martedì 17 gennaio 2017

Il problema del Ponte Vespucci a Firenze: prima di intervenire non sarà meglio verificare le condizioni generali dell'Arno?


Ho già parlato di come venivano costruiti i ponti nel passato e di come oggi si sia un po' persa quella maestria. In questo ha anche influito l’evoluzione della tecnica, che ha consentito di costruire ponti a trave di cemento o di ferro al posto dei vecchi ponti ad arco a mattoni. Purtroppo se da un lato il profilo piano dei nuovi ponti li rende molto comodi nell'attraversamento, spesso sono decisamente tragici dal punto di vista idraulico, in quanto la loro sagoma si può frapporre alle piene maggiori se, come spesso succede, gli argini non vengono sopraelevati in loro corrispondenza in modo da farne stare la struttura un pò più in alto. Le conseguenze sono sotto gli occhi di tutti: ho parlato di due manufatti che negli ultimi anni hanno provocato alluvioni – fotocopia perché dopo aver dimostrato praticamente (e non in teoria!) la loro pericolosità non sono stati abbattuti e ricostruiti in maniera confacente alle esigenze dei corsi d’acqua in piena. Mi riferisco a quello sul Rio Siligheddu a Olbia (eventi del 2013 e 2015) e quello sul Tanaro a Garessio (eventi del 1994 e 2016). Per fortuna le nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (versione 2008 in vigore e 2016 in corso di approvazione) prevedono per i ponti dei criteri di compatibilità idraulica molto più stringenti, in particolare sulla possibilità di inserire pile in alveo e di conseguenza sulle dimensioni delle eventuali arcate che ne derivano. La recente moderata piena dell’Arno, avvenuta in due fasi fra il pomeriggio di domenica 7 novembre e la notte successiva, che per l’Arno a Firenze non dovrebbero essere nulla di che, mi impone delle riflessioni, perché sono emersi alcuni problemi sul ponte Vespucci che a parer mio meritano un approfondimento.

La piena del 7 novembre 2016 invade la spiaggia di San Niccolò e la strada del
cantiere per i lavori del ripristino del Lungarno Torrigiani del 25 maggio 2016
La piena di domenica 7 novembre non è stata certo un evento eccezionale per l’Arno a Firenze: un livello massimo di poco superiore a 4 metri all’idrometro degli Uffizi e una portata di circa 1500 metri cubi/sec non dovrebbero rappresentare un problema per il fiume né nel centro cittadino, né a valle. Tutto il bacino è stato soggetto a precipitazioni ma le piogge particolarmente intense per fortuna hanno riguardato soltanto la sua parte alta (Casentino, Val di Chiana e Val d’Ambra), senza coinvolgere a tali livelli la parte più bassa del Valdarno superiore, né il Mugello e per avere problemi a Firenze deve essere piovuto tanto in tutto il bacino (come nel 1966 e nel 1992). Naturalmente non è casuale che il tutto sia successo ai primi di novembre, i giorni peggiori per le piene dell’Arno, come attesta il fondamentale testo del Morozzi del 1763, Dello stato antico e moderno del fiume Arno e delle cause e de’ rimedi delle sue inondazioni. 
Quando avvenne la frana del lungarno una mia riflessione fu che i lavori avrebbero dovuto concludersi al più presto, segnatamente prima della prima piena autunnalee.
Che avessi ragione lo dimostra questa mia foto presa nel pomeriggio di domenica 7: siamo sul lungarno Serristori, poco a monte del Ponte alle Grazie in riva sinistra del fiume (il tratto interessato dalla frana è stato quello in riva sinistra immediatamente a valle del ponte). 
Qui c’è la famosa “spiaggia di San Niccolò”, un’area golenale allagabile dall’Arno solo in caso di portata superiore al normale (diciamo una volta ogni 2 anni). Ci sono molte polemiche su questa zona, in particolare c’è chi la vorrebbe togliere e restituire portata al fiume, ma l’effetto non sarebbe particolarmente evidente. 
Vediamo in particolare sulla sinistra i resti allagati dell’area di cantiere, e precisamente della strada di servizio allestita sul greto in riva sinistra per arrivare con i mezzi pesanti subito sotto la parte dell’argine interessata all’evento. Il risultato è stato che i Vigili del Fuoco sono dovuti intervenire con le autogrù per tirare su alcuni mezzi e containers e un’autovettura di uno improvvido cittadino. Quando ho scattato la foto si notano ancora delle escavatrici in mezzo all’acqua. 
Non oso pensare cosa sarebbe successo a lavori ancora in corso... 
    
IL PONTE ALLE GRAZIE. La foto evidenzia, anche se non benissimo, un problema alla corrente provocato dal Ponte alle Grazie e cioè il risalto idraulico. Si tratta di un fenomeno normale per un fluido quando un ostacolo si frappone alla corrente: le pile del ponte restringono la sezione e si configurano come un ostacolo e quindi la corrente, nel momento che gli passa sotto, deve andare molto più veloce che in assenza dell'ostacolo; ma dove questo ostacolo finisce rallenta bruscamente. Per cui il livello si alza prima e si abbassa dopo. La famosa foto del Ponte a Santa Trìnita (con l’accento sulla prima “i”, ricordo) durante l’alluvione del ‘66 è un classico del genere. 
Il risalto l’ho osservato di nuovo qualche ora dopo ripassando sul ponte.
Qual’è il problema? Che immediatamente prima del ponte alle Grazie, in riva destra, si colloca il primo punto di esondazione in centro, previsto con una portata di 3.200 mc / secondo.
Ovviamente la modellistica attuale, sulla quale è stata fatta questa previsione, tiene conto del risalto idraulico, per il Ponte alle Grazie come per i ponti più a valle. Le strutture a monte (San Niccolò - l'ultimo ponte ad arco costruito a Firenze -  Verrazzano e Varlungo, questi ultimi tipici moderni ponti a trave) hanno tenuto conto dell’idraulica al punto tale di essere stati realizzati senza pile in mezzo al fiume, come le ultime realizzazioni in materia che hanno dovuto tenere conto delle nuove Norme Tecniche per le Costruzioni: mi riferisco alla ricostruzione delle passerella pedonale delle Cascine e al ponte della tranvia. 

I PONTI CENTRALI ANTICHI DI FIRENZE. Ricordo a beneficio dei non fiorentini che nel 1944 l’esercito tedesco in ritirata aveva fatto saltare tutti i ponti della città a parte il Ponte Vecchio (distruggendo comunque tutti gli edifici ai suoi lati). Quelli centrali (Santa Trìnita e Carraia) sono stati ricostruiti seguendo i progetti originali della seconda metà del XVI secolo e quindi posso considerarli come i “ponti antichi”. I critici della storia dell’arte e dell’architettura ci dicono che si tratta di alcuni dei ponti più belli del mondo (d’altro canto si parla di costruzioni importanti della Firenze del Rinascimento... ). 
Una cosa che si nota immediatamente è che alla loro altezza il profilo altimetrico del lungarno descrive una gobba molto pronunciata. In buona sostanza questi due ponti vanno molto in alto. Perché? Semplice, perché Michelangelo, Ammannati e soci hanno dovuto ricostruirli dopo che erano stati distrutti da una delle peggiori piene dell’Arno, quella del 1557. Cosimo I e gli architetti, oltre all’estetica e alle limitazioni tecniche, avevano ben presente cosa era successo e di conseguenza il progetto ha tenuto conto del livello raggiunto dalle acque della piena e, siccome nei ponti ad arco altezza e lunghezza della campata sono vincolati fra loro, le strutture dovevano per forza ancorarsi ad una quota più alta rispetto a quella dei lungarni. 
Nel 1966 un ponte ad arco più basso o un ponte moderno a trave costruito all’altezza normale dei lungarni sarebbe stato completamente coperto dalle acque, come è successo per il Ponte Vecchio, la cui struttura ha, comunque, resistito egregiamente all’evento del 1557 e del 1966. 
Di fatto il Ponte Vecchio (e la strettoia che inzia poco più a monte) fanno da ostacolo alla corrente ed è questo il motivo per cui tutte le alluvioni di Firenze sono iniziate immediatamente a monte di esso, con l'acqua che da piazza dei Giudici si riversava in via de' Castellani verso Piazza San Firenze.

L’unico difetto delle strutture del XVI secolo è che sono state costruite sì tenendo conto del livello raggiunto dalla piena del 1557, ma senza analizzare il comportamento della corrente al passaggio sotto di essi. Era chiaramente un dettaglio improponibile per quei tempi, evidenziato solo dagli studi effettuati dopo il 1966, quando fu dimostrato che i principali ostacoli alla corrente nel tratto fiorentino erano le platee di fondazione dei ponti antichi. Non a caso, l'unico intervento degno di nota realizzato dopo l’alluvione del '66 per la mitigazione del rischio alluvione per Firenze è stato il ribassamento delle basi del Ponte Vecchio e di quello a S. Trìnita in modo da aumentare significativamente la portata del fiume sotto di loro. E grazie a questi lavori il punto di prima esondazione è stato spostato a monte del Ponte alle Grazie.

IL PONTE VESPUCCI. Prima della II guerra mondiale in quel punto un ponte non esisteva ancora, anche se la sua costruzione era in programma. Il progetto risale agli anni ‘50, come evidenzia il suo stile, tipico delle costruzioni dell’epoca: parte basale in pietre locali rettangolari a vista, parte più in alto tinteggiata in un tono di giallo. Su Wikipedia (alle volte è utile citarla...) si legge che il nuovo ponte aveva infatti come obiettivo quello di una convivenza tacita tra vecchio e nuovo, senza cioè turbare l'equilibrio visivo in riferimento alle strutture storiche attigue, pur senza rinunciare a un'opera moderna, figlia dei tempi nella quale fu edificata. Il riuscito inserimento resta da allora un esempio su come procedere per l'inserimento di un'architettura moderna nel tessuto storico antico.

La differenza nei profili
del Ponte alla Carraia e del Ponte Vespucci
CONFRONTO FRA IL PROFILO DEL VESPUCCI E QUELLI DEI PONTI PIÙ ANTICHI. Dire se il Vespucci sia riuscito sul punto di vista estetico esula dalle mie capacità e dagli scopi di Scienzeedintorni e quindi non è materia del post. Annoto per dovere di cronaca che amici architetti e/o storici dell’architettura me ne hanno sempre parlato molto bene. 
Posso soltanto dire che è stato costruito semplicemente collegando fra loro i lungarni, rialzati pochissimo in sua corrispondenza e senza considerare l’idraulica fluviale. Facciamo un confronto con i ponti antichi: se si guarda dall’incrocio con il lungarno un autobus che percorre il ponte alla Carraia, lo vediamo letteralmente scomparire dalla vista quando arriva sull’altra sponda; il profilo del Ponte Vespucci invece è molto, ma molto, meno arcuato
È sicuramente più comodo per chi va in bicicletta (pedalate sul Santa Trìnita e sul Vespucci per verificare la differenza...), ma dal punto di vista idraulico è davvero tragico: nonostante sia costruito a valle della Pescaia di Santa Rosa (una briglia che rialza a monte l’alveo dell’Arno di circa 2 metri rispetto al livello a valle ) il ponte moderno è molto più basso al confronto dei suoi simili. 
Queste caratteristiche diverse risalgono anche alla diversa tecnica costruttiva: prima dell'avvento delle moderne costruzioni in cemento armato, era assolutamente necessario l'utilizzo dell'arco per fare star su l'impalcato del ponte. Il ponte Vespucci è di fatto, invece, equivalente ad una lunga trave appoggiata su colonne. E quando è stato costruito nessuno pensava al rischio alluvione, dopo oltre un secolo dall’ultimo evento del genere 

Quale ponte fiorentino sia il primo ad andare in pressione durante una piena è ancora oggetto di valutazione e quindi il condizionale è d’obbligo, almeno fino a quando non saranno disponibili i risultati dei modelli e degli studi in corso, grazie all’eccellente lavoro del gruppo del dipartimento di ingegneria civile ed ambientale del prof. Enio Paris, che ha realizzato con nuove tecnologie il rilievo d'alveo, insieme a misura di portata del fiume e al campionamento del materiale del fondo. 
Il profilo arcuato del Ponte alla Carraia
In questo momento sembrerebbe che con una portata di 3.000 mc/sec il Ponte Vespucci venga raggiunto dal pelo dell’acqua andando, come si dice tecnicamente, in pressione (cioè con questa portata l’acqua eserciterebbe una forza sul ponte), per cui oltre al risalto idraulico ancora più netto rispetto a quando il pelo dell’acqua è più in basso, e ai rischi di tracimazione si potrebbero verificare conseguenze sulla sua struttura. Soprattutto questo dovrebbe avvenire con valori di portata inferiori a quelli degli altri ponti: grazie all’attenta progettazione del XVI secolo e ai lavori degli anni ‘70, con la stessa portata di 3.000 mc/sec il livello sotto i ponti a Santa Trìnita e alla Carraia sarebbe ancora quasi un metro sotto alla muratura (lo so, un ingegnere come il buon professor Castelli rabbrividirà a leggere questo, dato che confronto un ponte “a trave” con dei ponti “ad arco”, ma da un punto di vista spannometrico il discorso in qualche modo regge). 

IL PROBLEMA DELLA PILA SINISTRA DEL PONTE VESPUCCI. Durante e dopo questa piena (se proprio dobbiamo definirla così...) il Ponte Vespucci è stato chiuso per accertamenti: la sua pila sinistra è in difficoltà in quanto in sua corrispondenza l’alveo dell’Arno si è abbassato di un paio di metri negli ultimi anni e ci sono dei fondati timori per la stabilità della struttura
Fotografie degli anni ‘60 dimostrano invece che all’epoca questo pilone era nel greto, almeno durante le magre. 

ALLORA: COSA FARE CON IL PONTE VESPUCCI? Dopo il 1966 i problemi sono aumentati, perché in attesa della conclusione dei lavori per le casse di espansione in Valdarno superiore e Val di Sieve (previsti per il 2022), che diminuiranno fortemente il rischio, l’unica opera intelligente fino ad oggi conclusa per la prevenzione del rischio idraulico su Firenze – il già ricordato aumento della portata tra Ponte Vecchio e Ponte Santa Trìnita mediante ribassamento delle loro basi – rischia di peggiorare ulteriormente la situazione del Vespucci. 
Nè si deve dimenticare che l’Arno a valle di Firenze diminuisce nettamente la sua portata dai 3200 mc/sec a soli 2800

In questi giorni sono stati programmati dei lavori piuttosto costosi da parte del Comune di Firenze per la messa in sicurezza della pila sinistra
Però, a questo punto ritengo doverose alcune considerazioni: 
  • l'esperienza, antica e recente, insegna che anche quando i problemi si manifestano 'localmente' (nel caso l’erosione del fondo dell’Arno intorno alla pila sinistra del Ponte Vespucci), questi sono conseguenze di una dinamica ben più ampia che andrebbe considerata 
  • le dinamiche di un fiume sono comunque complessive, e rese complicate dalla dinamica dei sedimenti 
  • quando si è intervenuti solo dove il problema si manifestava, il risultato è stato di solito scarso o addirittura disastroso, provocando problemi peggiori ed inaspettati altrove 
  • c’è poi da capire se davvero questo ponte sia una mina vagante per i motivi esposti sopra 

C’è quindi il rischio che un intervento del genere possa quindi rappresentare solo un palliativo (l’erosione potrebbe continuare lì o spostarsi sulla pila di destra, ad esempio), con la necessità di un ulteriore intervento in tempi successivi.

IN CONCLUSIONE. Che sia necessario intervenire è evidente, ma molto c'è ancora da capire sul comportamento complessivo dell'Arno a Firenze prima di indicare come intervenire... In medicina si direbbe ... 'prima di tutto stabilizzo, poi analizzo approfonditamente e propongo la cura'.
Sempre parlando di medicina, è come se si volessero curare esteticamente gli sfoghi sulla pelle dati da una malattia senz aperò curare la malattia medesima...
Pertanto prima di stanziare fondi per un intervento spot slegato dalla dinamica generale del fiume aspetterei di vedere i risultati del lavoro dell’equipe del professor Paris: una città che ha a disposizione delle risorse tecniche così importanti non può fare le cose senza tenerne conto.. 

Dunque, personalmente, se io fossi un amministratore del Comune di Firenze, metterei provvisoriamente in stand-by il progetto dei lavori alla pila sinistra del Vespucci in attesa delle conclusioni del lavoro degli ingegneri universitari, dopo il quale sarà più chiaro cosa fare. 
E fra i possibili interventi penso pure che si debba ipotizzarne uno piuttosto drastico e cioè la sostituzione di questo ponte con un manufatto più rispettoso della dinamica fluviale (Sovrintendenza alle Belle Arti permettendo!). Magari grazie ai fondi sul dissesto idrogeologico di Italia Sicura, magari nel quadro di un “piano alluvioni” che mi risulta essere in arrivo (cambio di governo permettendo), come è già successo altrove negli ultimi decenni, in cui numerosi ponti sono stati sostituiti con opere nuove in quanto le vecchie strutture sono state considerate pericolose durante una piena.

RINGRAZIAMENTI: ringrazio sentitamente il professor Fabio Castelli, docente di idrologia dell'Università di Firenze, per gli utili consigli che mi ha dato in questa occasione

mercoledì 11 gennaio 2017

I terremoti più forti nelle zone di subduzione: si può capire quali zone li possono generare e quali no?


I megathrust sono terremoti di grandi dimensioni (la M è uguale o superiore a 8.5) che avvengono nelle zone di subduzione, dove cioè una placca oceanica scende sotto un’altra placca, in genere continentale. Ai megathrust sono associati spesso gli tsunami (ne abbiamo avuti 3 decisamente importanti tra il 2004 e il 2011). Capire dove si possono verificare megathrust e dove no è fondamentale per poter discriminare fra coste direttamente a rischio tsunami e non (a rischio di tsunami da megathrust, ovviamente). Una soluzione per distinguere le zone di subduzione capaci di generare scosse così forti era stata pensata dopo la serie di megathrust che avevano investito Cile e Pacifico Settentrionale tra il 1957 e il 1965, ma si era rivelata sbagliata dopo il 2004. Oggi finalmente un team franco – statunitense porta argomentazioni convincenti sul dove i megathrust possono avvenire e dove no.

La genesi di uno tsunami
a seguito di un megathrust da [2]
I megaterremoti sono eventi sismici particolarmente forti, caratterizzati da valori di M maggiori o uguali a 8.5. La maggior parte di essi si scatenano nelle zone di scontro fra zolle evidenziano un meccanismo compressivo, ed, anzi, era una opinione comune che solo sforzi compressivi potessero provocare terremoti così forti e solo nelle superfici di interfaccia fra due zolle, delle quali una scorre sotto l’altra. Questo fino al 2012, quando l’evento M 8.6 dell’11 aprile nell’Oceano Indiano a largo di Sumatra ha dimostrato che una M così alta può essere raggiunta anche con un meccanismo trascorrente. Ci sono poi delle discordanze su un altro evento (M 8.6 del 15 agosto 1950, Assam) per il quale se alcuni Autori propongono un meccanismo compressivo lungo il limite fra la zolla indiana e quella euroasiatica come per gli altri classici terremoti himalayani, ci sono Autori che preferiscono interpretare il meccanismo di questo evento come trascorrente [1]. La posizione di questo sisma è, in realtà, piuttosto particolare, nell’estremo NE indiano e alla fine della catena Himalayana: andando un po' più a est i movimenti trascorrenti sono assolutamente prevalenti (ne ho parlato qui). In questa immagine tratta da [2] vediamo come mai i megathrust sono in grado di produrre tsunami importanti.

I megaterremoti sono per fortuna eventi molto rari: dal 2000 ad oggi, solo i seguenti 5 eventi possono essere considerati tali: 
M 9.1, 26 dicembre 2004 (Andamane e Sumatra)
M 8.6, 28 marzo 2005 (Sumatra settentrionale)
M 8.8, 27 febbraio 2010 (Cile)
M 9.0, 11 marzo 2011 (Giappone)
M 8.6 dell’11 aprile 2012 (Oceano Indiano)

LA DISTRIBUZIONE NEL TEMPO DEI MEGATERREMOTI (o, meglio, dei megathrust). Da qui in poi preciso di considerare solo i megaterremoti che si scatenano nelle zone di scontro fra zolle, e quindi non l’evento dell’Oceano indiano del 2012 (di cui ho parlato più volte, per esempio qui appena è avvenuto e qui, pochi mesi fa, descrivendo la situazione tettonica che lo ha provocato) nè quello dell’Assam: in questo post quindi esamino tutti gli altri eventi. La prima cosa che balza agli occhi è che, come ho scritto all’inizio, tutti questi eventi sono avvenuti in zone di scontro fra placche e quindi in regime compressivo e sono stati originati dal movimento di un piano di faglia suborizzontale. Un terremoto del genere viene classificato come un evento di thrust e, allo stesso modo, quelli più grandi vengono identificati come Megathrust.  
Una prima considerazione è che, almeno per gli ultimi decenni, i megathrust appaiono in qualche modo raggruppati nel tempo: infatti prima del 2004 l'ultima sequenza di eventi di pari intensità è avvenuta tra gli anni '50 e '60 del XX secolo, quando in 8 anni ne abbiamo avuti 5 con M uguale o superiore a 8.5: 

M 8.6 9 marzo 1957 – Andreanof Islands, Alaska - M 8.6
M 9.5 22 maggio 1960 – Cile Centromeridionale – M 9.5
M 8.5 13 ottobre 1963 – Kuril Islands, Russia - M 8.5
M 9.2 28 marzo 1964 – Prince William Sound, Alaska - M 9.2
M 8.7 4 febbraio 1965 – Rat Islands, Alaska - M 8.7

Come si nota, a parte il Cile, questa sequenza si è annidata nella parte settentrionale del Pacifico.

Nel XX secolo si segnalano altri due eventi “sopra le righe”, e cioè M 8.5 11/11/1922 al confine fra Cile e Argentina e M 8.5 03/02/1923 in Kamchatka: guarda caso sono avvenuti a meno di 3 mesi di distanza l’uno dall’altro.  
Gli altri megathrust sono quasi tutti anch'essi collocati lungo l'anello di fuoco che circonda il Pacifico, tranne quello di Lisbona del 1755, di cui ho parlato a proposito del Golfo di Cadice e che dovrebbe avere anch’esso un meccanismo compressivo con una faglia immergente a basso angolo, in un ambiente di incipiente subduzione della crosta dell’Oceano Atlantico facente parte della placca europea sotto la corrispondente crosta della placca africana. L'unica altra area colpita da megathrust che non fa parte dell'anello di fuoco è quella tra le Isole andamane e Sumatra.

Pertanto nel XX secolo, dopo i due eventi del 1922 / 1923, i 5 megathrust successivi avvennero nel ristretto lasso temporale fra il 1957 e il 1965, dopodichè non si sono più verificati terremoti del genere fino al 2004, quando l'evento del 26 dicembre fra Andamane e Sumatra è stato seguito nei 7 anni successivi da altri megathrust particolarmente rilevanti, sia in zona che in Cile e in Giappone fino al 2011 e – volendo – dall’evento trascorrente dell’aprile 2012, passato il quale la Magnitudo massima toccata è stata 8 in 3 sole occasioni. Si tratta sempre di terremoti di thrust ma non così forti da essere considerati dei megathrust (ricordo che il rapporto fra Magnitudo ed energia emessa è logaritmico: un terremoto a M 8.0 libera oltre 30 volte più energia di un terremoto di M 7.0).

Tra gli “effetti collaterali” di un terremoto di questo tipo ci sono spesso gli tsunami, che periodicamente hanno investito le coste di tanti oceani. La mancanza di eventi così forti dopo quello dell’Alaska nel 1964 ha fatto sì che fino al 25 dicembre 2004 fosse necessario, parlando ai non addetti di uno tsunami, specificare anche di cosa si trattasse, mentre dal 26 dicembre 2004 è invece chiaro in tutto il mondo cosa sia uno tsunami. 
Tra il 1964 e il 2004 ricordo personalmente lo tsunami provocato dal terremoto M 7.2 del 2 settembre 1992 in Nicaragua, anomalo per dimensioni rispetto al terremoto che lo ha generato, probabilmente a causa delle caratteristiche della rottura [3] e quello in Nuova Guinea in coincidenza del terremoto M 7.0 del 17 luglio 1998, che non è stato provocato direttamente dal terremoto, piuttosto modesto appunto per esserne la causa, ma da una frana conseguente al sisma [4].  In questo caso, nonostante gli oltre 2000 morti, sui giornali apparve troppo poco perché il concetto tsunami entrasse nella testa del grande pubblico.
Cosa voglia dire questo raggruppamento nel tempo dei terremoti più forti francamente non lo so. Potrebbe anche essere una semplice ricorrenza statistica. 

PERCHÈ QUESTI EVENTI SONO COSÌ FORTI? Fondamentalmente un sisma avviene quando lo sforzo esercitato dalla crosta terrestre su un piano di faglia supera l'attrito che lo tiene fermo e solo alcuni terremoti con un piano di faglia sub – orizzontale riescono ad arrivare a valori di Magnitudo così elevati. È evidente che più un piano è orizzontale, più giocherà un ruolo importante il peso del blocco al di sopra del piano fra le componenti che provocano l'attrito. Quindi per vincere questo attrito ci vuole uno sforzo superiore. Provate a spostare un tavolo senza nulla sopra o un tavolo con 50 kg di roba sopra per vedere la differenza…
Ma questa non è l’unica cosa che conta: la grandezza di questi eventi è data anche (e soprattuttto) dalla vastità della zona interessata al movimento.

In verde le principali zone di subduzione
In blu le zone colpite dai principali tsunami degli ultimi 50 anni
I MEGATHRUST DOVE. PRIME CONSIDERAZIONI. Le ipotesi sui meccanismi che guidano la formazione dei megathrust nelle zone di subduzione hanno tenuto conto della struttura e dello spessore dei sedimenti delle zone adiacenti, delle caratteristiche fisiche dello slab in subduzione e della zona sismogenetica etc etc., ma tutte con pochi risultati concreti.  Fu poi notato che le aree colpite negli anni '50 e '60 e anche quelle di altri eventi più vecchi conosciuti (in Sudamerica e il M 9.0 del 26 gennaio 1700 tra Washington e British Columbia, di cui ho brevemente parlato qui), condividono una caratteristica comune: la crosta oceanica che subduce sotto quella continente è relativamente giovane e lo fa ad una velocità piuttosto alta. Il che portò a supporre che queste fossero le due caratteristiche necessarie per avere dei megathrust [5] .

Questa idea, nata da caratteristiche condivise dalle aree colpite a quei tempi era abbastanza convincente ma è stata puntualmente smentita dalla crisi dei primi anni del XXI secolo (tranne che per il terremoto cileno del 2010): in Indonesia la velocità di convergenza non è altissima e in Giappone subduce la più antica fra le croste oceaniche esistenti (molto vecchia è anche la crosta oceanica che dovrebbe essere protagonista della rottura a cui si deve il terremoto di Lisbona del 1755). Insomma, i megatthrust tra il 2004 e il 2011 condividono fra loro solo il meccanismo, ma non la velocità di convergenza né l’età della crosta oceanica coinvolta. 
E questa non è nemmeno, a livello generale, una buona notizia: se non si trovano delle caratteristiche comuni solo alle zone dove li abbiamo registrati, a questo punto tutte le zone di subduzione sembrerebbero capaci di produrre dei megathrust, le cui conseguenze (soprattutto gli tsunami, possono essere devastanti. E siccome in molti casi la sismicità è registrata da poco più di un secolo (e la navigazione regolare in quelle aree da meno di 300 anni) la possibilità che archi come Filippine, il sistema che va dalla Nuova Guinea alla Nuova Zelanda o le Sandwich del sud possano generare megathrust nonostante che non siano stati mai osservati storicamente incupisce non poco. 
La storia del Giappone presenta numerosi tsunami “orfani”, cioè non collegati a terremoti locali, il cui ricordo è segnalato da almeno 1200 anni, ma da quello del 1586 in poi sono stati tutti chiaramente correlati a terremoti della costa pacifica americana [6]. Questo, rispetto ai sistemi segnalati prima dice poco, perché le sue coste parrebbero in ombra rispetto a queste potenziali sorgenti (tranne che per le Filippine).

In questa immagine tratta da Blethery et al 2016 sono evidenziate le differenze
nella curvatura delle subduzioni a Sumatra (molto piana) e alle Salomone (molto curva)
A Sumatra sono indicate le aree interessate dai megathrust recenti 
UNA NUOVA IPOTESI SU DOVE POSSONO AVVENIRE MEGATHRUST E DOVE NO. In un lavoro appena uscito invece il team franco – statunitense delle università di Oregon e Costa Azzurra fornisce una nuova – ed elegante –  spiegazione alla distribuzione spaziale dei megaterremoti [7]. Detto che – regola fondamentale della sismologia – più ampia è l’estensione del piano che si rompe, maggiore è l’energia liberata dal sisma (e come ho detto, i megathrust si caratterizzano per la vastità dell’area colpita dal movimento) i ricercatori hanno esaminato su questo aspetto Slab1.0, un modello tridimensionale delle zone di subduzione pubblicato qualche anno fa [8]. Usando Slab1.0 è stato visto che il nodo focale della questione – ed una caratteristica comune a tutti i megathrust più recenti – è la curvatura dell’interfaccia fra la placca superiore e quella che le scorre sotto: nei sistemi Giappone – Kurili – Kamchatka, Alaska – Aleutine – Cascadia, America meridionale e Sumatra – Giava la curvatura è poco pronunciata. Non sono invece conosciuti megaterremoti nei settori dove la curvatura del piano di scorrimento è accentuata, come accade nelle zone di subduzione di Filippine, Salomone, Izu-Bonin, Santa Cruz – Vanuatu – Loyalty e Tonga – Kermadec e South Sandwich (ed in alcuni di questi sistemi la sismicità è davvero impressionante!).
Vediamo nell’illustrazione qui accanto un esempio di subduzione capace di provocare megathrust: è la zona di Sumatra: i valori del coefficiente di curvatura (Ks) si mantengono bassi, tra -4 e +4. Sopra vediamo la subduzione delle Salomone: il coefficente è molto superiore a 4 e quindi la fratturazione non riesce ad estendersi eccessivamente, negando la possibilità di avere un evento di megathrust, nonostante l’elevata sismicità che contraddistingue l’area (non credo vi possano sembrare pochi oltre 250 eventi negli ultimi 50 anni con M uguale o superiore a 6, di cui 26 con M uguale o superiore a 7 e un massimo di 8.1 nel 2007, il cui epicentro si trova molto vicino alla zona a minima curvatura di tutto l'arco (guarda caso...).
Perché i megathrust non si possono originare nelle subduzioni in cui la superficie presenta forte curvature? Semplicemente perché la curvatura blocca il propagarsi della frattura che da origine al terremoto e quindi limita l’area che viene a soffrire il movimento, limitando quindi il rilascio di energia
Se Bletery e soci hanno ragione (e presentano argomentazioni convincenti su questo) si può tirare un respiro di sollievo perché molte zone di subduzione non presentano rischi del genere. Soprattutto, questo diminuisce le aree in cui grandi eventi sismici possono generare di loro tsunami devastanti a meno di caratteristiche particolari come nel 1992 in Nicaragua.

[1] Reddy et al 2009 The great 1950 Assam Earthquake revisited: Field evidences of liquefaction and search for paleoseismic events. Tectonophysics 474, 463–472
[2] Kumar et al 2011 Timely Prediction of Tsunami Using under Sea Earthquake Signals in Deep et al. (Eds.): Proceedings of the International Conference on SocProS 2011, AISC 131,1011–1018 
[3] Satake 1994 Mechanism of the 1992 Nicaragua tsunami earthquake Geophisical Research Letters, 21, 2519-2522
[4] Tappin et al 2001 The Sissano, Papua New Guinea tsunami of July 1998 Ð offshore evidence on the source mechanism Marine Geology 175,1-23
[5] Ruff & Kanamori 1983 Seismic coupling and uncoupling at subduction zones Tectonophysics 99,99–117
[6] Satake e Atwater 2007 Long-Term Perspectives on Giant Earthquakes and Tsunamis at Subduction Zones Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 35,349–374
[7] Blethery et al 2016 Mega-earthquakes rupture flat megathrusts Science 354, 1027-1031
[8] Hayes et al Slab1.0: A three‐dimensional model of global subduction zone geometries Journal of Geophysical Research 117, B01302, doi:10.1029/2011JB008524