I terremoti gemelli di magnitudo 6.4 e 7.1 che hanno colpito la zona di Ridgecrest nel deserto del Mojave in California, a nord-est di Los Angeles, rispettivamente il 4 e il 5 luglio, sono stati avvertiti da 30 milioni di persone in California, Nevada, Arizona e Baja California, con conseguente perdita di vite, feriti, miliardi di danni e molti nervi a pezzi. Mentre la posizione remota ha indubbiamente minimizzato gli impatti, le scosse sono servite come un campanello d’allarme per i californiani compiacenti che vivono nel paese dei terremoti e devono prepararsi per l’inevitabile “Big One” che gli scienziati dicono che verrà sicuramente. Hanno anche fatto parlare la gente di tutti gli aspetti dei terremoti.
Ci sono molti miti sui terremoti. Uno comune è che esiste una cosa come il “tempo del terremoto” – certi tipi di condizioni meteorologiche che tipicamente precedono i terremoti, come caldo e secco, o secco e nuvoloso. Il mito deriva dal filosofo greco Aristotele, che propose nel IV secolo a.C. che i terremoti fossero causati da venti intrappolati che sfuggono dalle grotte sotterranee. Egli credeva che le grandi quantità d’aria intrappolate nel sottosuolo rendessero il tempo sulla superficie terrestre prima di un terremoto caldo e calmo.
Con l’avvento della sismologia – lo studio dei terremoti – ora sappiamo che la maggior parte dei terremoti sono causati da processi tettonici – forze all’interno della Terra solida che guidano i cambiamenti nella struttura della crosta terrestre, principalmente la rottura di masse di roccia sotterranea lungo faglie (zone lineari di debolezza). Sappiamo anche che la maggior parte dei terremoti avviene molto al di sotto della superficie terrestre, ben oltre l’influenza delle temperature e delle condizioni superficiali. Infine, sappiamo che la distribuzione statistica dei terremoti è approssimativamente uguale in tutti i tipi di condizioni atmosferiche. Il mito è stato sfatato.
In effetti, secondo l’U.S. Geological Survey, l’unica correlazione che è stata notata tra i terremoti e il tempo è che i grandi cambiamenti di pressione atmosferica causati da grandi tempeste come gli uragani hanno dimostrato di innescare occasionalmente quelli che sono conosciuti come “terremoti lenti”, che rilasciano energia per periodi di tempo relativamente lunghi e non provocano scosse al suolo come i terremoti tradizionali. Notano che mentre tali grandi cambiamenti di bassa pressione potrebbero potenzialmente contribuire a innescare un terremoto dannoso, “i numeri sono piccoli e non sono statisticamente significativi.”
Ma che dire del clima? Ci sono connessioni tra fenomeni climatici e terremoti? Abbiamo chiesto al geofisico Paul Lundgren del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, di fare un’analisi scientifica della questione.
Pesare le conseguenze sismiche dell’acqua
Per stabilire una connessione tra clima e terremoti, dice Lundgren, bisogna prima determinare quali tipi di processi tettonici potrebbero essere collegati ai fenomeni climatici. Gli scienziati sanno che i terremoti possono essere innescati o inibiti da cambiamenti nella quantità di stress su una faglia. La più grande variabile climatica che potrebbe cambiare i carichi di stress della faglia è l’acqua di superficie sotto forma di pioggia e neve. Lundgren dice che diversi studi hanno sostenuto tali correlazioni. Ma c’è una fregatura.
“Tipicamente, dove abbiamo visto questi tipi di correlazioni è nella microsismicità – piccoli terremoti con magnitudo inferiore a zero, molto più piccoli di quanto gli umani possano sentire”, ha detto. “
Lundgren ha citato il lavoro del suo collega Jean-Philippe Avouac al Caltech e altri, che hanno trovato una correlazione tra la quantità di microsismicità in Himalaya e la stagione monsonica annuale. Durante i mesi estivi, grandi quantità di precipitazioni cadono sulla pianura indo-gangetica, che comprende le regioni settentrionali del subcontinente indiano. Questo aumenta i carichi di stress sulla crosta terrestre e diminuisce i livelli di microsismicità nell’adiacente Himalaya. Durante la stagione secca invernale, quando c’è meno peso dell’acqua sulla crosta terrestre nella pianura, la microsismicità dell’Himalaya raggiunge un picco.
Lundgren dice che diventa molto più difficile, tuttavia, fare tali inferenze sui terremoti più grandi.
“Abbiamo visto che cambiamenti di stress relativamente piccoli a causa di forzanti simili al clima possono influenzare la microsismicità”, ha detto. “Molte piccole fratture nella crosta terrestre sono instabili. Vediamo anche che le maree possono causare deboli tremori terrestri conosciuti come microsismi. Ma il vero problema è prendere la nostra conoscenza della microsismicità e scalarla per applicarla ad un grande terremoto, o un terremoto di qualsiasi dimensione che la gente potrebbe sentire, davvero”. I cambiamenti di stress legati al clima potrebbero promuovere o meno un terremoto, ma non abbiamo modo di sapere di quanto.
“Non sappiamo quando una faglia può essere al punto critico in cui una forzatura non tettonica legata a un processo climatico potrebbe essere la goccia che fa traboccare il vaso, provocando un terremoto di grandi dimensioni, e perché allora e non prima? “Semplicemente non siamo in grado, a questo punto, di dire che i processi climatici potrebbero innescare un grande terremoto”.
Che dire della siccità?
Sappiamo che gli effetti stagionali possono causare cambiamenti sulle faglie, ma che dire di fenomeni climatici meno periodici, come una siccità a lungo termine? Potrebbero anch’essi causare cambiamenti?
Come si è scoperto, i cambiamenti nei carichi di stress sulla crosta terrestre da periodi di siccità possono, infatti, essere significativi. Una ricerca condotta nel 2017 dallo scienziato del JPL Donald Argus e altri utilizzando i dati di una rete di stazioni GPS ad alta precisione in California, Oregon e Washington ha scoperto che l’alternanza di periodi di siccità e forti precipitazioni nella Sierra Nevada tra il 2011 e il 2017 ha effettivamente causato l’innalzamento della catena montuosa di quasi un pollice e poi la caduta di metà di quella quantità, poiché le rocce di montagna hanno perso acqua durante la siccità e poi l’hanno recuperata. Lo studio non ha esaminato specificamente i potenziali impatti sulle faglie, ma tali cambiamenti di stress potrebbero potenzialmente essere sentiti sulle faglie in o vicino alla gamma.
Similmente, il pompaggio delle acque sotterranee dagli acquiferi sotterranei da parte degli esseri umani, che è esacerbato durante i periodi di siccità, ha anche dimostrato di avere un impatto sui modelli di carichi di stress “sbilanciando” la crosta terrestre. Lundgren ha indicato uno studio del 2014 sulla rivista Nature di Amos et al. che ha esaminato gli effetti dell’estrazione delle acque sotterranee nella Central Valley della California sulla sismicità dell’adiacente faglia di San Andreas. I ricercatori hanno scoperto che tali estrazioni possono promuovere cambiamenti laterali di stress ai due lati della San Andreas, che si muovono orizzontalmente uno contro l’altro lungo il confine di due grandi placche tettoniche. Questo potrebbe potenzialmente causare loro di sbloccare e scivolare, con conseguente terremoto.
“Tali stress sono piccoli, ma se si ha il pompaggio delle acque sotterranee per un lungo periodo di tempo, allora potrebbero diventare più significativi”, ha detto. “Anche se tali cambiamenti potrebbero essere piccoli rispetto ai cambiamenti di stress causati dal normale accumulo di stress su una faglia da processi tettonici, potrebbe potenzialmente accelerare l’insorgenza del prossimo grande terremoto sulla San Andreas. Inoltre, poiché la quantità di slittamento su una faglia aumenta con il tempo tra i terremoti, questo potrebbe portare a terremoti più frequenti ma più piccoli.”
Tuttavia, dice Lundgren, il segmento Fort Tejon della faglia di San Andreas che è più vicino alla Central Valley ha subito l’ultima rottura nel 1857, quindi data la natura erratica dei terremoti lungo la faglia e la grande variabilità nel tempo tra gli eventi, con il nostro attuale livello di conoscenza, gli scienziati sono lontani dal capire quando e dove il prossimo grande terremoto avverrà su di essa.
Fire and Ice: Glaciers and Tectonic Processes
Un altro fenomeno legato al clima che si ritiene abbia collegamenti con i processi tettonici è la glaciazione. Il ritiro di un ghiacciaio può ridurre i carichi di stress sulla crosta terrestre sottostante, influenzando il movimento del magma sotterraneo. Un recente studio nella rivista Geology sull’attività vulcanica in Islanda tra 4.500 e 5.500 anni fa, quando la Terra era molto più fredda di oggi, ha trovato un legame tra la deglaciazione e l’aumento dell’attività vulcanica. Al contrario, quando la copertura glaciale è aumentata, le eruzioni sono diminuite.
Il rapido movimento dei ghiacciai ha anche dimostrato di causare i cosiddetti terremoti glaciali. I terremoti glaciali in Groenlandia hanno un picco di frequenza nei mesi estivi e sono aumentati costantemente nel tempo, probabilmente in risposta al riscaldamento globale.
Usi umani dell’acqua e sismicità indotta
In aggiunta agli impatti dell’acqua sulla sismicità legati al clima, la gestione umana e le applicazioni dell’acqua possono anche influenzare i terremoti attraverso un fenomeno noto come sismicità indotta.
Per esempio, l’acqua immagazzinata in grandi dighe è stata collegata all’attività sismica in varie località del mondo, anche se l’impatto è di natura localizzata. Nel 1975, circa otto anni dopo che il lago Oroville della California settentrionale, il secondo serbatoio più grande costruito dall’uomo, fu creato dietro la diga di Oroville, una serie di terremoti si verificò nelle vicinanze, il più grande di magnitudo 5,7. Poco dopo che l’acqua del bacino è stata portata al suo livello più basso da quando è stato originariamente riempito per riparare le prese della centrale elettrica della diga e poi riempito di nuovo, si sono verificati i terremoti.
Diversi studi che indagano sui terremoti hanno concluso che le fluttuazioni del livello del serbatoio, e i corrispondenti cambiamenti nel peso del serbatoio, hanno cambiato i carichi di stress su una faglia locale, innescando i terremoti. Il monitoraggio dell’attività sismica del bacino negli anni successivi ai terremoti ha stabilito una correlazione stagionale tra il livello del bacino e la sismicità. La sismicità diminuisce quando il serbatoio si riempie in inverno e in primavera, e i terremoti più grandi tendono a verificarsi quando il livello del serbatoio scende in estate e in autunno.
La sismicità indotta può verificarsi anche quando le applicazioni di acqua umana lubrificano una faglia. Studi dell’USGS e di altre istituzioni hanno collegato i forti aumenti dell’attività sismica in Oklahoma e in altri stati del Midwest e dell’Est degli Stati Uniti negli ultimi anni all’aumento della pratica di iniettare acque reflue nel terreno durante le operazioni petrolifere. I pozzi di iniezione mettono i fluidi nel sottosuolo in formazioni geologiche porose, dove gli scienziati credono che a volte possono entrare in faglie sepolte che sono pronte a scivolare, cambiando la pressione dei pori su di loro e facendoli scivolare.
Capire il quadro generale dell’interconnettività del sistema terrestre
Lundgren dice che quando ha iniziato a studiare i terremoti, tutto era concentrato sulla loro comprensione nel contesto della tettonica a placche e dei processi che avvengono all’interno della crosta terrestre. Ma ora questo sta cambiando.
“Nell’ultimo decennio o giù di lì, con l’adozione diffusa di nuove tecnologie come il GPS che hanno una maggiore distribuzione spaziale e sensibilità, le persone hanno anche iniziato a guardare altri effetti di secondo ordine – altri fattori che potrebbero avere un’influenza sui terremoti”, ha detto. È molto intrigante essere in grado di trovare potenziali legami tra i terremoti e il clima, come le differenze stagionali”. La sfida, tuttavia, è far quadrare tali connessioni con la fisica fondamentale.
“Non siamo vicini ad essere in grado di prevedere quando un terremoto può verificarsi come risultato dei processi climatici”, ha concluso. “Anche se sappiamo che qualche processo climatico esterno sta potenzialmente influenzando un sistema di faglie, poiché non conosciamo il potenziale stato di prontezza della faglia a rompersi, non possiamo ancora fare quell’inferenza in più per dire, ah ah, potrei avere un terremoto una settimana o un mese dopo.”
Quello che questi studi sottolineano è l’incredibile complessità del nostro sistema Terra. La ricerca continua ci aiuterà a svelare meglio come i suoi vari componenti sono interconnessi, a volte in modi sorprendenti.