I terremoti sono il risultato della propagazione di una rottura lungo una superficie che attraversa la crosta terrestre chiamata faglia. La propagazione della rottura consente ai blocchi di roccia a lato della faglia di spostarsi l’uno rispetto all’altro anche di decine di metri nel caso di terremoti eccezionalmente grandi (magnitudo 9.0). In genere, i terremoti che producono tsunami si distinguono da quelli che interessano la crosta continentale, per avere velocità di propagazione della rottura più lenta (1-2 km/s) rispetto agli altri terremoti (2-4 km/s) ciò per consentire grandi spostamenti dei blocchi di faglia in prossimità della superficie, il fondale marino in questo caso.
Ora una ricerca, frutto di collaborazione internazionale, tenta di svelare i possibili processi fisici che consentono a un terremoto di generare uno tsunami per sollevamento del fondale marino. In considerazione del fatto che questi sedimenti calcarei sono abbastanza comuni nelle fosse oceaniche e che, in base all’evidenza sperimentale, la loro presenza agevola la propagazione di una rottura sismica fino a rompere il fondale marino, si pensa che questo fenomeno possa essere molto frequente
Lo studio, pubblicato su Nature Geoscience nell’articolo “Past seismic slip-to-the-trench recorded in Central America megathrust” riguarda la dinamica di propagazione, durante grandi terremoti (magnitudo maggiore di 7.0), di rotture sismiche lungo faglie dalla profondità dove nasce il terremoto (circa 15-35 km) fino al fondale marino.
Fino a pochi anni fa, si pensava che le rotture sismiche non fossero in grado di propagarsi attraverso i più superficiali e soffici sedimenti marini ricchi in argilla. Gli scienziati ritenevano che le dislocazioni prodotte dal terremoto fossero trascurabili in questi ambienti. Inoltre, non era stata presa in considerazione la presenza in questi sedimenti di strati non consolidati dallo spessore di decine fino a centinaia di metri composti da gusci calcarei di microrganismi marini. Infatti, basandosi su esperimenti che però non riproducevano fedelmente le straordinarie condizioni di deformazione tipiche di un terremoto, si riteneva che il coefficiente di attrito di questi materiali aumentasse con la velocità di scivolamento lungo una faglia arrestando la rottura prima che questa arrivasse a rompere il fondale marino.

Ma non è così: il grande terremoto di Tohoku (magnitudo 9.0), con il conseguente tsunami che ha inondato la costa settentrionale dell’arcipelago Giapponese l’11 marzo del 2011, ha messo in discussione questa interpretazione.
Evidenze sismologiche, geofisiche e geologiche hanno dimostrato che in questo terremoto la rottura si è propagata fino a rompere il fondale oceanico con conseguenze devastanti. La rottura del fondale oceanico è associata all’innalzamento, anche di alcuni metri per grandi terremoti, del fondale stesso e la conseguente energizzazione della colonna d’acqua marina sovrastante. Poiché in zona di fossa oceanica la colonna d’acqua è di diversi chilometri di altezza, il sollevamento del fondale in questi particolari ambienti oceanici comporta la generazione di imponenti e violentissime onde di tsunami, alte fino a 20-30 m quando queste si infrangono sulla costa come nel caso del terremoto di Tohoku.
Ma perché le rotture sismiche riescono a propagarsi in questi sedimenti e produrre grandi dislocazioni? La ricerca unisce dati da perforazione di fondali oceanici effettuati nel Pacifico in prossimità della fossa che costeggia il Costa Rica in America Centrale, ottenuti nell’ambito del programma IODP (International Ocean Discovery Program), a esperimenti condotti in Italia su sedimenti marini composti da argille e gusci di microrganismi marini campionati durante la perforazione.

Gli esperimenti sono stati effettuati con SHIVA (Slow to HIgh Velocity Apparatus), un apparato sperimentale con la potenza di 300 kW che viene immessa in provini di roccia delle dimensioni di un piccolo bicchiere del diametro di 50 mm. SHIVA è il più potente simulatore di terremoti al mondo. SHIVA dispone di due motori elettrici tipo brushless in grado di imporre straordinarie accelerazioni pari a numerose volte quella di gravità, spostamenti di decine di metri nel caso di terremoti molto grandi e pressioni come quelle che può esercitare una colonna di roccia dall’altezza di diversi chilometri che sono tipiche di un grande terremoto. Nel caso di esperimenti condotti su rocce intere gli effetti sono impressionanti con fusioni delle stesse in pochi secondi tali da produrre vetri sismici molto simili se non identici a quelli che i geologi trovano in alcune faglie naturali. Gli esperimenti descritti sono stati effettuati con dei portacampioni particolari per impedire l’estrusione del materiale granulare e misurare il coefficiente di attrito. SHIVA, installato nel 2009 nel Laboratorio Alte Pressioni – Alte Temperature di Geofisica e Vulcanologia Sperimentali dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) di Roma, è stato progettato e costruito in Italia grazie alla collaborazione tra INGV e Università di Padova, che ha fornito sostegno nella parte progettuale e negli studi microstrutturali.

Questo potente apparato sperimentale serve, insieme ad altre attività di ricerca (studi di terreno per descrivere l’architettura della faglie naturali, analisi di laboratorio dei prodotti di faglia naturali e sperimentali per capire i processi fisici responsabili dei terremoti e modelli numerici di simulazione di propagazione di rottura durante i terremoti per verificare la validità delle osservazioni sperimentali) per comprendere la meccanica dei terremoti.
E questa ricerca ha svelato i processi fisici che consentono a un terremoto di generare uno tsunami per sollevamento del fondale marino. Si è compresa l’importanza dei sedimenti calcarei nella spiegazione di un avanzamento di una rottura sismica. Il comportamento fisico del materiale studiato può spiegare alcune caratteristiche di zone di subduzione meno studiate. Tuttavia con una mappatura dei sedimenti in prossimità delle zone di subduzione e una caratterizzazione del materiale che viene tagliato dai megathrust in superficie si potrebbe pensare alla costruzione di una mappa di pericolosità soprattutto per individuare zone che possono essere soggette a tsunami earthquakes. Certamente si può costruire una mappa delle caratteristiche fisiche e di risposta dei sedimenti/rocce alla nucleazione e propagazione di un terremoto. Tuttavia va sempre considerato che i sedimenti oceanici sono estremamente diversi da area ad area e frutto di processi che si incrociano con il clima e l’oceanografia.

Testo redatto su fonte Università di Padova del 30 novembre 2017
Per approfondimenti: Past seismic slip-to-the-trench recorded in Central America megathrust – Nature Geoscience | 27.11.2017
IODP (International Ocean Discovery Program)
Image credit: RPM/INGV

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Il 14 e 15 ottobre 2014 l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) ha presentato TABOO (The Alto-tiBerina near fault ObservatOry), un’infrastruttura di ricerca e monitoraggio creata negli ultimi anni nell’alta Valle del Tevere e che consiste in una rete geofisica a carattere multidisciplinare all’avanguardia nel mondo. TABOO è dedicata allo studio dei processi deformativi lenti e veloci di un sistema di faglie attivo presente lungo l’Appennino umbro-marchigiano, in un’area densamente popolata e con un enorme patrimonio artistico. La struttura geologica studiata è localizzata lungo l’alta Valle del Tevere, tra la Toscana, l’Umbria e le Marche, ed è dominata da una faglia attiva, la Faglia Alto-Tiberina, a basso angolo d’immersione (15°) che per le sue dimensioni potrebbe produrre terremoti anche molto forti.
La rete sismica ha permesso di localizzare più di 40.000 terremoti nel periodo 2010-2014, tutti di magnitudo inferiore a 4.0. Nel corso della presentazione sono stati illustrati i nuovi dati geologici sulla deformazione recente della regione; modelli tomografici della crosta superiore; dati geodetici che consentono di quantificare la deformazione attiva nell’area; simulazioni al calcolatore che permettono di costruire degli scenari realistici della possibile rottura sismica della faglia; dati sul monitoraggio del radon, e altro ancora.

TABOO opera nel contesto di PLUTO (Potenziamento di un Laboratorio natUrale per lo studio multidisciplinare del TerremotO), un progetto costituito da 3 moduli aventi i seguenti obiettivi:
MODULO 1 – Potenziare la rete sismica di TABOO installando accelerometri (strong-motions);
MODULO 2 – Potenziare la rete geodetica di TABOO installando retro diffusori SAR (Synthetic Aperture Radar) passivi (corner reflectors) che saranno costruiti presso i laboratori INGV;
MODULO 3 – Potenziare la multidisciplinarietà dell’osservazione di TABOO, attraverso l’installazione di una seri di sensori per il monitoraggio permanente e continuo di anomalie di emissione gassosa. Anche questi sensori saranno prodotti presso i laboratori INGV.

Tutta questa nuova gamma di sensori sarà co-locata ai siti già esistenti sfruttandone gli alloggiamenti e parte della rete di alimentazione elettrica. Inoltre tutti in nuovi sensori saranno collegati in tempo reale con il nostro centro di acquisizione dati, sfruttando l’infrastruttura di comunicazione Wi-Fi esistente. Lo scopo è contribuire a far divenire TABOO la prima rete multi-sensore nel mondo della geofisica, completamente dedicata al monitoraggio simultaneo continuo e permanente, di un vasto spettro di parametri potenzialmente coinvolti nella fase di preparazione di un terremoto.

Da qui l’importanza di PLUTO inteso come progetto dedicato al potenziamento del Laboratorio Naturale, con lo scopo appunto di aumentare i gradi di multidisciplinarietà degli osservabili e la risoluzione dell’osservazione stessa. Potenziamento che consentirà in un prossimo futuro, un miglioramento nella produzione di risultati scientifici di eccellenza, insieme all’aumento della nostra presenza nei progetti di frontiera internazionali. A tal proposito, un aspetto di fondamentale importanza riguarda il grado di coinvolgimento di TABOO in futuri progetti di ricerca di profilo internazionale, compresa la possibilità di farla divenire un’infrastruttura ESFRI (European Strategy Forum on Research Infrastructures), come uno dei principali Near Fault Observatory Europei: un laboratorio naturale all’avanguardia dove i migliori giovani scienziati di tutto il mondo potranno recarsi a testare le loro idee sulla fisica che sta alla base dei processi di generazione dei terremoti.

Testo redatto su fonte INGV
Per approfondimenti: taboo.rm.ingv.it
Image credit: INGV/TABOO

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Quando il 24 agosto scorso un terremoto ha colpito la Napa Valley, a nord dello Stato della California, due giorni dopo i quattro satelliti della costellazione di COSMO-SkyMed (il sistema satellitare duale italiano) sono stati resi operativi per acquisire dati sull’evento sismico in quella regione. Lo US Geological Survey (USGS), il centro di geofisica americano, ha fatto sapere che la scossa di magnitudo 6.1, avvertita da almeno un milione di persone, è stata la più forte in quella zona da 25 anni. I dati e i prodotti elaborati da COSMO-SkyMed – le cui caratteristiche tecniche gli consentono di osservare anche in notturno e con qualsiasi condizione meteo, rendendolo un sistema unico a livello internazionale – rappresentano un valido e importante strumento per condurre studi sulle cause e sui fenomeni precursori dei disastri ambientali e per migliorare la capacità di monitoraggio e di valutazione dei danni nel caso di terremoti, frane, alluvioni, ed eruzioni vulcaniche.

Il Presidente dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) Roberto Battiston ha dichiarato che “le informazioni relative al terremoto occorso nella Napa Valley prodotte dal sistema mostrano gli spostamenti indotti dal fenomeno sismico, da cui è possibile derivare informazioni sui danni alle strutture civili”. Il processamento dei dati satellitari fornirà infatti agli addetti ai lavori indicazioni a supporto dell’analisi degli effetti del terremoto e consentirà di individuare eventuali ulteriori rotture di faglia. Le informazioni fornite dal sistema satellitare italiano di osservazione della Terra sono state elaborate dal team ARIA al JPL – Caltech in collaborazione con l’Agenzia Spaziale Italiana e l’Università della Basilicata e i risultati pubblicati per la California Earthquake Clearinghouse e Southern California Earthquake Center Forum Response.

Testo redatto su fonte ASI del 28 agosto 2014
Image credit: ASI/Università della Basilicata/NASA/JPL Caltech

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Il monitoraggio sismico e vulcanico, e lo studio dell’ambiente marino di alta profondità: sono queste le attività di ricerca su cui l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) hanno deciso di puntare in sinergia. I due enti, la cui collaborazione è sancita fin dal 2001 da una Convenzione Quadro, hanno individuato i 3 obiettivi su cui incentrare e ulteriormente sviluppare la collaborazione nei prossimi anni.

Il primo obiettivo, internazionale, è intensificare la collaborazione, già avviata dal 1996, nelle ricerche in ambiente marino particolarmente profondo attraverso due infrastrutture di ricerca europee: KM3NeT (A multi-Km3 sized Neutrino Telescope, www.km3net.org) ed EMSO (European Multidisciplinary Seafloor and water-column Observatory, www.emso.eu.org).
KM3NeT, che conta sull’importante contributo dell’INFN con i suoi Laboratori Nazionali del Sud, è dedicato allo studio dei neutrini cosmici ad altissima energia e prevede l’installazione, a 3.500 m di profondità nel mare al largo della Sicilia, di una serie di torri dotate di rivelatori, che formeranno complessivamente un telescopio del volume di un chilometro cubo. EMSO, che vede l’Italia con l’INGV come coordinatore a livello europeo, rappresenta la rete permanente sottomarina nei mari circondanti l’Europa dall’Artico al Mar Nero, passando per il Mediterraneo. All’interno di queste attività i due enti hanno sviluppato, al largo della Sicilia, due infrastrutture cablate per il monitoraggio multiparametrico in ambiente marino profondo, uniche nel loro genere nel bacino del Mediterraneo e fra le poche al mondo: KM3NeT-Italia, con le sue torri, e NEMO-SN1, nodo operativo di EMSO, osservatorio sottomarino multidisciplinare per il monitoraggio sismico, oceanografico e acustico.

Il secondo obiettivo, tramite il progetto Premiale MURAVES, finanziato dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca (MIUR), prevede l’allestimento di due dispositivi alle pendici del Vesuvio per misurare il flusso di muoni (particelle di origine cosmica). I ricercatori INGV e INFN faranno così una “radiografia” al vulcano per produrre una mappa di densità in 2D e in 3D ad alta risoluzione della sua struttura sommitale e per tenerlo sotto monitoraggio continuo.

Il terzo obiettivo, per lo sviluppo congiunto di studi sismologici avanzati, G-GranSasso, prevede l’installazione, unica al mondo, di un sofisticato interferometro laser nelle viscere della Terra, chiamato GINGERino, alla profondità di 1.400 metri, all’interno dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, in grado di analizzare la frequenza e l’ampiezza delle onde sismiche. G-GranSasso ha come scopo ultimo lo sviluppo di tre sensori opportunamente orientati, che permetteranno non solo studi sismologici avanzati, ma anche test di Relatività Generale e misure della velocità angolare terrestre.

“La partecipazione a progetti, finanziati in ambito Europeo, Nazionale e Regionale, ha permesso la realizzazione di infrastrutture marine per il monitoraggio sismico, vulcanico, oceanografico e acustico uniche al mondo che pongono l’Italia e i due enti all’avanguardia”, dichiara il Presidente dell’INGV, Stefano Gresta. “Rafforzare questa collaborazione, oramai pluriennale aiuterà ad affrontare con un approccio sempre più globale i problemi collegati ai cambiamenti climatico-ambientali e ai rischi sismico e vulcanico, attraverso l’impiego di nuove e sofisticate tecnologie per la ricerca”.
“È sempre più evidente che mettendo in comune le capacità e le esperienze sviluppate all’interno di diversi Enti e in diversi campi della ricerca si possono costruire progetti multidisciplinari ambiziosi e che attivano energie nascoste”, commenta con soddisfazione Fernando Ferroni, Presidente dell’INFN. “Questi terreni di collaborazione tra INFN e INGV speriamo siano l’inizio di una collaborazione sempre più estesa e profonda”, conclude Ferroni.

Testo redatto su fonte INFN del 14 luglio 2014

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Oltre cinquanta ricercatori collegati in videoconferenza dalle due sponde dell’Atlantico, cinque tavoli tematici e decine di “best practice” condivise. Sono i numeri del gruppo di lavoro Italia-USA su Scienze della terra e risorse naturali che si è riunito al Ministero degli Affari Esteri nell’ambito del piano di cooperazione scientifica e tecnologica tra Roma e Washington. Obiettivo: condividere attività di ricerca e sperimentazione a carattere multidisciplinare per assicurare lo sviluppo di conoscenze e metodologie, così come definito nell’Action Plan allegato alla Dichiarazione congiunta Italia-Stati Uniti per gli anni 2014-2015, firmata lo scorso 13 dicembre a Washington.

Tra gli enti di ricerca coinvolti, oltre l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) e l’US Geological Survey (USGS) i due capofila dell’iniziativa, erano presenti il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), l’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile (ENEA), l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), l’Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA) e, da parte americana, la National Aeronautics and Space Administration (NASA), il National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), il Department Of Energy (DOE). I relatori italiani e statunitensi – collegati in videoconferenza dal Ministero degli Esteri, dall’Ambasciata italiana a Washington e dai rispettivi dipartimenti – hanno potuto fare il punto sui progetti congiunti, definendo per ognuno di essi le linee d’azione per il futuro.

A margine dell’evento, il Presidente dell’INGV Stefano Gresta e il Direttore dell’Ufficio programmi internazionali di USGS Victor Labson hanno siglato, presso la sede dell’INGV a Roma, una lettera di intenti, con annesso programma delle attività, per la promozione di iniziative congiunte nel campo delle ricerche e delle tecnologie orientate al monitoraggio delle aree sismiche e vulcaniche e nell’approfondimento delle ricerche in campo geofisico. “L’accordo sottoscritto mette in evidenza le tante aree di interesse comune tra i due istituti e le grandi potenzialità della cooperazione sia in ambito di ricerca che di monitoraggio geofisico e ambientale, ha commentato Gresta. Più in generale, il meeting ospitato in Farnesina ha dimostrato quanto sia importante e costruttiva la collaborazione tra i diversi attori italiani nel settore delle Scienze della terra e delle risorse naturali e la conseguente interazione del nostro network nazionale con i colleghi statunitensi, per migliorare le conoscenze scientifiche e tecnologiche anche mediante programmi di mobilità tra i ricercatori dei due Paesi”.

Testo redatto su fonte INGV del 27 giugno 2014
Image credit: USGS

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L’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) ha approvato un contratto con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) che prevede, tra l’altro, un finanziamento da due milioni di euro in Trentino: uno al Dipartimento di Fisica dell’Università di Trento e uno al Centro nazionale TIFPA dell’INFN a Trento. Il finanziamento è destinato alla realizzazione di uno strumento per la rivelazione di elettroni che sarà installato sul satellite cinese CSES (China Seismo-Electromagnetic Satellite), il cui lancio è previsto nel 2016, con l’obiettivo di studiare la variabilità dell’ambiente elettromagnetico attorno alla Terra e sviluppare nuovi metodi per il monitoraggio di fenomeni geofisici su grande scala, come ad esempio i terremoti.

Il finanziamento è relativo ad un progetto premiale dell’ASI, finanziato dal MIUR e coordinato dal Prof. Roberto Battiston, docente dell’Università di Trento e responsabile del TIFPA (il nuovo centro nazionale dell’INFN, Trento Institute for Fundamental Physics and Application che ha sede presso il Dipartimento di Fisica). Il progetto prevede la realizzazione di uno strumento per studiare l’accoppiamento fra i fenomeni sismici e la magnetosfera. La firma del contratto da parte dell’ASI segna l’avvio della fase esecutiva del progetto in cui il TIFPA e il Dipartimento di Fisica dell’Università di Trento, in collaborazione con la Fondazione Bruno Kessler, giocheranno un ruolo di primo piano con la realizzazione di prototipi qualificati e della strumentazione di volo. Il progetto sarà realizzato dall’INFN nell’ambito di una collaborazione che vede coinvolti i centri INFN e le Università di Trento, Roma Tor Vergata, UniNettuno, Perugia e Bologna. La missione spaziale CSES studierà vari tipi di fenomeni di tipo elettromagnetico (come i campi e le onde elettromagnetiche, le anomalie ionosferiche o la precipitazione di particelle energetiche dalle fasce di Van Allen) e la loro correlazione con fenomeni geofisici per contribuire allo sviluppo di nuovi metodi per il monitoraggio sismico dallo spazio. La Cina condivide infatti con l’Italia un alto rischio sismico e per questo è di grande interesse per la China National Space Administration (CNSA) lo sviluppo di tecnologie innovative per il monitoraggio e lo studio dei disastri naturali. In questo contesto è maturata una stretta collaborazione tra Italia e Cina (ufficializzata a Pechino nel settembre dello scorso anno) per la realizzazione di un nuovo satellite dotato della strumentazione più avanzata esistente nel settore.

L’Italia contribuirà al satellite CSES con uno strumento innovativo. Si tratta di una tecnologia derivata dagli esperimenti di fisica delle particelle nello spazio realizzati con successo dall’INFN in questi ultimi venti anni, in particolare dei rivelatori di particelle al silicio utilizzati per l’esperimento AMS operante sulla Stazione Spaziale Internazionale e realizzati presso il Centro di Micro Sistemi di FBK. Lo strumento Italiano sarà chiamato Limadou, in onore del famoso esploratore italiano Matteo Ricci. L’Italia collaborerà inoltre alla realizzazione dello strumento per la misura del campo elettrico che verrà sottoposto a prove di qualifica spaziale in Italia.

La collaborazione dell’ASI con la CNSA, vede in prima linea il Prof. Roberto Battiston del Dipartimento di Fisica dell’Università di Trento: «La partecipazione dell’Italia al progetto CSES prevede la realizzazione di un rivelatore di precisione per la misura degli elettroni che precipitano nell’atmosfera dalle fasce di Van Allen. In questo modo potremo sottoporre a verifica scientifica rigorosa i meccanismi che collegano il nostro pianeta e le sue dinamiche interne al plasma di particelle elementari che circonda la terra, con l’obiettivo di sviluppare nuove tecniche per il monitoraggio sismico dallo spazio. Dopo la realizzazione del prototipo LAZIO-SiRad che ha volato con Roberto Vittori sulla Stazione Spaziale nel 2005, da dieci anni lavoriamo alla preparazione di questo progetto con il colleghi cinesi. Il finanziamento ottenuto per la realizzazione dello strumento LIMADOU, rappresenta un riconoscimento per il TIFPA e il Dipartimento di Fisica di Trento e premia la collaborazione sia a livello nazionale tra INFN e ASI, sia a livello territoriale con la Fondazione Bruno Kessler».

«L’Italia con l’ASI è l’unico partner internazionale del progetto CSES», sottolinea Laura Candela, responsabile dell’osservazione della Terra in ASI. «La Cina ha deciso di stanziare notevoli investimenti nel corso dei prossimi 10 anni in questo settore strategico e la partecipazione dell’Italia a CSES rappresenta una occasione di grande importanza per una partnership scientifica e tecnologica nel remote sensing destinato ad applicazioni pacifiche».

«L’importante accordo tra l’ASI, il nuovo centro nazionale TIFPA dell’INFN, e l’Università di Trento è frutto dell’ormai consolidata collaborazione tra queste realtà nella ricerca tecnologica d’avanguardia e nella ricerca spaziale», è il commento di Speranza Falciano, membro della giunta esecutiva dell’INFN. «Il centro TIFPA inaugurato lo scorso anno rappresenta un’ottima sintesi della capacità dell’INFN di trasferire all’industria, alla società civile e al pubblico in generale le competenze tecnologiche sviluppate attraverso la ricerca di base».

Il TIFPA (Trento Institute for Fundamental Physics and Application) è il centro nazionale dell’INFN dedicato alla ricerca in fisica delle particelle e allo sviluppo di tecnologie d’avanguardia nei settori della sensoristica, della ricerca spaziale, del supercalcolo e della biomedicina, aperto a Trento presso il Dipartimento di Fisica nel 2013. Il TIFPA nasce dalla collaborazione tra l’INFN, l’Università di Trento, la Fondazione Bruno Kessler e l’Azienda Provinciale per i Servizi Sanitari.

Testo redatto su fonte ASI del 7 aprile 2014

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Il Consorzio Interuniversiario CASPUR mette a disposizione dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) soluzioni applicative che consentono di effettuare simulazioni di propagazione della radiazione sismica, in domini geologici sempre più realistici e precisi (2D e 3D). Per rendere più semplice l’esecuzione di simulazioni numeriche relative all’interazione tra suolo e radiazione sismica, il Consorzio ha creato l’applicazione web-based WISA (Web Interface for Seismological Applications). Attraverso di essa l’utente importa i dati relativi a strutture geologiche anche molto complesse, per eseguire la corrispondente simulazione sulle macchine parallele del CASPUR e visualizzare i risultati (sismogrammi sintetici).

L’attività di collaborazione che ha condotto alla predisposizione di diverse soluzioni applicative si inserisce nell’ambito di un “accordo quadro” che, nel dettaglio, coinvolge la “Sezione di Sismologia e Tettonofisica” dell’INGV di Roma e il Consorzio. Questa collaborazione mira a definire gli ambiti di interesse e le attività; esso punta a garantire all’INGV un supporto altamente qualificato, sia sul piano tecnologico che professionale, inteso ad utilizzare strumenti (hardware e software) all’avanguardia.

Attualmente lo studio dell’interazione tra la radiazione sismica e la struttura geologica terrestre (alla base dello studio degli effetti dei terremoti) è descritta da equazioni del moto la cui soluzione “analitica” risulta impossibile da calcolare in casi reali. Per questo motivo, il ricorso all’approccio “numerico” risulta indispensabile in questo ambito di ricerca. La collaborazione tra CASPUR e INGV ha consentito di sviluppare soluzioni capaci di simulare, in modo sempre più accurato e veloce, i fenomeni fisici coinvolti così da prevederne gli effetti reali. Lo sviluppo di software specialistico si è avvalso dello studio, della sperimentazione e dell’implementazione di diverse tecniche numeriche (differenze finite, volumi finiti, elementi finiti) e di alcune tra le principali metodologie di parallelizzazione (OpenMP, MPI e Scalable Modeling System).

La problematica studiata è quella dei cosiddetti “effetti di sito” in aree urbane: essa caratterizza l’impatto di un terremoto, valutandone gli effetti sui manufatti di particolare interesse storico. Nel corso degli anni, sono stati prodotti codici “paralleli” 2D e 3D che simulano la propagazione delle onde sismiche nei bacini di interesse e producono “sismogrammi sintetici”, grafici dell’andamento temporale della risposta del mezzo in determinati punti in superficie. I sismogrammi sono infatti uno strumento essenziale sia alla comprensione degli effetti potenzialmente distruttivi che delle frequenze alle quali il terreno “risuona”.

Testo redatto su fonte CASPUR

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Il progetto APhoRISM (Advanced Procedures for Volcanic and Seismic Monitoring) è uno dei più recenti progetti di cui l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) è coordinatore. APhoRISM è un progetto del Settimo Programma Quadro GMES (Global Monitoring of the Environment and Security) per le attività spaziali della Commissione Europea ed ha come obiettivo lo sviluppo di metodologie innovative nel campo del monitoraggio sismico (oltre che vulcanico).
Il filo conduttore del progetto APhoRISM è il dato satellitare, il dato telerilevato che viene integrato con misure prossimali, quindi con misure a terra, per fornire prodotti innovativi. In particolare, per quanto riguarda l’aspetto sismologico, APhoRISM si occuperà della misura di tutti gli effetti di superficie prodotti da un evento sismico, che vanno dalla deformazione del suolo ai danni prodotti su infrastrutture ed edifici fino a interessare la produzione di scenari utilizzati per la mitigazione e la gestione del rischio sismico.

A partire dai primi anni 2000, il ruolo dei sistemi di osservazione della terra dallo spazio nel campo della mitigazione dei rischi naturali ha assunto un rilievo sempre maggiore. Il dato satellitare, il dato telerilevato in genere, consente all’utente (al ricercatore o allo scienziato) di avere un’analisi completa degli effetti prodotti da un evento disastroso sul territorio. Il dato satellitare ha principalmente due caratteristiche: fornisce un quadro sinottico di ciò che avviene in un determinato territorio e soprattutto la misura degli effetti di superficie che avviene senza un’interazione diretta tra lo strumento di misura e l’oggetto osservato. Questo secondo fattore è di estrema importanza: la misura di parametri fisici e chimici o di caratteristiche quali la deformazione del suolo senza un’interazione diretta ma osservata da centinaia di chilometri di distanza costituisce un fattore di estremo rilievo.

Perché il dato satellitare viene utilizzato, e in che modo, nella mitigazione dei rischi naturali? Per quanto riguarda i terremoti il dato telerilevato è utilizzato per misurare gli effetti del terremoto in superficie, quindi le deformazioni del suolo, per misurare i movimenti intersismici che si verificano in assenza di eventi ma che in qualche modo costituiscono gli effetti in superficie di deformazioni lente che proseguono negli anni e nei decenni. E per quanto riguarda gli tsunami consente di realizzare degli scenari che danno la possibilità, a chi è preposto a realizzare e a mettere in atto tutte quelle azioni che servono per mitigare gli effetti degli tsunami, di avere degli scenari d’impatto dell’onda a terra, quindi lungo le coste, sulle città e sulle infrastrutture.

Testo redatto su fonte RESEARCHITALY

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Negli anni 90 gli accelerometri MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) hanno rivoluzionato l’industria automobilistica nel settore dell’airbag e sono oggi ampiamente utilizzati in computer portatili, periferiche di gioco e telefoni cellulari. Sotto la spinta dei grandi successi commerciali, la ricerca e lo sviluppo dei sensori basati su tecnologia MEMS prosegue attivamente e velocemente in tutto il mondo. Grazie al loro costo contenuto (pochi Euro) e alle dimensioni ridotte (pochi millimetri), gli accelerometri MEMS potrebbero oggi essere impiegati per il monitoraggio di eventi sismici. Come dimostrerebbe una pubblicazione di due ricercatori dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), Antonino D’Alessandro e Giuseppe D’Anna, lo stesso accelerometro utilizzato nell’iPhone prodotto dalla Apple, potrebbe essere impiegato per monitorare i terremoti. I test eseguiti dai due ricercatori hanno mostrato come l’accelerometro MEM modello LIS331DLH, prodotto dalla STMicroelectronics sia in grado di registrare fedelmente terremoti di moderata-forte magnitudo. I test sono stati eseguiti confrontando i dati acquisiti dall’accelerometro MEMS con quelli di accelerometro professionale (del valore di diverse migliaia di euro) comunemente utilizzato in campo sismologico per il monitoraggio di forti terremoti. I risultati sono stati strabilianti; la performance del minuscolo sensore MEMS, nel registrare forti accelerazioni, sono state quasi identiche a quelle dell’accelerometro professionale.

L’Italia è un Paese ad elevato rischio sismico, sia per l’elevata pericolosità sismica del territorio, sia per la presenza di numerosi centri storici densamente popolati. Dal 1900 ad oggi si sono verificati 30 terremoti distruttivi, la maggior parte dei quali hanno avuto effetti disastrosi su molti centri abitati. Il numero delle vittime a seguito di un forte terremoto dipende chiaramente da numerosi fattori tra i quali la tempestività degli interventi di soccorso. Come ben noto i terremoti tendono a ripetersi in zone già colpite in passato. In questa prospettiva sarebbe importante predisporre, per i centri abitati già in passato colpiti da forti terremoti e quindi ad alto rischio, appositi sistemi di monitoraggio e di allerta terremoto.
Già da qualche anno, alcuni centri di ricerca e monitoraggio sismologico (vedi ad esempi il caso Quake-Catcher Network), hanno iniziato a creare reti sismiche e sistemi di allerta terremoto interamente basati sugli accelerometri contenuti in smartphone e in computer portatili messi a disposizione da cittadini.

Testo redatto su fonte INGV del 29 settembre 2013

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L’Agenzia Spaziale Italiana e la China National Space Administration hanno firmato oggi a Pechino un importante Memorandum of Understanding (MoU): il protocollo d’intesa ha lo scopo di ospitare un payload italiano a bordo del satellite cinese CSES (China Seismo-Electromagnetic Satellite). Il principale obiettivo scientifico della missione è la ricerca su vari tipi di fenomeni di tipo elettromagnetico e la loro correlazione con fenomeni geofisici per contribuire al monitoraggio dei terremoti dallo spazio nel contesto delle Scienze della Terra.
Diversi studi hanno evidenziato la possibile esistenza di correlazioni temporali tra emissioni elettromagnetiche legate all’attività sismica della Terra da una parte e il verificarsi di perturbazioni nel plasma iono-magnetosferico. L’Italia è sempre stata all’avanguardia in questo settore.

Dal 2004 rapporti di regolare collaborazione tra i gruppi di ricerca Italiani, dell’INFN guidati dal Prof. Roberto Battiston dell’Università di Trento (INFN-TIFPA), e cinesi del CEA (China Earthquake Administration) hanno l’obiettivo di sviluppare la strumentazione di bordo del primo satellite cinese, chiamato CSES, dedicato allo studio dell’ambiente elettromagnetico attorno alla terra e dotato della strumentazione più avanzata esistente nel settore. L’Italia contribuirà al satellite CSES con uno strumento innovativo dedicato alla misura delle particelle energetiche che precipitano dalle fasce di Van Allen a seguito di disturbi elettromagnetici. Lo strumento Italiano sarà chiamato Limadou, in onore del famoso esploratore italiano Matteo Ricci e sarà realizzato dall’INFN nell’ambito di una collaborazione che vede coinvolti i centri INFN e le Università di Trento, Roma Tor Vergata, Perugia e Bologna.
Per Enrico Saggese, Presidente dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), l’accordo si muove in un terreno di ricerca fortemente innovativo, dove i risultati non sono scontati, ma le strade che si stanno aprendo possono dare importanti elementi di conoscenza: l’unione delle capacità scientifiche dell’ASI e CNSA può portare a più di un risultato positivo.

Il satellite avrà a bordo un’intera gamma di strumenti (magnetometri fluxgate e search-coil, rivelatori di particelle di alta energia, LP-RPA e ion drift meter) atti a rivelare congiuntamente perturbazioni di diversi parametri e grandezze fisiche. Si tratta di un satellite, dopo la realizzazione di quello francese Demeter, destinato a raccogliere un’imponente mole di dati nel monitoraggio dei campi elettrico e magnetico, della temperatura elettronica e ionica, della densità di plasma e dei flussi di particelle intrappolate.
Il satellite CSES sarà sviluppato, integrato e testato dalla CNSA. La piattaforma CAST sarà progettata e fornita dalla CNSA attraverso DFH (DFH Satellite Co.ltd) per ospitare i payload cinesi e italiani. Il payload italiano sarà progettato e fornito da ASI attraverso una collaborazione con l’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare). La sua vita operativa sarà di cinque anni e il lancio è previsto per settembre 2016.

Roberto Battiston, professore dell’Università di Trento e presidente della Commissione Astroparticelle dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) ha dichiarato che la partecipazione dell’Italia al progetto CSES prevede la realizzazione di un rivelatore di precisione per la misura degli elettroni che precipitano nell’atmosfera dalle fasce di Van Allen. In questo modo si potranno sottoporre a verifica scientifica rigorosa i meccanismi che collegano il nostro pianeta e le sue dinamiche interne al plasma che circonda la terra, con l’obbiettivo di sviluppare nuove tecniche per il monitoraggio sismico dallo spazio.

L’Ambasciatore d’Italia presso la Repubblica Popolare Cinese, Alberto Bradanini, ha assicurato il proseguimento della costante azione di sostegno istituzionale dell’Ambasciata, e del Prof. Plinio Innocenzi nel suo ruolo di Consigliere Scientifico, volta a favorire lo sviluppo di forme di collaborazione tra Italia e Cina nello strategico settore spaziale, in cui l’Italia può vantare delle punte di eccellenza in campo accademico e industriale di livello mondiale.

Testo redatto su fonte ASI del 25 settembre 2013

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La forte scossa di terremoto de L’Aquila del 06 aprile 2009 è stata causata dalla rottura di una faglia lunga circa sedici chilometri con uno scorrimento di quasi un metro. Gli effetti in superficie di questa rottura sono stati evidenziati con diverse tecniche di misura, fra cui quella GPS (Global Position System) e quella interferometrica basata sull’utilizzo di immagini radar da satellite (InSAR). Ulteriori ricerche hanno evidenziato la possibile presenza di fenomeni deformativi, di diversi centimetri, in un’ampia area relativamente vicina alla zona colpita dal terremoto.
La ricerca pubblicata sulla rivista internazionale “Terra Nova” col titolo: “Anomalous far-field geodetic signature related to the 2009 L’Aquila (central Italy) earthquake” (“Deformazione geodetica anomala relativa al terremoto de L’Aquila Italia centrale del 2009”) a cura di Simone Atzori, Claudio Chiarabba, Roberto Devoti (INGV) e Manuela Bonano e Riccardo Lanari (CNR-IREA), è stata condotta sfruttando i numerosi satelliti di osservazione della Terra che acquisiscono regolarmente immagini radar. Una tecnica di recente sviluppo, denominata interferometria radar (nota come InSAR), permette di individuare con precisione inferiore al centimetro le deformazioni della crosta terrestre che interessano vaste porzioni del territorio.

In questo lavoro vengono sfruttate immagini di satelliti radar europei e giapponese per cercare di individuare anche deboli segnali che possano aver preceduto il terremoto, esplorando un arco temporale anche di molti mesi prima dell’evento. In tal senso sono stati usati i più moderni algoritmi di elaborazione di dati radar, tramite una collaborazione fra enti di ricerca pubblici italiani. Come spesso accade, si è partiti dall’analisi di un singolo fenomeno per estendere poi l’ambito di indagine; il punto d’inizio è stata l’analisi di una deformazione di qualche centimetro che ha interessato un’ampia zona a circa 20 km a sud-ovest de L’Aquila, giustificabile solo in parte come conseguenza della rottura del 6 Aprile, in accordo con gli attuali modelli a disposizione. L’indagine poi si è estesa temporalmente fino a includere le deformazioni dell’area negli anni precedenti e riscontrando che in quella stessa area altri fenomeni deformativi sembrerebbero essersi verificati un paio di anni prima dell’evento.

Sebbene sia al momento ancora difficile capire il legame fra queste deformazioni e l’evento principale, questo studio vuole indirizzare l’attenzione sul contributo che le tecniche geodetiche possono dare allo studio dei processi di formazione dei forti terremoti. Presso l’INGV, i dati geodetici della rete GPS nazionale e le mappe di deformazione ottenute con immagini radar da satellite sono oggetto di attività di ricerca per tutte le fasi che interessano il ciclo sismico: prima, durante e dopo un evento. Il potenziamento di questo ambito di indagine, soprattutto per zone a maggior rischio sismico, può fornire nuovi ed importanti elementi per la comprensione dei fenomeni che sono alla base della generazione di un terremoto.

Chiediamo a Simone Atzori, prima firma di questa ricerca, dove pensa di applicare questo tipo di indagine. Simone Atzori: “Queste attività di ricerca vengono svolte in occasione di tutti i terremoti significativi in Italia e all’estero; spesso si tratta di analisi ex-post, in cui si ‘guarda indietro’ e si riconsiderano eventi passati, in relazione anche alla disponibilità di nuovi dati e di nuovi algoritmi per la loro elaborazione. E’ fondamentale continuare ad indagare con un approccio multidisciplinare con la speranza di individuare, in futuro, indicatori che possano diminuire il grado di aleatorietà dell’accadimento di terremoti”.

Testo redatto su fonte INGV del 5 aprile 2013

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