La complessità della rottura dinamica spiega la variabilità azimutale osservata nella radiazione sorgente dei terremoti

Perché alcuni piccoli terremoti scuotono più forte in certe direzioni

Quando si verifica un terremoto, spesso immaginiamo increspature che si propagano uniformemente in tutte le direzioni, come le onde generate da una pietra lanciata in uno stagno. In realtà, le scuotere possono essere molto più intense in alcune direzioni rispetto ad altre, anche per scosse relativamente deboli. Questo studio esamina alcune decine di terremoti modesti nell’Italia centrale e mostra che il loro complesso comportamento di rottura nel sottosuolo può spiegare perché certe località avvertono scosse più forti, specialmente alle alte frequenze importanti per edifici e infrastrutture.

Analisi dettagliata di molti piccoli terremoti italiani

I ricercatori hanno analizzato 49 terremoti di magnitudo compresa tra 3 e 5 avvenuti durante recenti sequenze sismiche nell’Italia centrale. Questi eventi sono stati registrati da almeno 80 stazioni ciascuno, fornendo una rete d’osservazione densa. Rimuovendo con cura gli effetti del percorso d’onda e delle condizioni locali del suolo dai dati, hanno isolato ciò che viene chiamato lo “spettro di sorgente apparente” in ciascuna stazione: in sostanza, come il terremoto ha irradiato scuotimenti a diverse frequenze in ogni direzione. Hanno riscontrato che sia la frequenza caratteristica in corrispondenza della quale lo spettro si piega (la “frequenza di corner”) sia la velocità con cui l’energia diminuisce alle frequenze più alte variano in modo significativo con la direzione intorno a ogni scossa.

Scosse monodirezionali e scosse più uniformi

Per illustrare questi schemi, il gruppo si è concentrato su due eventi rappresentativi. Uno mostrava forte direttività, cioè la rottura sulla faglia si propaga preferenzialmente in una direzione, inviando in quel verso scuotimenti ad alta frequenza più intensi. Le stazioni situate lungo questo percorso frontale hanno registrato frequenze di corner più alte e un decadimento più ripido alle alte frequenze rispetto a quelle nella direzione opposta. Il secondo evento, al contrario, irradiava energia in modo più omogeneo, con spettri simili in tutte le direzioni e un calo più dolce alle alte frequenze. Nell’insieme dei 49 terremoti, gli autori hanno osservato che in ogni stazione frequenze di corner più alte tendevano a coincidere con decadimenti più rapidi alle alte frequenze, rivelando una relazione robusta che di solito rimane nascosta quando i dati vengono mediati tra le stazioni.

Simulare rotture intricate su faglie reali

Per spiegare queste osservazioni, i ricercatori si sono rivolti a simulazioni fisiche al computer di come le faglie si rompono. Invece di trattare ogni scossa come uno scorrimento uniforme e regolare su una faglia semplice, hanno costruito migliaia di modelli in cui proprietà chiave della faglia—tensione, resistenza e la velocità con cui la faglia si indebolisce durante lo scorrimento—variano casualmente nello spazio, seguendo pattern statistici realistici. Queste faglie “irregolari” producono rotture che accelerano, rallentano e interagiscono con piccoli ammassi ad alta tensione, generando raffiche di scorrimento intenso e abbondanti onde ad alta frequenza. Regolando l’intensità delle variazioni su piccola scala, sono riusciti a riprodurre non solo le forme complessive degli spettri osservati fino a 25 hertz, ma anche le differenze direzionali dettagliate e il legame positivo tra frequenza di corner e decadimento alle alte frequenze.

Da schemi semplici a un ventaglio di comportamenti

Le simulazioni rivelano che la familiare forma spettrale “omega-quadrato”, spesso assunta nella modellazione dei terremoti, emerge solo per certi livelli di complessità della faglia. Quando le proprietà della faglia sono quasi uniformi, la rottura è regolare e la scuotimento alle alte frequenze è troppo debole. All’aumentare dell’eterogeneità, l’energia ad alta frequenza aumenta e gli spettri si avvicinano a quanto misurato nei terremoti italiani. Un’eterogeneità molto marcata può produrre radiazione ad alta frequenza particolarmente intensa ed eventi i cui spettri decadono più lentamente del consueto in tutte le direzioni. È importante notare che i modelli mostrano come la stessa fisica di base possa spiegare sia eventi fortemente direzionali sia eventi più simmetrici, semplicemente cambiando la quantità di complessità su piccola scala sulla faglia.

Cosa significa per la pericolosità e il rischio quotidiano

Per i non specialisti, il messaggio chiave è che anche i piccoli terremoti non sono semplici fratture ma rotture intricate che possono inviare scuotimenti più forti verso alcuni luoghi rispetto ad altri. Questo studio dimostra che modelli fisici realistici che includono complessità su piccola scala sulle faglie possono riprodurre i ricchi schemi direzionali osservati nei dati reali, compreso il modo in cui diverse caratteristiche spettrali sono connesse tra loro. Catturando meglio come e dove nasce la scuotimento ad alta frequenza, tali modelli possono migliorare le previsioni del moto del suolo per i terremoti futuri. Di conseguenza, forniscono input più affidabili per codici edilizi e valutazioni del rischio, aiutando le comunità a prepararsi meglio alle modalità irregolari e talvolta sorprendenti con cui il terreno può vibrare.

Citazione: Joshi, L., Gallovič, F. & Sgobba, S. Dynamic rupture complexity explains observed azimuthal variability in earthquake source radiation. Commun Earth Environ 7, 329 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03326-0

Parole chiave: rotta del terremoto, spettri sismici, moto del suolo, Italia Centrale, pericolosità sismica