessero fenomeni precursori inequivocabili e che, quindi, non fosse possibile una previsione di tipo deterministico, ma soltanto probabilistico (F.Mulargia & E.Boschi, 1978 - F.Mulargia, S.Tinti & E.Boschi, 1985). Forse, la ricerca sulla previsione dei terremoti non ha mai dato esiti soddisfacenti anche per la scarsa attenzione riservatale, oltreché per le sue intrinseche difficoltà.

I risultati ottenuti sono insoddisfacenti e riguardano soprattutto:

1. Le previsioni a lungo termine, utili ai fini della prevenzione.
   Sulla base della storia sismica di una regione e sulla sua conoscenza geologica si "prevedono" per un futuro indeterminato, senza alcuna approssimazione della data, terremoti di forza tale da consigliare particolari misure antisismiche.

2. Le previsioni probabilistiche, elaborate sia sull'osservazione di determinati precursori, sia sulle analogie locali e temporali degli eventi sismici.
   Nella migliore delle ipotesi, si ritiene che i terremoti possano essere previsti un po' come si prevede il tempo atmosferico: senza alcuna certezza, ma con buoni margini di probabilità. Un allarme sismico, però, ha valore soltanto se la previsione è di tipo deterministico e in grado di indicare, almeno con buona approssimazione, la data, la zona epicentrale e la forza del sisma. Infatti, a differenza delle previsioni del tempo, i cui errori non provocano generalmente danni di sorta, una previsione di tipo probabilistico con gli stessi margini di errore sarebbe estremamente dannosa sul piano economico e socio-psicologico, e a lungo andare potrebbe fare più danni degli stessi terremoti. Una previsione fallita ha certamente ripercussioni sui valori delle proprietà, comporta flessioni o cessazioni delle attività produttive e provoca inoltre movimenti caotici della popolazione, con tutta una serie di problemi connessi.

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DIRETTRICI DI RICERCA

Quattro sono le direttrici generalmente seguite ai fini della previsione dei terremoti:

1. lo studio attraverso la ricerca delle cause endogene,
   
2. l'interpretazione matematica dei fenomeni,
   
3. lo studio dei precursori,
   
4. la combinazione degli indizi di previsione.
   

La prima direttrice, tramite anche la costruzione di modelli fisici, non ha dato esiti apprezzabili, presumibilmente perché le cause geologiche generali dei fenomeni sismici sono ancora largamente sconosciute e perché non è sempre possibile stabilire delle relazioni tra ciò che avviene in laboratorio e quello che si verifica effettivamente in natura, se non altro per le alte temperature e le enormi forze e masse presenti nella litosfera e nell'astenosfera, che non sono riproducibili con dei modellini. Uno dei cardini fondamentali della scienza moderna, vale a dire la riproduzione in laboratorio dei fenomeni fisici, qui non è sempre e completamente applicabile.

La seconda direttrice, su cui in questi ultimi anni si è concentrata l'attenzione di molti ricercatori, non ha mai permesso di individuare delle relazioni costanti e significative tra i vari terremoti, anche in ragione dell'incertezza insita nei metodi probabilistici. Le statistiche sismiche, del resto, sono indubbiamente utili per dare un quadro generale sull'incidenza dei terremoti, ma risultano del tutto inaffidabili per i singoli casi.

La terza direttrice, sia per la complessità dei fenomeni che per l'inadeguatezza delle metodologie e dei principi seguiti, non ha permesso di individuare ancora un precursore connesso in modo necessario ed esclusivo ai terremoti, tale da potervi trarre interpretazioni inequivocabili.

La quarta direttrice, infine, si basa sull'opinione, assai diffusa, che i terremoti non siano preceduti da indizi singolarmente certi e che per prevederli si debbano prendere in considerazione tutti i dati a disposizione, in modo da raggiungere la massima certezza prima di diramare un allarme sismico. Questo punto di vista, però, è sostanzialmente di tipo probabilistico: se nessun indizio è sicuro, è chiaro che anche il loro insieme non può offrire la sicurezza, ma soltanto una maggiore probabilità.

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INDAGINI PARTICOLARI

Pur sapendo con precisione quali siano le aree del mondo a rischio sismico, e nonostante che i terremoti avvengano generalmente sempre nelle medesime zone, i sismologi non hanno preveduto ancora, per impiego di una qualche tecnica, un solo terremoto, considerando che il caso di Haicheng (Manciuria), del febbraio 1975, notoriamente fu il frutto di coincidenze fortuite. Mancando vere e proprie tecniche di previsione, si studia, si tiene sotto controllo e si cerca di capire una grande quantità di fenomeni particolari ritenuti in vario modo connessi con i terremoti.

Attività di laboratorio
Nei laboratori sono stati condotti molti esperimenti per comprendere le cause dei terremoti sotto il profilo fisico e, soprattutto, meccanico. A parte le difficoltà generali, già accennate riguardo a questa direttrice di ricerca, si è potuto osservare che, comprimendo un pezzo di roccia mediamente uniforme fino alla sua rottura, esso inizia a frantumarsi prima di rompersi definitivamente. È molto probabile che in zona focale si abbia un fenomeno analogo: le rocce sotto stress, prima della scossa principale corrispondente alla loro frattura, darebbero luogo a tutta una serie di microscosse (scosse di avvertimento) corrispondenti alle microfratture. Se però il pezzo di laboratorio è molto uniforme, la rottura avviene senza frantumazioni, mentre se è poco uniforme non si ha rottura definitiva. Questo tipo di ricerca, volto a individuare la relazione tra scosse di avvertimento e scossa principale, ha dato molte informazioni utili riguardo alla resistenza delle rocce e alle loro trasformazioni fisiche, ma è stato di poco aiuto per la previsione.

Indagini matematiche
Sono state studiate ricorrenze e periodicità dei terremoti e le relazioni tra quelli avvenuti in una medesima zona e tra quelli di diverse parti del mondo, giungendo alla creazione di modelli matematici sulla base della storia sismica di una regione e di ogni altro fattore utile. Ma l'estremo induttivismo, che vuole comprendere una storia sismica lunga milioni di anni dall'esperienza frammentaria di pochi secoli, non può che essere smentito dalla ben più complessa realtà dei fatti: l'unica volta che in Italia fu dato un allarme sismico (nel gennaio 1985, in Garfagnana), poche ore dopo una scossa isolata (peraltro non prevista!) e tenendo conto di quella che era stata l'evoluzione di alcuni terremoti del passato e delle presunte condizioni geologiche locali, furono mobilitati a vuoto uomini e mezzi. D'altra parte, studiando i terremoti che avvengono in una determinata zona sismica, i tentativi rivolti a individuare statisticamente i tempi di accumulo dell'energia di deformazione, prima della sua liberazione, sono soggetti a interferenze dovute ai collegamenti, ancora sconosciuti, che tali terremoti hanno con la più generale attività sismica del pianeta.

Precursori a lenta evoluzione
Sono stati studiati fenomeni che sembrano essere legati ai terremoti, come gli innalzamenti e gli abbassamenti del suolo (misurati con prospezioni geodetiche e altri sistemi sempre più sofisticati), come le variazioni di colore e temperatura delle acque sotterranee o come l'emissione di gas radon dai pozzi. Si tratta però di fenomeni non sempre presenti quando un terremoto sta per attuarsi e con un'evoluzione molto lenta e incerta, tale da impedire qualsiasi previsione entro archi di tempo compatibili con la predisposizione delle misure di allarme.

Precursori a rapida evoluzione
Sono stati studiati con molta attenzione, ricorrendo anche a tecniche specifiche di rilevamento, specialmente quei precursori che sono ritenuti di avviso immediato, o quasi, dei terremoti. Si tratta, soprattutto, di: foreshocks, tempi di arrivo delle onde sismiche, variazioni geoelettriche, variazioni geomagnetiche.

• Foreshocks
  Come per gli esperimenti in laboratorio sono sorte difficoltà nel tentativo di stabilire un rapporto accettabile tra scosse premonitrici e scosse principali, così anche per esperienza dei terremoti reali si è dimostrato inutile il tentativo di isolare i foreshocks, che pur hanno anticipato molti eventi sismici catastrofici. Allo stato attuale, quello che è appurato è che essi possono ritenersi tali (fore = anticipo; shock = scossa) soltanto se sono effettivamente seguiti da un sisma disastroso: prima che ciò avvenga, non si può stabilire se una scossa potrà essere seguita da altre più grosse.

• Tempi di arrivo delle onde sismiche
  Durante i foreshocks precedenti i grossi terremoti, si sono registrate significative variazioni nel rapporto tra i tempi di arrivo delle onde P (primarie) e di quelle S (secondarie). Si è trattato, però, di rilevamenti discordanti e saltuari, soggetti a turbative di natura geologica e, pertanto, di scarsa affidabilità.
  Vi è anche diversità nei tempi di arrivo tra le onde di volume (P ed S) e le onde superficiali, a cui sono imputabili i danni maggiori, e ciò potrebbe servire per una previsione certa dei terremoti. Purtroppo la differenza di tempo è irrisoria nella zona epicentrale interessata dal sisma, dipendendo dalla distanza dell'ipocentro dal luogo in cui viene misurata, e in ogni caso una previsione di pochi minuti d'anticipo si rivelerebbe socialmente inutilizzabile, proprio come quelle che indicano un arco di tempo approssimativo e/o molto lungo.

• Variazioni geoelettriche
  Qualche ora prima di un terremoto si riscontrano anomalie geoelettriche sia nella resistività del terreno che nella differenza di potenziale misurata con elettrodi collocati nel terreno a qualche decina di metri di reciproca distanza. A questo riguardo, i greci P.Varotsos e K.Alexopoulos (1984 a,b) hanno elaborato un metodo che offre una previsione in un lasso di tempo utile e che è in grado di indicare la zona epicentrale e la magnitudo del sisma previsto. Questo metodo, tuttavia, sembra non aver trovato troppo consenso tra gli studiosi, probabilmente perché le variazioni del campo elettrico legate a un terremoto imminente sono scarsamente significative e dell'ordine di pochi millivolts, così che, allo stato attuale della tecnica, sono di difficile interpretazione e non è possibile distinguerle da quelle dovute ad altre cause.

• Variazioni geomagnetiche
  Qualche ora prima di un terremoto si riscontrano anomalie geomagnetiche nella zona interessata all'evento. L'associazione dei terremoti a variazioni del campo magnetico terrestre è cosa risaputa, perlomeno, dal 1799. L'esploratore tedesco A. von Humboldt riferisce di variazioni dell'inclinazione magnetica di 48 minuti d'arco, registrate tre giorni prima del terremoto di Cumana (Venezuela) del 4 novembre 1799. Nel 1855, a Edo (l'attuale Tokio), un ottico pretendeva di aver inventato un apparato capace di predire i terremoti perché, qualche ora prima del terremoto di quell'anno, una grossa calamita a ferro di cavallo, di cui era fiero possessore, perse le sue caratteristiche magnetiche, per riacquistarle solo dopo l'evento sismico. In Calabria, in occasione del terremoto del 16 novembre 1894, l'ago magnetico della bussola dell'ufficio telegrafico di S.Giovanni in Fiore compì ben 32 giri. Ci sono altri esempi storici che potrebbero essere citati e, al riguardo, esiste una casistica molto ricca. Purtroppo, in un primo tempo, le variazioni del campo magnetico non furono ritenute un fenomeno precursore dei terremoti, ma soltanto una manifestazione straordinaria e contemporanea a determinati eventi sismici, e, sia per carenza di strumenti adeguati (in grado di effettuare un monitoraggio continuo), sia per la complessità interpretativa del fenomeno, nessuno si preoccupò di approfondire i contenuti e le implicazioni di quanto era stato osservato. In seguito furono notate variazioni del campo magnetico in occasione di molti altri eventi sismici e furono approfonditi gli studi sulle proprietà piezomagnetiche delle rocce, riconoscendo fin dagli anni Cinquanta la possibilità teorica di usare le variazioni del campo geomagnetico per rilevare lo stato di sforzo in zona focale. Serie difficoltà sono state incontrate, però, nel distinguere le variazioni legate all'attività sismica da quelle dovute a cause diverse, naturali e antropiche (rumore di fondo), nonché nel rilevamento dei dati, che interessano aree molto estese, e nei loro significati. Affrettatamente, le anomalie sismomagnetiche sono state ritenute di troppo difficile interpretazione per essere considerate in modo attento; ancora oggi si ritiene che sarebbe comunque necessaria una costosa e fitta rete di rilevatori per comprendere le eventuali indicazioni da esse fornite, rete mai realizzata in nessuna parte del mondo. A tutt'oggi le ricerche si svolgono con un numero esiguo di magnetometri e misurando la non sempre significativa variazione dell'intensità totale, dimodoché i risultati ottenuti e ottenibili sono da considerarsi poco probanti. Così, mentre si discute se tale segnale premonitore possa o no essere mai utile alla previsione, sono in uno stadio arretrato tutti i tentativi di interpretare le variazioni geomagnetiche per l'individuazione della zona epicentrale di un sisma imminente e per la determinazione della sua magnitudo.

Indagini basate su precursori meccanici
I programmi più completi, come quello giapponese, si basano sostanzialmente sullo studio di precursori meccanici, che possono essere sia a rapida che a lenta evoluzione, comprendendo anche i movimenti in atto della crosta terrestre. Questo tipo di ricerca richiede l'utilizzazione di apparecchiature sempre più rare e sofisticate. È stato osservato, ad esempio, che le variazioni della microsismicità (le normali vibrazioni della crosta, indipendenti dai fenomeni sismici) sono collegate all'attività sismica; così la tecnica di rilevamento, in questo settore della ricerca, consiste anche nell'impiego sistematico di speciali sensori per il controllo dei microsismi. Le ricerche, complesse e costose, però, non hanno ancora portato a risultati definitivi. Quindi, pur essendo esse di certo utili per comprendere i rapporti tra i terremoti e le loro cause, sono per il momento sterili ai fini della previsione.

Combinazione degli indizi
Sono di solito presi in considerazione, contemporaneamente, i seguenti dati ritenuti particolarmente utili alla previsione dei terremoti: la velocità delle onde P, il sollevamento del terreno, l'emissione di radon, la resistività delle rocce e il numero dei terremoti avvenuti in una regione. Purtroppo, solo dopo un sisma disastroso, si ritiene che certi fenomeni osservati prima potevano essere veramente dei segnali premonitori. Paradossalmente, le "previsioni" si fanno dopo l'evento, affermando che il terremoto poteva essere previsto. Un conto, però, è dire che, in linea teorica, i terremoti possono essere previsti, e un conto è prevederli realmente. Non è tanto l'insieme degli indizi ad essere determinante per una previsione, quanto, invece, ciò che ciascuno di essi rivela con certezza e in modo inequivocabile.

* * *

Allo stato attuale delle cose, pertanto, non solo non esistono metodi o macchine per la previsione dei terremoti, ma i tentativi fatti finora, sia che si basino su indagini meccaniche, sia geochimiche, sia statistiche, sia strumentali, hanno delle evidenti carenze sul piano delle scelte e/o su quello delle metodologie seguite, che risultano o inutili o non sicure o incomplete o basate su dati di ardua interpretazione. Nonostante molti abbiano scritto sui possibili precursori, pochi hanno tentato di attuare precise tecniche di previsione.

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PROGRAMMI DI PREVISIONE

Pur essendo i risultati finora inconcludenti, è cosa estremamente positiva, comunque, che la previsione in generale sia stata presa in considerazione dalla ricerca scientifica, sottraendola alle "competenze" di astrologi e indovini.
Nei quattro paesi indicati all'inizio del presente capitolo sono stati adottati dei programmi nazionali per lo studio e la previsione dei terremoti.

Programma giapponese
In Giappone, nel 1963, fu istituita una Commissione per la previsione sismica. Il programma, più volte rivisto, ma sostanzialmente invariato, si basa sui seguenti punti:

1. Indagine sui movimenti premonitori della crosta, mediante osservazione del suolo e del livello del mare.
   
2. Osservazione continua della deformazione della crosta.
   
3. Osservazione dell'attività sismica globale (in Giappone).
   
4. Osservazione di modificazioni nelle velocità delle onde sismiche.
   
5. Controllo delle faglie in movimento e dei sistemi di pieghe.
   
6. Osservazione delle variazioni geomagnetiche e geoelettriche.
   
7. Lavoro di laboratorio e prove di frantumazione delle rocce.
   
8. Fondazione di centri di elaborazione dati.
   

Nonostante che il programma giapponese sia piuttosto ampio, l'impostazione di base è rivolta soprattutto verso i fattori meccanici, come dimostra l'ampio impiego delle risorse nelle misurazioni geodetiche, sismiche e microsismiche. I precursori non meccanici rivestono un ruolo secondario.

Programma americano
Negli Stati Uniti d'America il programma, correlato con quello giapponese, risale al 1965, ma ha trovato applicazione solo a partire dal 1973. Esso è troppo vasto per essere illustrato in questa sede, riguardando anche i rischi collegati ai terremoti, gli aspetti economici, sociali e psicologici. L'impostazione è comunque anche qui legata soprattutto ai precursori meccanici. Data però la mancanza, in America, di un'informazione storica adeguata sui terremoti, molte energie si sono consumate nel tentativo di comprendere i meccanismi geologici in atto, nella costituzione di una cartografia dei rischi da terremoto e nell'ingegneria sismica.

Programma sovietico
Nella ex-Unione Sovietica i ricercatori hanno compiuto indagini soprattutto sui cambiamenti del rapporto tra la velocità delle onde P e delle onde S, sulla resistività elettrica del terreno e delle rocce, sulle ricerche geodetiche, sullo stress delle rocce e sul contenuto di radon nelle acque sotterranee.

Programma cinese
Si dice che in Cina siano state fatte molte previsioni, in questi ultimi anni, mediante il controllo delle variazioni di livello del terreno e del campo geomagnetico, nonché perfino osservando il comportamento degli animali. Tranne, però, il felice caso del terremoto di Haicheng, non si hanno informazioni precise al riguardo e, sicuramente, non fu previsto il successivo terremoto di Tangshan (1976), che causò più di mezzo milione di vittime.

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PROGRAMMI DI PREVISIONE E VARIAZIONI GEOMAGNETICHE

In ciascuno dei suddetti quattro Paesi sono state prese in considerazione le variazioni del campo geomagnetico come segnale premonitore, con risultati non uniformi tra le varie esperienze, che mantengono aperta la strada della ricerca e lasciano dubbi sulle metodologie seguite. È probabile che questa discordanza sia da attribuirsi a una mancanza di chiarezza sull'oggetto di studio, la quale ha impedito un adeguato rilevamento dei dati, e al sostanziale ruolo subordinato in cui questo specifico precursore è stato relegato.
Per quanto riguarda il Giappone, la conclusione attuale è che almeno in quel paese i disturbi di origine antropica siano troppo forti per trarre dalle variazioni geomagnetiche previsioni fondate. Però, questo tipo di ricerca è stato sicuramente trascurato, considerando che, in rete, sono stati utilizzati in tutto il territorio nazionale (almeno fino a pochissimi anni fa) soltanto 13 magnetometri, di quelli a precessione protonica. Qualche progresso è stato comunque fatto, specialmente utilizzando i magnetometri del tipo G.S.I. (Geographical Survey Institute di Tokio) per la misura delle varie componenti, e Rikitake (1987) riferisce di alcune importanti conclusioni a cui sarebbero giunti in questo Paese sul rapporto tra le variazioni geomagnetiche, da una parte, e la magnitudo e la distanza epicentrale di un sisma imminente, dall'altra.
Per quanto concerne gli Stati Uniti d'America, nel 1973 furono installate 70 stazioni magnetiche, distanti tra loro 10 ÷ 15 km, lungo le faglie di San Andreas e di Sierra, con risultati almeno in parte incoraggianti, sebbene i dati rilevati abbiano riguardato soprattutto la sola intensità totale.
Anche dall'ex-Unione Sovietica provengono dati interessanti, pur riguardando sempre la sola intensità.
In Cina è stato osservato addirittura che gli uccelli e i pesci si orientano con il campo geomagnetico, dal momento che perdono completamente l'orientamento se il campo viene artificialmente disturbato. Potrebbe essere proprio sulle variazioni del campo magnetico terrestre legate a sismi imminenti che si basa la presunta capacità di previsione sismica attribuita a certi animali.

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PREVISIONE E PRECURSORI

Caratteristiche di una previsione valida
Una previsione dei terremoti, per risultare valida e attendibile, dovrebbe essere di tipo deterministico e basata su dati fisici. In ogni caso, dovrebbe presentare le seguenti caratteristiche:

1. dovrebbe indicare un arco di tempo utile, sia per predisporre i ripari, sia per evitare attese troppo lunghe, dannose sul piano socio-psicologico e su quello economico;
   
2. dovrebbe essere sicura, in modo che dipenda soltanto dallo stato della tecnica raggiunto il verificarsi di un terremoto non previsto o l'impossibilità di evitare falsi allarmi;
   
3. dovrebbe essere completa, indicando con buona approssimazione gli elementi fondamentali di un terremoto, che sono la sua zona epicentrale e la sua magnitudo. Senza questi dati non si può sapere quali siano le zone interessate al sisma e se convenga adottare misure di emergenza.
   

Caratteristiche di un precursore utile
Un precursore valido e attendibile dei terremoti dovrebbe avere le seguenti caratteristiche:

1. dovrebbe sempre manifestarsi prima dei terremoti e in modo apprezzabile, con un'anticipazione che non sia inferiore a qualche ora e non sia superiore a pochi giorni;
   
2. dovrebbe avere peculiarità tali da poter essere sempre distinto da fenomeni analoghi non correlati con i terremoti;
   
3. dovrebbe presentarsi con variabili che possono essere interpretate in modo da permettere l'individuazione della zona epicentrale e la determinazione della magnitudo del terremoto imminente.
   

L'incidenza di fallibilità in una previsione deterministica sarà ovviamente precisabile solo dopo anni di osservazione e sperimentazione in varie zone sismiche e dipenderà dal livello tecnologico raggiunto nell'isolamento e nell'utilizzazione dei precursori. Il margine di errore risulterà comunque sempre piccolo e trascurabile, in un bilancio dei vantaggi e degli svantaggi.

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