La sequenza sismica di Christchurch continua ad un anno e mezzo di distanza

L'Isola del sud in Nuova Zelanda è al centro dell'attenzione dei sismologi per una sequenza sismica che, inziata con il grande terremoto del 4 settembre 2010, ha presentato dei forti aftershocks fra i quali quello del 21 febbraio 2011, con oltre 100 vittime e gravissimi danni, e un altro nel giugno 2011. Anche il dicembre 2011 è stato caratterizzato da attività sismica piuttosto importante e giustamente la popolazione comincia ad essere stanca della situazione. Vediamo quindi di puntualizzare quello che sta succedendo.

In questi giorni si sta assistendo ad una nuova fase parossistica della sequenza sismica di Christchurch, in Nuova Zelanda, che segue la grande scossa del 4 settembre 2010, quando un evento a meccanismo trascorrente si è verificato lungo la Glendale Fault. Magnitudo molto elevata (7.1) ma pochi danni in quanto ha colpito una zona: un paio di feriti gravi, danni a sei ponti e a qualche edificio. La deformazione cosismica ha provocato lungo la faglia uno scorrimento massimo di 5 metri, davvero non poco.

In un Paese dalla storia molto recente da un punto di vista umano è evidente come non ci possa essere un record sismico storico paragonabile a quello italiano, ma solo negli ultimi 100 anni possiamo registrare in zona un evento a M 7.1 nel 1929, e due eventi, un M 6.7 e un M5.9, nel 1994 nella zona di Arthur's Pass, circa 50 km a NW di questo.

Ciononostante la carta dei forti terremoti avvenuti in “epoca storica” (cioè dalla colonizzazione inglese in poi) nel Paese dei Kiwi non è – come dire – rassicurante: 23 terremoti dal 1848 ad oggi con un significativo gap sismico nell'Isola del Sud di cui oggettivamente non conosco le caratteristiche geologiche se non che è il limite fra la zolla Pacifica e quella Australian: come ho evidenziato in un post sulla storia geologica della Nuova Zelanda, l'area manca di terremoti significativi recenti ma è lo stesso contrassegnato da frequenti eventi di bassa Magnitudo.

Ovviamente l'evento del 4 settembre ha dato luogo ad una serie di aftershocks (un termine generico ma più appropriato rispetto al termine usato in Italia di “scosse di assestamento”) fino a quando, il 21 febbraio 2011, una scossa meno intensa della prima ma scatenatasi proprio sotto Christchurch, ha fatto almeno 181 vittime e una imponente serie di danni, principalmente a causa di fenomeni di liquefazione del suolo. Questo forte aftershock ha segnato un cambiamento “epocale" dell'attività in quanto la rottura riguarda una faglia nuova e prima di allora sconosciuta ed è avvenuto con un meccanismo compressivo anziché trascorrente. Da notare che la buona qualità delle costruzioni, grazie all'emanazione ed al rispetto di buone norme antisismiche, ha evitato una strage ben peggiore. Una lungimiranza che applicata in Abruzzo ci avrebbe risparmiato molti lutti (e invece facciamo il processo agli scienziati).

Di questo secondo terremoto ho parlato in questo post. Un nuovo evento piuttosto forte lo abbiamo avuto il 13 giugno, con una M pari a 6. Oggi, dopo un periodo di relativa calma (oltre 20 scosse con M maggiore a 5 registrate da settembre 2010, proprio non poche ma come dicono gli inglesi “business as usual”, data la situazione) stiamo vivendo un momento di attività particolarmente intensa e il 23 dicembre abbiamo avuto due scosse, ben descritte da Chris Rowan di “Higly alloctonous”. Oggi ce n'è stata un'altra con una M=5 nella Pegasus Bay

La situazione sta diventando complessa soprattutto dal punto di vista della popolazione: che l'area fosse a rischio sismico era noto (e l'ho chiaramente evidenziato nell'introduzione del post sul terremoto di febbraio) e la legislazione si è dimostrata quasi adeguata alla bisogna, ma non c'era questa consapevolezza nella popolazione (o, meglio, non c'era l'abitudine a terremoti che vengono ad un ritmo “giapponese”), per cui anche Dave Petley su The Landslide Blog annota giustamente come ci possano essere dei problemi psicologici nella popolazione.

Come si evolveranno gli eventi? Senza ovviamente poter prevedere i terremoti, nel senso che è oggettivamente impossibile, nonostante le opinioni della magistratura italiana, prevedere un terremoto nel senso di dichiarate ora, intensità localizzazione e meccanismo focale di un a scossa futura, si può notare in questa carta come progressivamente gli eventi tendano a spostarsi verso oriente. In verde i terremoti fino al 22 febbraio, in rosso quelli fino al 13 giugno e in blu quelli successivi. Gli ultimi eventi, avvenuti tutti con epicentro in mare, sono perfettamente inquadrabili in questo trend.

Il GNS, il Servizio geologico della Nuova Zelanda (un commosso pensiero alle tragiche sorti del Servizio Geologico d'Italia), fornisce anche altri grafici interessanti, fra i quali c'è questo, nel quale si vede l'andamento cumulato del numero di terremoti a M uguale o superiore a 3 nell'area: si vede come la sequenza continui più o meno regolare con gli ovvi incrementi violenti dopo gli aftershoks principali e che quindi almeno per ora i ritmi sismici con i quali devono convivere gli abitanti rimarranno nell'immediato futuro più o meno gli stessi, con due considerazioni:

la prima è che se gli eventi continuano a spostarsi verso est si allontaneranno dalle .coste e che ci saranno effetti sempre minori sulla popolazione

la seconda è che continua ad esserci un rischio sismico elevato nell'area specialmente dovuto alle liquefazioni del terreno: anche una scossa che non passerà certo alla storia come la prima del 23 dicembre ha provocato locali accelerazioni dell'accelerazione cosismica molto intense, come vediamo dalla cartina qui sotto: alcuni valori, quelli in marrone, corrispondono ad una risposta

 ATTENZIONE: proprio ora che sto scrivendo una seconda scossa con M di 5 ha colpito l'area, più o meno dove la precedente e quindi una decina di km a largo della costa, nella baia di Pegasus. Anche questa scossa, come quella che l'ha preceduta 4 ore fa quindi è situata nel margine orientale dell'area sismicamente attiva e quindi completamente in linea con le aspettative.

La storia geologica della Nuova Zelanda

Negli ultimi giorni la Nuova Zelanda è sicuramente alla ribalta della scena geologica e quindi è un'occasione per parlare della geologia di quella zona remota, non molto conosciuta e sotto certi aspetti sorprendente.

Detto che in Nuova Zelanda c'è il Taupo, uno dei vulcani più pericolosi del mondo, vediamo due immagini interessanti sulla distribuzione dei terremoti nel paese dei Kiwi, direttamente prese dal loro Sevizio Geologico.

La prima si riferisce alla distribuzione dei terremoti profondi: è evidente come si addensino nell'Isola del Nord e nella parte sudoccidentale dell'Isola del Sud, lasciando “in bianco” una parte intermedia. Nella zona a nord i terremoti sono  ben raggruppati in fasce di profondità crescente da est verso ovest. Un trend simile è visibile anche a sud, con alcune differenze importanti: le scosse si approfondiscono verso est, mancano ipocentri a profondità superiori a 100 km e questa seconda fascia è un poco più stretta.

Nell'Isola del Nord la distribuzione degli ipocentri mostra chiaramente la presenza di un piano di subduzione orientato verso ovest che, alla fine, è quello che proviene dalle Samoa e scende lungo le Tonga e la Vanuatu, una delle zone più sismiche del globo terrestre, dove si registra una percentuale importante dei terremoti con M maggiore di 6 al mondo: solo nei primi due mesi del 2010 se ne contano già 3. 

Nell'Isola del Sud la situazione è un pò diversa: le scosse profonde si addensano solo lungo la costa sudoccidentale, dove si contano numerosi eventi con magnitudo superiore a 7 con un meccanismo di sovrascorrimento: si ricordano in tempi recenti in particolare un M=7.7 nel 2009 e un 7.0 nel 1993. Questa zona sismica prosegue verso sud nella dorsale della Macquarie.

Il fatto che nella zona centrale manchino terremoti profondi non significa che sia una zona calma, tutt'altro: soltanto che qui ci sono solo scosse superficiali, come dimostrano gli eventi tra il 2010 e il 2011 e questa seconda carta:

Quindi la Nuova Zelanda è praticamente divisa in due, perchè, come si vede da questa terza carta, è atttraversata dal limite fra la zolla pacifica e la zolla australiana, che si muove verso nordest a circa 40 millimetri l'anno. A sud della Nuova Zelanda questo movimento avviene grazie a un piano di subduzione molto obliquo con il quale la zolla australiana scende sotto quella pacifica, movimento diventa invece una pura trascorrenza (come la notissima Faglia di San Andreas) nell'Isola del Sud, contrassegnato dalla Alpine Fault e dal sollevamento delle alpi Neozelandesi. 

Più a nord ritorna un sistema di subduzione, ma qui è la zolla pacifica che scorre sotto a quella australiana.

Vediamo quindi la storia geologica dell'Australia e della Nuova Zelanda. 

Per prima cosa è bene cominciare da quello che è l'assetto attuale dell'area e notiamo in questa figura quella che è probabilmente la cosa più sorprendente per chi si avvicina solo ora alla geologia neozelandese: la piccola nazione australe è soltanto una piccola parte emersa di un'area a crosta continentale molto più vasta, che comprende a nord - ovest intere sezioni del mare che artualmente la separa dall'Australia (la soglia di Lord Howe e la zona delle isole Vanuatu), la Zealandia

Specularmente la stessa cosa succede a sud e ad est, dove apparentemente si potrebbe pensare di essere in pieno Oceano Pacifico e invece ci sono aree a profondità molto bassa, con isole che emergono quasi inaspettatamente dal mare come le Chatam, che distano quasi 800 km dalla costa neozelandese o la Campbell (oltretutto queste isole non sono proprio al limite: ad esempio il plateau delle Chatam si spinge per altri 400 km verso Est). 

Questa massa continentale è abbastanza spezzettata al suo interno e, tanto per non semplificare le cose, è attualmente suddivisa fra le due zolle, quella australiana e quella Pacifica, con il limite di zolla che, come abbiamo visto, passa a Est dell'isola del Nord e proprio all'interno dell'isola del sud

Ed ecco come negli ultimi 100 milioni di anni si è individuata a est dell'Australia questa massa continentale:

Prendiamo come inizio degli avvenimenti la situazione verso la fine dell'era mesozoica, 80 milioni di anni fa, durante il Campaniano. In questa figura tratta da Norwich & Smith 2001 (come le successive) sono segnate in rosa due masse continentali, l'Australia e l'Antartide, separate da una zona in grigio che rappresenta una crosta continentale assottigliata. Ad est dell'Australia comincia ad individuarsi la futura zona neozelandese, dove si assottiglia una piccola sezione crustale a fianco di un'altra, ancora più a est che invece su sta ispessendo perchè è una zona di convergenza fra la zolla australiana e quella pacifica, oceanica, che le scende sotto. È la zona attualmente posta tra la Lord Howe Rise e le Vanuatu, attualmente molto più a Nord della Nuova Zelanda. Più a sud quella che diventerà l'isola del Sud della Nuova Zelanda (anche questa in rosa)si sta invece già separando dall'Antartide. Questo blocco, sia pure abbastanza frammentato al suo interno si può considerare una entità unica nei confronti delle aree vicine.

La prossima immagine ci porta al limite Paleocene - Eocene:

Abbiamo quindi saltato per amor di brevità e semplificazione tutta una serie di avvenimenti e arriviamo a 55 milioni di anni fa: a questo punto tutta l'area tra Nuova Caledonia e Nuova Zelanda si è ormai ben separata dall'Australia e dall'Antartide, ancora quasi unite fra loro per l'attività di una dorsale oceanica che però avrà vita piuttosto breve.

Passiamo ora all'ultima carta:

Siamo alla fine del Miocene, 10 milioni di anni fa: Australia e Antartide sono ormai ben separate fra di loro come anche il blocco neozelandese. La situazione a questo punto è ormai molto simile a quella attuale. Notate come l'apertura dell'oceano fra Australia e Antartide abbia richiesto la formazione della zona di subduzuione a sud della Nuova Zelanda.

Una questione molto importante è che in Nuova Zelanda fino all'arrivo dell'Uomo non c'erano mammiferi (tranne quelli marini): né palcentati né marsupiali, ma c'era una fauna molto arcaica, rappresentata fra gli altri dai Moa e dai tuatara. Questo perchè il distacco dall'Australia precede l'arrivo dei mammiferi moderni nel continente – isola. Per cui l'isolamento ha consentito l'evoluzione in perfetto isolamento di una serie incredibile di forme di vita animali e vegetali di origine molto antica. Purtroppo nella fauna mancano rappresentanti di mammiferi primitivi come gli australosfenidi, che si erano evoluti prima dei placentati nei continenti meridionali, e questo è un vero peccato.

Il terremoto di Christchurch del 21 febbraio 2011

The geology, tectonic setting, and active seismicity of the Christchurch area indicate that future large earthquakes will occur which will have major impact on the city. Earthquakes are expected to produce liquefaction, landsliding, ground cracking, and tsunami. Così scrivevano L. J. Brown, R. D. Beetham, B. R. Paterson, and J. H. Weeber nel novembre del 1995 sulla rivista Environmental & Engineering Geoscience

Non c'è stato lo tsunami, ma per il resto siamo a posto: il terremoto che ha interessato la città di Christchurch ha provocato tutti questi fenomeni e si presta ad alcune considerazioni interessanti.

È sicuramente una scossa conseguente al grande terremoto del 3 settembre 2010 e in qualche modo era aspettata, però più il tempo passava più la probabilità di un forte afterschok diminuiva.

Per quanto riguarda il prima del terremoto di settembre, a gennaio e a marzo 2010 ci sono state due scosse nel mare prospicente Christchurch, ma data l'elevata densità di terremoti che contraddistingue l'isola dire che sono stati premonitori del sisma del 3 settembre è quantomeno molto azzardato, anche se, messi in fila sarebbero più o meno lungo la direzione della faglia che lo ha causato. In ogni caso erano nettamente più profondi e, anche se non sono riuscito a trovarne i meccanismi focali, data la profondità escluderei che abbiano avuto un movimenti trascorrenti come la scossa del 3 settembre.

Da allora come si vede nell'immagine qui accanto (ottenuta con l'Iris Earthquake Browser) l'entroterra di Christchurch è stato interessato da una bella sequenza di scosse. Come da aspettative anche questa è stata molto più debole di quella settembrina, però ha fatto molti più danni.

Perchè? Ci sono fondamentalmente 3 motivi:

- perchè la scossa principale è avvenuta a una distanza notevole dalla città

- perchè stavolta il movimento è stato generato da una faglia inversa anziché da una trascorrente ed è probabile che abbia provocato uno scuotimento maggiore

- perchè il terremoto di lunedì si è scatenato sotto la città e ad una profondità bassissima, 5 kilometri

- perchè il terremoto è stato accompagnato da fenomeni di liquefazione del terreno e di amplificazione delle onde sismiche.

Ma andiamo con ordine:

Confrontiamo qui sotto le due mappe dello scuotimento (a sinistra la scossa di settembre) e vediamo come l'epicentro della scossa principale era a oltre 50 km da Christchurch. Questa invece era proprio sotto la città. È una prima stringente motivazione.

E ora vediamo una cosa veramente impressionante, la carta in cui sono indicate le accelerazioni del suolo durante la scossa. Non è molto chiara e quindi descrivo alcuni valori, che sono espressi in percentuale rispetto a g, dove g è l'accelerazione di gravità. Nei punti segnati in rosso il valore è superiore a 0.65g. Christchurch è nel cluster principale dei punti e ve n'è uno (quello in marrone) in cui è stato raggiunto un valore di 188,7 % di g, quasi 2 volte l'accelerazione di gravità!

Per confronto questa è la carta dove l'accelerazione sismica massima aspettata è espressa in m/secXsec. A Christchurch ci si aspettava valori tra 1.6 e 2.4, ma in metri al secondo per secondo e non in “g”. Una accelerazione quindi che è stata dalle 4 alle 9 volte maggiore! Ed un valore assolutamente fuori scala per tutta l'isola: i valori massimi previsti in Nuova Zelanda, nella costa occidentale dell'isola del Sud, a nord di Crhristchurch, sono al massimo di 4.8 m/sec x sec, e cioè circa 0.5 g.

Su questo ha indubbiamente giocato la bassissima profondità dell'evento ma hanno contribuito altri due fattori: la amplificazione delle onde sismiche e la liquefazione del terreno

L'amplificazione delle onde sismiche è un fatto purtroppo molto noto in Italia: ad esso dobbiamo una parte del danno per il quale crollò la scuola di San Giuliano di Puglia. Per capirla prendiamo ad esempio le onde marine: la loro velocità è proporzionale alla profondità del mare, per cui quando arrivano vicino alla riva diminuiscono bruscamente la velocità ed aumentano l'ampiezza. Le onde sismiche hanno velocità diverse nelle varie rocce che attraversano, in particolare rallentano abbastanza bruscamente al passaggio da roccia solida a terreni ancora sciolti (sabbie, fanghi, ghiaie) e quindi sono costrette ad aumentare l'ampiezza. È la situazione sotto Cristchurch, dove sedimenti marini e fluviali recenti coprono con poco spessore rocce solide, la situazione peggiore da questo punto di vista. 

Una cosa che aveva attratto la mia curiosità nelle foto scattate dopo il terremoto era la presenza di zone alluvionate o quasi. Il terremoto non aveva però provocato una deviazione dei fiumi per cui la prima cosa che poteva venire in mente era la rottura di tubazioni. Ma poi sono arrivate foto come questa ed allora è diventato evidente che il terreno era stato in parte interessato da fenomeni di liquefazione: per le sollecitazioni dovute alla scossa sedimenti sciolti pieni di acqua possono perdere totalmente la resistenza. 

Vediamo come la zona intorno al "New Zealand Stadium" sia intrisa di acqua che è risalita durante la scossa per le liquefazioni del terreno (la terra è più+ pesante dell'acqua che quindi risale.

Quindi ci sono tante motivazioni per capire come mai il terremoto di febbraio è stato più distruttivo, pur se molto più debole, di quello di settembre.

C'è da dire comunque che le costruzioni in generale sono ben fatte in quanto in molte aree del mondo accelerazioni come quelle registrate nell'occasione avrebbero provocato un crollo pressochè totale di tutti gli edifici. Invece i rigidi standard neozelandesi hanno potuto limitare i danni

Un'ennesima dimostrazione del fatto che prevenire è meglio che curare.

Tra le curiosità legate a questo terremoto c'è stato il crollo in un lago delle pareti di un ghiacciaio: 30 milioni di metri cubi di ghiaccio che hanno provocato in questo specchio d'acqua onde anomale alte 3 metri.