La mattina del 4 luglio, 2019, una serie di piccolissimi terremoti iniziò a rimbombare nel deserto del Mojave, non lontano dalla città della California meridionale di Ridgecrest.

Nessuno all'epoca sapeva che si trattava di scosse premonitrici che sarebbero presto state seguite da due dei più grandi terremoti che avrebbero colpito la California in più di 20 anni. Un terremoto di magnitudo 6.4 ha scosso la regione il 4 luglio, lanciare bottiglie dagli scaffali dei negozi, rompere finestre e rete idrica, scassinare un'autostrada e richiedere evacuazioni.

Due giorni e centinaia di piccoli terremoti dopo, un terremoto di magnitudo 7.1 (quasi 11 volte più potente) ha colpito una faglia diversa nella stessa zona, lasciando dietro di sé fuochi, perdite dalle linee dell'acqua e del gas, e edifici e strade incrinate e costringendo all'evacuazione di un impianto di armi navali più grande del Rhode Island.

L'U.S. Geological Survey riporta che circa la metà dei più grandi terremoti mai registrati in California è stata preceduta da scosse premonitrici. In tutto il mondo, c'è circa il 6% di possibilità che un dato terremoto si riveli essere una scossa premonitrice seguita da un terremoto più forte entro tre giorni, sebbene tale probabilità diminuisca all'aumentare del tempo trascorso dall'evento iniziale.

Ma le scosse premonitori si riconoscono solo col senno di poi. "Una scossa premonitrice è semplicemente un terremoto seguito da un terremoto più grande:la scossa principale, " ha spiegato Paul Segall, professore di geofisica presso la School of Earth della Stanford University, Scienze energetiche e ambientali (Stanford Earth). Generalmente, per un terremoto precedente da considerare una scossa premonitrice, i sismologi cercano anche che l'epicentro si trovi nella stessa area generale della scossa principale, a una distanza non più di poche volte la lunghezza della sezione di faglia che si è spostata durante la scossa principale.

Poiché le scosse premonitrici precedono i terremoti più grandi, sempre più frequenti con l'avvicinarsi della scossa principale, hanno a lungo presentato l'allettante prospettiva di avvertire di terremoti potenzialmente dannosi. "Se potessimo in qualche modo determinare che un dato terremoto è stato una scossa premonitrice prima che arrivi la scossa principale, potrebbe essere estremamente utile, " ha detto Segal.

Le scosse preliminari derivano da errori grossolani

Per decenni gli scienziati hanno cercato di capire i processi fisici che guidano le scosse premonitrici, e perché alcune sequenze di terremoti li hanno mentre altri no. Una delle principali teorie propone che le scosse previsionali derivino da un'accelerazione dei movimenti di scivolamento lungo una faglia. Questo movimento, noto come slittamento antisismico, innesca piccoli terremoti mentre si estende su aree sempre più grandi della faglia e accelera.

"L'idea alternativa è quella di una cascata di piccoli terremoti senza slittamento sismico, "disse Segall, chi è Cecil H. e Ida M. Green Professor in Geofisica. "I terremoti ridistribuiscono lo stress all'interno della Terra. Nelle aree in cui lo stress aumenta, può innescare altri terremoti. Questa cascata crescente alla fine innesca un evento che diventa lo shock principale".

Recenti ricerche di Segall e della sismologa Camilla Cattania nel Journal of Geophysical Research:Solid Earth suggerisce che le scosse preliminari sono in realtà guidate dal feedback tra i due. "Abbiamo scoperto che entrambi i meccanismi - slittamento antisismico e ridistribuzione dello stress da piccoli terremoti - sono in gioco durante le sequenze di scosse previsionali, e si rafforzano a vicenda. Una complessa geometria di faglia consente scivolamenti e scosse sismiche simultanee, "disse Cattania, un assistente professore nel Dipartimento della Terra del MIT, Scienze atmosferiche e planetarie che ha lavorato alla ricerca come ricercatore a Stanford.

Come molti sistemi naturali, i difetti sono frattali, il che significa che sono irregolari a tutte le scale. "Quando i due lati di una ruvida faglia scivolano l'uno sull'altro, alcune parti dei lati di faglia sono premute insieme, formando macchie bloccate, "Spiega Cattania. "Le scosse previsionali rappresentano la rottura di queste chiazze bloccate". Queste rotture poi aumentano lo stress nelle aree circostanti, "sbloccando" gradualmente la faglia e facendo accelerare lo slittamento asismico. "Scorrimento antisismico più veloce, a sua volta, sollecita le zone sismiche vicine e innesca più scosse premonitrici. Questo feedback positivo provoca un'espansione della regione di scivolamento e scosse premonitori sempre più frequenti, che porta alla scossa principale, " lei disse.

Secondo Cattania, ciò significa che la rugosità della faglia è quindi la causa sottostante del feedback tra scosse premonitrici e slittamento asismico. Lei disse, "Poiché tutti i difetti sono grossolani, È probabile che lo slittamento sismico e asismico coesistano durante la maggior parte delle sequenze di scosse previsionali. I meccanismi classici proposti per la scossa previsionale, guidati da uno scorrimento asismico o da una cascata completamente sismica, catturano ciascuno una parte del processo, ma non si escludono a vicenda".

Simulazione di sequenze di terremoti

L'evidenza dell'idea di scosse previsionali risultanti da una combinazione di accelerazione dello scorrimento asismico e cascate di piccoli terremoti proviene dalla modellazione al computer. Cattania e Segall mettono a punto simulazioni numeriche di cicli sismici su faglie grezze, con geometria coerente con i dati di campo e di laboratorio.

Le simulazioni del team hanno mostrato che le scosse preliminari acceleravano fino alla scossa principale, coerente con i modelli osservati nelle medie dei dati da shock previsionali del mondo reale, una testimonianza dell'accuratezza del modello. Nel futuro, è possibile che le previsioni del modello possano essere utilizzate per raccogliere nuove informazioni sulle sequenze di shock previsionali da set di dati esistenti e scoprire casi di slittamento asismico precedentemente mancati o interpretati erroneamente. "I nostri risultati forniscono un'interpretazione fisica delle scosse previsionali, "Ma ancora molto lavoro da fare prima che questa conoscenza possa essere tradotta in previsione", ha detto Cattania.