Modello prevede le frane sulla costa californiana

Roma – Un modello originariamente sviluppato per spiegare lo slittamento lento delle faglie si è dimostrato altrettanto efficace nel prevedere per le frane, rivelando che le condizioni note per provocare lo scivolamento lungo le faglie in profondità nel sottosuolo portano anche a frane in superficie. Lo rivela uno studio, guidato da Noah Finnegan, geologo della UC Santa Cruz, pubblicato su Science Advances. La ricerca ha utilizzato i dati dettagliati di due siti di frana della California settentrionale che i ricercatori hanno identificato e monitorato attentamente per anni. I risultati suggeriscono che un modello progettato per le faglie può essere utilizzato anche per prevedere il comportamento delle frane. In California, dove gli smottamenti lenti sono costanti e costano centinaia di milioni di dollari all’anno, questo rappresenta un importante passo avanti nella capacità di prevedere i movimenti franosi, soprattutto in risposta a fattori ambientali come le variazioni dei livelli delle acque sotterranee. Secondo Finnegan, le frane sono essenzialmente un “problema idraulico”. Quando la pioggia satura il terreno, la pressione dell’acqua all’interno delle rocce aumenta e l’attrito, che altrimenti avrebbe funzionato contro lo scivolamento, diminuisce, ha spiegato. “A livello pratico, questo studio ci fornisce un quadro di riferimento per capire quanto movimento aspettarsi in base a una variazione delle precipitazioni, che porta a una variazione della pressione dell’acqua nel terreno che poi si traduce in movimento”, ha detto Finnegan, professore di scienze della terra e planetarie. “Abbiamo pochissimi strumenti per pensare in modo predittivo e questo è un passo incrementale in quella direzione; non risolve il problema più grande, ma almeno è qualcosa che possiamo usare ora”, ha continuato Finnegan. Nel mondo dei terremoti, soprattutto in regioni come la California, una delle sfide principali è la comprensione dei diversi comportamenti delle linee di faglia. Alcune faglie sono “bloccate” e cedono solo periodicamente, provocando grandi terremoti. Altre scivolano costantemente, muovendosi ad una velocità costante. I sismologi hanno passato decenni a cercare di capire perché certe faglie si comportano in modo diverso, per poter prevedere meglio l’attività sismica e i rischi di terremoto. Negli ultimi due decenni, i ricercatori hanno iniziato a riconoscere che le faglie presentano un’ampia gamma di comportamenti di slittamento. Alcuni di questi comportamenti non producono terremoti degni di nota, ma influenzano comunque la meccanica delle faglie. Questi eventi di scivolamento silenziosi cambiano il panorama della pericolosità e rappresentano un rompicapo perché sono difficili da osservare e comprendere. Come le faglie, anche le frane si comportano in modo diverso. Alcune cedono in modo catastrofico, causando vittime e danni diffusi, mentre altre si sviluppano lentamente, causando problemi infrastrutturali cronici e cumulativi. Un esempio attuale è la frana di Rancho Palos Verdes, una città nel nord della contea di Los Angeles. Lì, il complesso di frane di Portuguese Bend ha visto un aumento dello scivolamento negli ultimi due anni, che ha portato all’interruzione di servizi come il gas e l’elettricità per centinaia di case a causa di problemi di sicurezza. Anche se si tratta di una frana a lento movimento, l’impatto è stato comunque abbastanza grave da indurre il governatore Gavin Newsom a emettere una dichiarazione di emergenza. “Una domanda fondamentale nella scienza del rischio paesaggistico è cosa controlla lo stile di comportamento. Perché alcune frane scorrono e altre cedono rapidamente e in modo molto più distruttivo e pericoloso?”, ha dichiarato Demian Saffer, direttore dell’Istituto di Geofisica dell’Università del Texas, professore della Scuola di Geoscienze di Jackson dell’UT e coautore dello studio. “Il movimento delle frane è per molti versi analogo alla fagliazione tettonicaç se riusciamo a capire perché alcuni sistemi scivolano lentamente e altri falliscono in modo catastrofico, ci forniamo una finestra sulla fisica che controlla questo tipo di comportamento”, ha proseguito Saffer. “Analogamente alle incertezze della scienza dei terremoti, abbiamo una comprensione limitata di ciò che controlla il comportamento delle frane, perché alcune si muovono lentamente e costantemente, mentre altre cedono improvvisamente”, ha spiegato Saffer. Nella scienza dei terremoti, gli effetti dell’attrito sono più chiaramente compresi, in particolare come l’attrito cambia quando i materiali nel terreno si muovono. Gli scienziati spesso distinguono tra “attrito statico”, che mantiene le cose ferme, e “attrito dinamico”, che si verifica quando le cose sono in movimento. La sfida è che l’attrito si comporta in modo diverso in condizioni diverse, e questi cambiamenti sono fondamentali per capire come si svolgono i terremoti e le frane. Per quanto riguarda le frane, lo studio dell’attrito è ancora agli inizi, ma questo lavoro presenta un progresso significativo. La squadra di ricerca ha scoperto che l’attrito influenza le faglie e le frane in modo simile, utilizzando le misurazioni delle sollecitazioni effettuate dalla strumentazione nei siti delle frane e monitorando la velocità di movimento. I ricercatori hanno poi confrontato questi dati sul campo con gli esperimenti di attrito condotti in laboratorio. In particolare, hanno osservato come l’attrito all’interno delle frane cambiasse con il movimento. Le misurazioni effettuate sul campo sono risultate in linea con gli esperimenti di laboratorio, fornendo un quadro coerente di come l’attrito influenzi il movimento delle frane. Finnegan indica l’iconica Highway 1 della California come un esempio lampante di come le intuizioni di questo studio possano avere un impatto positivo e pratico. “Il vantaggio di questo modello sta nella sua capacità di aiutare le decisioni operative su una base più informata; non si limita a isolare i dati, ma li contestualizza, consentendo alle autorità di prevedere come i cambiamenti di fattori come le precipitazioni possano influenzare il movimento del terreno”, ha affermato Finnegan. Una parte fondamentale della ricerca si è concentrata sui diversi tipi di roccia e su come varia il loro comportamento sotto sforzo. Per esempio, le rocce ricche di argilla tendono a scivolare lentamente e in modo stabile, mentre le rocce ricche di quarzo hanno maggiori probabilità di subire un improvviso calo di attrito quando iniziano a scivolare, portando a un cedimento catastrofico. Questa comprensione potrebbe consentire agli scienziati di prevedere il comportamento di una frana in base ai tipi di roccia presenti in un’area. I ricercatori hanno utilizzato le osservazioni sul campo di due siti della California settentrionale. Uno si trova a est di Fremont, che Finnegan ha identificato per primo e che ha monitorato per otto anni. L’altro si trova nella contea di Humboldt, molto più a nord, dove sono state effettuate osservazioni da diversi scienziati negli anni Ottanta. Entrambi i siti si trovano all’interno del “Franciscan Melange”, una formazione rocciosa soggetta a frane a lento movimento. Questa formazione è il residuo di un’antica zona di subduzione, in cui una placca tettonica scivolava sotto un’altra, come accade oggi nella regione di Cascadia, nella California settentrionale. Secondo Saffer, l’intuizione chiave è arrivata quando hanno collegato le osservazioni sul campo nei due siti con i tipi di dati generati dagli esperimenti di deformazione della roccia in laboratorio. Gli scienziati hanno scoperto che, pensando alla frana stessa come a un “esperimento” su larga scala, il movimento dei vetrini codificava indizi sulla fisica del materiale. “È fondamentalmente un gigantesco esperimento di reologia, ovvero deformazione della roccia)”, ha detto Finnegan. “E suggerisce che, se dovessimo campionare le rocce di una regione e adottare l’approccio inverso, effettuando misurazioni dettagliate della reologia in laboratorio, potremmo in teoria identificare i luoghi in cui è più probabile che si verifichino frane rapide e catastrofiche e quelli in cui ci aspettiamo che il terreno si muova”, ha aggiunto Finnegan. “Ecco dove vogliamo portare avanti questo lavoro”, ha specificato Finnegan. Una delle implicazioni più astratte, ma altrettanto importanti, di questo studio è la sua rilevanza per la tettonica delle placche e le zone di subduzione. Le rocce coinvolte nelle frane studiate si trovavano a un certo punto all’interfaccia di un’antica zona di subduzione, un ambiente noto per la produzione di devastanti terremoti di magnitudo 9. Questi terremoti sono tra i disastri naturali più distruttivi della Terra. Lo studio delle frane lente in questo tipo di rocce potrebbe offrire preziose indicazioni sulla meccanica dei processi di slittamento nelle zone di subduzione. A causa della difficoltà di effettuare misure dirette in questi ambienti di faglia sottomarini profondi, la ricerca sulle frane potrebbe illuminare il comportamento di queste interfacce di placca in varie condizioni. In particolare, la comprensione del comportamento dello scivolamento nelle zone di faglia sul fondo del mare potrebbe migliorare le previsioni relative agli tsunami provocati dai terremoti, aiutando gli esperti a capire come e quando potrebbero verificarsi questi eventi sismici critici. “Oltre al valore pratico di questo lavoro, è anche un esempio di come l’attraversamento dei confini disciplinari fornisca nuove conoscenze su vecchi problemi”, ha osservato Finnegan. “In questo caso, mostriamo come le frane, dove è relativamente facile effettuare misurazioni, possano fornire una finestra sui processi che agiscono in profondità all’interno delle faglie, dove le misurazioni sono quasi impossibili ma i vincoli fisici sono fondamentali per la comprensione dei pericoli”, ha concluso Finnegan. (30Science.com)