Le due classi di terremoti in Giappone: oltre all'intensità di un evento, per i danni conta molto la sua posizione

Il recente terremoto a Hokkaido M 6.6 del 5 settembre 2018 ha provocato decine di morti a causa delle frane che hanno devastato i versanti collinari, resi particolarmente vulnerabili dalle intense piogge dei giorni precedenti. In Giappone c'è una apparente contraddizione fra terremoti fortissimi che provocano pochi danni e terremoni meno intensi come questo ed altri, a partire dal disastro di Kobe del 1995. La discriminante è la posizione degli ipocentri: i grandi terremoti di subduzione come nel 2011 si generano sotto l'oceano antistante, mentre questi terremoti sono più distuttivi perchè si generano, parafrasando Alessandro Amato, "sotto i piedi dei giapponesi". 

Uno dei danni più noti del teremoto di Kobe del 1995:
il crollo di alcuni viadotti

TERREMOTI PIÙ DEBOLI MA DANNI MAGGIORI. In Giappone fanno più morti e più danni (specialmente frane) eventi sismici a Magnitudo non troppo alta di quanti ne abbia fatti, tsunami a parte, il grande terremoto del 2011, uno dei più forti registrati da quando esiste la moderna sismologia: si tratta di terremoti che non hanno neanche raggiunto una M di 7, il che li fa essere 1000 volte più deboli di quell’evento spaventoso (ricordo che tra un punto e l’altro di Magnitudo l’energia sprigionata aumenta di oltre 30 volte, per cui un M 6 è qualcosa di più di 30 volte più potente di un M 5). Molti ricordano i danni del terremoto M 6.9 di Kobe del 1995, mentre diversi morti e danni hanno fatto i 3 terremoti con M>6 dell’aprile del 2016 a Kyushu, l’isola più meridionale dell’arcipelago; ho parlato diffusamente degli eventi del 2016 in questo post.

Mercoledì 5 settembre 2018, nella parte meridionale di Hokkaido, l’isola più settentrionale, un evento a M 6.6 ha provocato crolli di edifici e diversi morti soprattutto per le frane indotte, e rimarrà a lungo un importante caso di studio su questo specifico aspetto. Tutto quanto è accaduto a causa di questi terremoti è clamorosamente in contraddizione con l’Università della Vita, secondo la quale “in Giappone non crolla nulla quando c’è un terremoto”, nato soprattutto a seguito dei tanti filmati girati l’11 marzo 2011, in cui si vedono tanti edifici tremare ma senza subire danni.

Quindi, qual’è la differenza fra quel fortissimo terremoto e questi altri eventi che, sia pure più deboli, hanno provocato più danni (a parte, come detto, quelli dello tsunami)? Banalmente, il luogo dove sono avvenuti. 

Le tre placche in gioco e la sismicità con M > 5 in Giappone degli ultimi 50 anni: si vedono sia i terremoti
delle croste oceaniche in subduzione che si approfondiscono allontanandosi dai limiti fra le placche
che la diffusa sismicità superficiale (in viola) nell'arcipelago

IL GIAPPONE: UN’AREA DI SCONTRI TETTONICI INTENSI E NUMEROSI. Il Paese del Sol Levante è un territorio molto caldo dal punto di vista sismo-tettonico, perché è una zona di scontro fra ben tre placche: la placca pacifica, quella del mare delle Filippine e quella Euroasiatica. Lo scontro fra una placca continentale ed una oceanica comporta la subduzione di quella oceanica, che è più pesante. La subduzione provocata dalla convergenza di placche comporta una serie di fenomeni, a partire da terremoti e vulcani, esattamente come succede in Giappone. C’è solo una piccola differenza: tutte le subduzioni sono collegate a hanno terremoti, mentre in diversi casi ci sono delle interruzioni nella sequenza dei vulcani (ad esempio in Messico e in Cile).

In quest’area di scontri ce ne sono ben 3:

1. la placca del mare delle Filippine scende sotto quella euroasiatica con una velocità di circa 3 cm/anno
2. la placca pacifica subduce sotto l’Eurasia, alla rispettabile velocità di circa 9 cm/anno
3. tanto per complicare il quadro, a sua volta la placca dell’oceano Pacifico scende pure sotto quella del mare delle Filippine, a circa 8 cm/anno 

Da un punto di vista tettonico il Giappone si può dividere in due parti:

• la parte settentrionale è orientata circa N/S: la placca dell'Oceano Pacifico scende sotto il continente e tra l'arcipelago e l'Asia, il limite fra le due placche, la cui traccia è la fossa del Giappone, è praticamente parallelo alla costa; la placca pacifica si muove quasi perpendicolarmente rispetto alla costa
• all'altezza di Tokyo il bordo della placca pacifica si dirige verso il mare aperto, lungo la fossa delle Bonin, e la placca pacifica scende sotto quella delle Filippine. La zona di scontro è indicata dal sistema di arco / fossa di Izu – Bonin e delle Marianne
• per questo da quel punto in poi nella zona centro / meridionale del Giappone, orientata NW/SE, la placca che subduce sotto l'arcipelago è quella delle Filippine e la direzione del movimento è obliqua rispetto alla fossa corrispondente, quella di Nankai e alla costa dell’arcipelago

LA DUPLICE DISTRIBUZIONE DELLA SISMICITÀ IN GIAPPONE. In questa carta, che mostra i terremoti a M > 5 degli ultimi 50 anni circa, si vede bene che gli eventi sismici si dividono in due classi:

• la prima, abbastanza intuitiva, è rappresentata dai terremoti lungo il piano di subduzione, posizionati nella crosta pacifica che scende sotto l’Asia.
• una seconda classe è rappresentata da terremoti superficiali che si generano nella crosta dell’arcipelago

L'approfondirsi dei terremoti lungo un piano
di subduzione (da Wikipedia)

Come si vede nella carta ottenuta tramite l’Iris Earthquake Browser, gli eventi legati al piano di subduzione sono estremamente superficiali tra la fossa e l’arcipelago e poi diventano via via sempre più profondi andando verso il continente asiatico, tracciando la posizione della crosta dell’Oceano Pacifico che si immerge sotto l’Eurasia (i pallini assumono progressivamente colori diversi: viola, blu, verde giallo, arancione e rosso a seconda della profondità); in media sotto l’arcipelago la loro profondità è di 70 km. Ne segue che in genere vengono risentiti senza troppi danni, anche perché, notoriamente, i morti più che i terremoti li fa la cattiva edilizia e da quelle parti l’edilizia antisismica è di livello proverbiale

la seconda classe di eventi è diversa: le zone che si trovano davanti ad un limite fra placche evidenziano una certa sismicità anche allontanandosi dalla zona calda, ma in genere non si tratta di terrmeoti particolarmente intensi, tranne che nel caso di terremoti dovuti a  back-thrust e cioè fasce di compressione dal lato opposto a quello principale: succede ad esempio in Indonesia (Zubaidah et al, 2014) e nel Sichuan (Jia et al, 2010) e anche la sismicità lungo il fronte delle Alpi dalla Lombardia al Friuli è stata interpretata a questo modo da parecchi Autori (Michetti et al, 2011). Qui ho parlato specificamente dei back-thrust a proposito dei recenti terremoti indonesiani di Lombok. 

L’arcipelago giapponese è un caso particolare perchè è una area di retroarco caratterizzata da una attività sismica particolarmente intensa (oltrechè frequente) non dovuta a back-thrust (che non ci sono). Rimanendo negli ultimi decenni, a Honshu ci sono stati alcuni eventi particolarmente importanti e superficiali, come il M 7.2 del 13 giugno 2008, di meccanica compressiva, e quello del Kanto settentrionale M 7.0 dell’11 April 2011, caratterizzato al contrario dalla riattivazione di vecchie faglie normali. Questi terremoti sono considerati “intraplacca”. Il terremoto del Kanto è stato attribuito alle modifiche del campo di sforzi dopo il terremoto dell’11 marzo 2011, di appena un mese precedente (Fukushima et al, 2018). Un altro terremoto importante nell’area è stato il M 6.0 del 28 dicembre 2016. 

Nel Giappone meridionale abbiamo i terremoti di Kobe 1995 e del Khiyshu del 2016, che, tanto per completare la gamma dei meccanismi focali, sono di tipo trascorrente. 

La "Linea tettonica mediana" da Sato et al (2015)

PERCHÉ QUESTA SISMICITÀ SUPERFICIALE COSI' INTENSA IN GIAPPONE? Ma qual’è la differenza fondamentale fra il Giappone e altre zone di convergenza di placche come ad esempio l’Indonesia? In genere una placca continentale sotto la quale si immerge una placca oceanica è un blocco robusto e, possibilmente, abbastanza antico. Invece la crosta del Giappone è molto fragile, perché vi abbondano delle cicatrici di eventi tettonici piuttosto recenti. Inoltre non ha alle spalle il continente, ma è una stretta fascia di crosta continentale alle cui spalle si trova un bacino di retroarco. Quindi queste cicatrici che delimitano i vari blocchi rappresentano delle zone di debolezza che reagiscono con terremoti anche piuttosto violenti alle sollecitazioni che subiscono dallo scontro fra le placche. La più famosa di queste è la “linea tettonica mediana” del Giappone meridionale, che è attiva proprio a causa della direzione obliqua rispetto all’arcipelago della placca delle Filippine e che nel Cretaceo era la superficie lungo la quale la fascia metamorfica di alta pressione di Sanbagawa è sovrascorsa sopra blocchi più antichi; oggi, dal precedente comportamento compressivo è passata a una meccanica trascorrente (Sato et al, 2015). 

Una analogia “in grande” di questa situazione è rappresentata dalla diffusa sismicità a nord del Tibet, dove la spinta del continente indiano che si incunea nel continente euroasiatico provoca movimenti lungo vecchie direttrici tettoniche paleozoiche che vengono riprese essendo fasce di debolezza (Heron et al, 2016)

Anche il terremoto di Hokkaido è presumibilmente avvenuto lungo una linea tettonica antica, che però ha un certo significato anche attuale: è curioso infatti vedere che sia questo che l’evento M 6.4 del 21-03-1982 siano annidati lungo la fascia tettonica cretacea di Sorachi – Yezo che bene o male corrisponde anche ad una interruzione della linea di vulcani dell’anello di fuoco.

Le accelerazioni cosismiche nel 2011 e nel 2018:
nel 2011 il risentimento è stato percepito in un'area molto vasta,
mentre nel 2018 è stato localizzato ma molto più forte

DISTANZA EPICENTRALE, PROFONDITÀ ED EFFETTI DI UN TERREMOTO. Il terrificante terremoto del 2011 appartiene alla prima classe di eventi: è stato risentito in tutto il Giappone a causa della sua estrema forza, ma l’epicentro è stato nell’oceano Pacifico a circa 100 km dalla costa, e non sono state raggiunte in terraferma le accelerazioni del terreno locali raggiunte il 5 settembre. Nel caso dei terremoti del Kanto, del 1995, del 2016 a Kyushu e di mercoledì scorso l’epicentro è stato sotto l’arcipelago, a poca profondità. Per capire, facciamo un paragone con i suoni: una campana viene percepita a grande distanza ma non dà noia, mettere invece l’orecchio su un altoparlante a tutto volume lo danneggia ma a qualche centinaio di metri questo suono non è udibile a meno di non trovarsi in una zona di silenzio assoluto.

La cosa discriminante per i danni da terremoto infatti è la PGA (Peak Ground Acceleration), cioè la massima accelerazione che le onde sismiche imprimono al terreno, che è funzione sì della Magnitudo, ma anche della distanza dall’area della crosta dove si genera un terremoto: insomma più lontano e più profondo è un terremoto, meno danni fa. 

Lo dimostra il confronto delle due carte in figura, che sono alla stessa scala: a sinistra la mappa della accelerazione del terreno nel 2011 e a destra quella del terremoto di Hokkaido della settimana scorsa. Possiamo facilmente notare come nel primo caso l’area interessata dallo scuotimento sia stata estremamente più vasta che nel 2018, ma anche che l’intensità massima raggiunta dallo scuotimento sia stata ben più alta nel caso più recente. 

Un altro aspetto particolarmente importante di questo terremoto, come di quello del 2008  sono le frane. Si tratta di un fenomeno comunemente associato ai terremoti, che ne aumenta spesso considerevolmente le vittime ma, soprattutto, i danni. Il grande terremoto cinese del Sichuan nel 2008 e quello nepalese del 2015 hanno generato moltissime frane, sia nell’immediato che nella successiva stagione delle piogge. Il gran numero di frane che si sono generate dopo il terremoto di Hokkaido si spiega anche con le forti piogge dei giorni precedenti, le quali hanno indebolito il terreno, che non è stato in grado di resistere alle forti sollecitazioni prodotte dalle onde sismiche.

Fukushima et al 2018 Extremely early recurrence of intraplate fault rupture following the Tohoku-Oki earthquake Nature Geoscience  https://doi.org/10.1038/s41561-018-0201-x 

Heron et al (2016). Lasting mantle scars lead to perennial plate tectonics. Nature communications DOI: 10.1038/ncomms11834

Jia et al (2010) Structural model of 2008 Mw 7.9 Wenchuan earthquake in the rejuvenated Longmen Shan thrust belt, China Tectonophysics 491, 174–184

Michetti et al 2012 Active compressional tectonics, Quaternary capable faults, and the seismic landscape of the Po Plain (northern Italy) Annals of Geophysics, 55, 5, 2012 

Sato et al, 2015 Reactivation of an old plate interface as a strike-slip fault in a slip-partitioned system: Median Tectonic Line, SW Japan Tectonophysics 644/645 , 58–67 

Zubaidah et al, 2014 New insights into regional tectonics of the Sunda–Banda Arcs region from integrated magnetic and gravity modelling Journal of Asian Earth Sciences 80,172–184