Gli scienziati si interrogano da tempo sull’origine degli sciami sismici:la comparsa improvvisa di tanti piccoli terremoti in una piccola regione. Di solito compaiono prima dei grandi terremoti o delle eruzioni vulcaniche, ma si tratta di una piccola frazione di tutti gli sciami sismici. La maggior parte degli sciami si verificano lontano dai vulcani e dalle aree di attività tettonica.
Studiando uno sciame sismico che ha colpito un giacimento di petrolio e gas in Oklahoma, gli scienziati dell'ETH di Zurigo e dell'Università del Texas ad Austin suggeriscono una semplice spiegazione in un articolo pubblicato su Nature Geoscience. Gli sciami sono causati da cambiamenti nell’equilibrio delle acque sotterranee e dell’acqua fossile proveniente dagli strati profondi sollevati dall’estrazione di petrolio e gas.
"I terremoti a sciame sono uno dei tipi di terremoti più comuni in tutto il mondo, ma la loro origine è rimasta un vero mistero", afferma il professor Domenico Giardini dell'ETH. "Volevamo scoprire perché, nella maggior parte dei casi, dietro di loro non c'è altro che acqua".
Idroterremoti causati dall'attività umana
La maggior parte dell'acqua presente naturalmente nella crosta terrestre è racchiusa in minuscoli pori tra i granelli minerali. Tuttavia, quando le rocce sono sottoposte ad una pressione molto elevata, possono iniziare a perdere l’acqua assorbita.
Lo sciame studiato dagli scienziati in Oklahoma è durato sei mesi e si è verificato a una profondità relativamente bassa compresa tra 1,5 e 6,5 chilometri. Come mostrano gli scienziati nel loro articolo, durante questo sciame il livello delle acque sotterranee nella regione colpita è aumentato di oltre 10 metri. Allo stesso tempo, anche la pressione dei fluidi all'interno della crosta terrestre è aumentata, provocando la serie di terremoti.
I terremoti furono probabilmente innescati quando l’innalzamento dell’acqua raggiunse le zone di faglia geologica. Le faglie sono superfici fratturate tra le rocce e in condizioni normali le superfici della roccia opposta sono sigillate dalla pressione a cui sono sottoposte. Tuttavia, quando la pressione nella roccia circostante aumenta, i fluidi nel piano di faglia diventano in grado di dissolversi e logorare le superfici rocciose, indebolendo la capacità delle rocce di resistere.
Alla fine, le forze che agiscono sui piani di faglia provocano lo scivolamento delle rocce, liberando l'energia accumulata sotto forma di terremoto. "Gli sciami sono come copie in miniatura di ciò che accade prima dei grandi terremoti tettonici, quindi possiamo imparare da loro su scala molto più piccola", spiega Michael Goebel, ricercatore post-dottorato dell'ETH, autore principale dello studio.
Una catena di eventi
Per alcune faglie il processo di indebolimento avviene abbastanza rapidamente, nel giro di mesi o addirittura ore, e i fluidi sono in grado di separare le rocce abbastanza rapidamente, creando uno sciame di piccoli tremori. Per altre faglie l’indebolimento avviene più lentamente nel corso degli anni, e i movimenti risultanti produrranno solo pochi ma molto più grandi terremoti.
Nel loro studio i ricercatori descrivono una complessa interazione tra i cambiamenti del livello delle acque sotterranee, che portano a cambiamenti della pressione nella roccia, e le proprietà delle faglie, che portano a cambiamenti nell’entità dei terremoti. "Comprendere questa interazione è fondamentale per comprendere l'intero processo", afferma Giardini, che è anche direttore del Servizio Sismico Svizzero (SED) dell'ETH di Zurigo, che gestisce una rete di stazioni di monitoraggio sismico in tutto il paese.
Un fenomeno comune?
Gli scienziati hanno studiato questo particolare sciame in Oklahoma, ma sospettano che i meccanismi sottostanti siano comuni ad altri sciami che si verificano in altre regioni del mondo. Gli sciami si verificano frequentemente in connessione con l’estrazione di petrolio e gas e si verificano anche nei campi geotermici e vicino alle dighe, dove i cambiamenti nel bilancio idrico potrebbero innescare cambiamenti nella pressione crostale.
I risultati ottenuti dai ricercatori sono particolarmente rilevanti per il monitoraggio sismico a fini di sicurezza, ad esempio il monitoraggio nelle centrali nucleari o durante le iniezioni di fluidi nel terreno. Le loro scoperte aiutano a separare gli sciami innocui guidati dai fluidi da altri sciami che potrebbero essere correlati all’attività vulcanica o tettonica.
