Upside-Down Landscapes: Seismicity and Seismic Disasters in Italy

The environment is not only the result of what can be seen or planned. There are also some hidden, geologically stable features, such as the ones that cause earthquakes, and that strongly interact with the inhabited world. For their geographical diffusion, the frequency and sheer scope of the damage they cause, earthquakes in Italy represent one of the least resolved aspects in the relationship between residential characteristics and the natural environment. The analysis of the Calabria, as case history, highlights the importance to examine carefully the relationship between strong seismic activity and social and economic development. The lifestyles, use of the territory, expectations concerning safety and the destructiveness of the earthquakes today implies a synergy between different disciplinary contributions. The frequency and the “predictability” of the seismic activity in many Italian areas should make the seismic scenarios a lot less sudden, actually we might even say they could be expected

On the complexity of earthquake sequences: a historical seismology perspective based on the L'Aquila seismicity (Abruzzo, Central Italy), 1315-1915

Most damaging earthquakes come as complex sequences characterized by strong aftershocks, sometimes by foreshocks and often by multiple mainshocks. Complex earthquake sequences have enormous seismic hazard, engineering and societal implications as their impact on buildings and infrastructures may be much more severe at the end of the sequence than just after the mainshock. In this paper we examine whether historical sources can help characterizing the rare earthquake sequences of pre-instrumental times in full, including fore-, main- and aftershocks. Thanks to the its huge documentary heritage, Italy relies on one of the richest parametric earthquake catalogues worldwide. Unfortunately most current methods for assessing seismic hazard require that earthquake catalogues be declustered by removing all shocks that bear some dependency with those identified as mainshocks. We maintain that this requirement has led most modern historical seismologists to focus mainly on mainshocks rather than also on the fore- and aftershocks. To shed light onto major earthquake sequences of the past, rather than onto individual mainshocks, we investigated 10 damaging earthquake sequences ($M_w$ 수식 이미지 4.7-7.0) that hit the L'Aquila area and central Abruzzo from the 14th to the 20th century. We find that most of the results of historical research are important for modern seismology, yet their rendering by the current parametric catalogues causes most information to be lost or not easily transferred to the potential users. For this reason we advocate a change in current strategies and the creation of a more flexible standard for storing and using all the information made available by historical seismology

Seven missing damaging earthquakes in Upper Valtiberina (Central Italy) in 16th-18th century: research strategies and historical sources

The Italian earthquake catalogue is considered to be fairly complete starting from the 17th century and for classes of earthquakes of magnitude greater than 5.5. However, dedicated historical research has highlighted the fact that even in areas believed to be well-recognised from the seismological standpoint, authoritative traces of local earthquakes that have caused damage may also emerge. In this study, we present the results of a pilot study performed for the Upper Valtiberina within the framework of the INGV research programmes in the years 1999-2001, expanded and revised in 2005. The study highlighted seven local medium intensity earthquakes, which nonetheless caused damage to buildings. Besides the results, which as a whole have allowed us to classify 18 effects in 6 sites, the research method adopted is also presented. It is a method applicable to other cases as well, where the chronological earthquake indicators are unknown, being capable of unearthing earthquakes unknown to the tradition of seismological studies and the catalogues in use. A selection of the manuscript sources used is presented in the Appendix

First historical evidence of a significant Mt.Etna eruption in 1224

The 1224 Mt. Etna eruption is a significant event both in terms of the mass of erupted materials and because it involved the lower eastern slope of the volcano, reaching down to the sea. Nevertheless, it is unknown to current historical catalogues. According to the historical sources, only two other lava flows actually reached as far as the sea: in 396 BC, just north of the present-day inhabited area of Acireale, according to the geological data alone, and in 1669, when the lava covered the south-eastern flank of Mt. Etna and damaged Catania. We present and discuss the two medieval sources that attest to the eruption of 1224 and make available the original texts. Furthermore, through the close analysis of the historical and topographic context of the Etna area, taking account of the roads and ports in the early 13th century, we have tried to single out the possible area of the lava's outlet into the sea in 1224 on historical grounds. A repeat of an eruption similar to that of 1224 would have a serious impact to day as the coast is densely populated

Bayesian event tree for eruption forecasting (BET_EF) at Vesuvius, Italy: a retrospective forward application to the 1631 eruption

Reliable forecasting of the next eruption at Vesuvius is the main scientific factor in defining effective strategies to reduce volcanic risk in one of the most dangerous volcanic areas of the world. In this paper, we apply a recently developed probabilistic code for eruption forecasting to new and independent historical data related to the pre-eruptive phase of the 1631 eruption. The results obtained point out three main issues: (1) the importance of “cold” historical data (according to Guidoboni 2008) related to pre-eruptive phases for evaluating forecasting tools and possibly refining them; (2) the BET_EF code implemented for Vesuvius would have forecasted the 1631 eruption satisfactorily, marking different stages of the pre-eruptive phase; (3) the code shows that pre-eruptive signals that significantly increase the probability of eruption were likely detected more than 2 months before the event

Bayesian Event Tree for Eruption Forecasting (BET_EF) at Vesuvius, Italy: a retrospective forward application to the 1631 eruption

Reliable forecasting of the next eruption at Vesuvius is the main scientific ingredient to define effective strategies to reduce volcanic risk in one of the most dangerous volcanic areas around the world. In this paper, we apply a recently developed probabilistic code for eruption forecasting to new and independent historical data related to the pre-eruptive phase of the 1631 eruption. The results obtained point out three main issues: 1) the importance of “cold” historical data (according to Guidoboni 2008) related to pre-eruptive phases for evaluating forecasting tools and possibly refining them; 2) the BET_EF code implemented for Vesuvius would have forecast the 1631 eruption satisfactorily, marking different stages of the pre-eruptive phase; 3) the code shows that pre-eruptive signals that significantly increase the probability of eruption were likely detected more than two months before the even

Nella spirale del clima. Culture e società mediterranee di fronte ai mutamenti climatici

Il clima è sempre cambiato e i mutamenti hanno causato danni e rischi non previsti, che hanno richiesto nuovi adattamenti e risposte adeguate sul piano sociale, culturale ed economico. Gli autori, coadiuvati da un gruppo di ricercatori, hanno esplorato la storia degli ultimi tre millenni delle civiltà mediterranee, presentando un excursus divulgativo, basato su autorevoli studi scientifici e storici. Lo scopo è di delineare in modo complessivo non solo l’andamento dei mutamenti climatici e le loro ripercussioni sociali, ma anche le idee e le teorie sul clima, dai filosofi dell’antica Grecia, agli scrittori latini, agli enciclopedisti medievali, cristiani e arabi, fino al pensiero di età moderna, all’illuminismo e al positivismo ottocentesco. Le previsioni del tempo, il clima e la salute, il rapporto fra clima e ambiente sono temi presenti in tutte le civiltà mediterranee antiche e recenti: su questi temi le culture hanno sempre elaborato interpretazioni e risposte. Questo “viaggio” nel passato, che mette in luce una storia inedita e in gran parte da esplorare, giunge fino all’attuale riscaldamento globale. Questa nuova sfida è meglio valutabile in una prospettiva di “mutamento climatico storico”, a cui l’azione antropica sta aggiungendo un formidabile acceleratore

Il rilievo Laser Scanner delle Due Torri

Uno studio completo dell’attuale stato di salute delle Due Torri non può che essere effettuato mediante una diagnostica basata sull’applicazione e l’integrazione di una vasta gamma di tecniche di rilievo, distruttive e non, mirate all’analisi delle strutture, allo studio dei terreni di fondazione e del suolo, senza tralasciare la valutazione degli effetti ambientali agenti sull’intera area urbana. Il laser a scansione terrestre (TLS) è uno strumento di rilievo non distruttivo che permette di misurare una grande quantità di punti (milioni) distribuiti sulle superfici fisiche osservate. Per ogni punto si ottengono le coordinate geometriche cartesiane x, y e z ed un valore di intensità I, generalmente fornito nell’intervallo [0, 255], cioè nella scala di grigi. L’intensità è una variabile strettamente correlata alla rugosità dei materiali e alle condizioni di umidità al momento del rilievo e, in certi casi, fornisce indicazioni sullo stato di alterazione delle superfici. Il risultato di una singola scansione, cioè la nuvola di punti, è quindi composto dall’insieme delle coordinate e delle intensità (x, y, z, I) di tutti i punti misurati in un sistema di riferimento locale. Le singole scansioni, eseguite da punti di vista diversi al fine di acquisire completamente il sistema osservato, sono poi registrate, ossia allineate, in un sistema di riferimento comune a dare una nuvola di punti completa. Algoritmi iterativi di “surface matching” permettono una registrazione molto precisa delle scansioni parziali, con errori millimetrici. Gli strumenti long-range, la cui portata è sensibilmente superiore ai 100 m, hanno generalmente precisioni variabili tra alcuni millimetri ed un centimetro. Se una superficie è osservata in incidenza normale dalla distanza di 100 m, può essere raggiunta una precisione dell'ordine di 6-7 mm nell'acquisizione del singolo punto. Tuttavia, la risoluzione finale di un rilievo dipende sia dalla precisione sulla misura dei singoli punti sia dalla densità della nuvola di punti (l'acquisizione di molti punti permette di migliorare nettamente la precisione rispetto al caso del singolo punto) e varia a seconda delle caratteristiche strumentali. Nel Settembre 2010 l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia ha eseguito il rilievo delle Due Torri utilizzando lo strumento Optech ILRIS3D. Per ottenere la massima copertura sono state effettuate 19 scansioni da 6 punti di stazione distribuiti nelle vicinanze delle Torri. Le nuvole di punti sono state allineate con una precisione di 1-2 mm assicurando il risultato finale, cioè la ricostruzione delle Due Torri, da distorsioni indotte da errori procedurali. La ricostruzione di dettaglio ha permesso di effettuare una analisi mirata e minuziosa delle strutture mettendo in evidenza non solo le accentuate inclinazioni dei prospetti e le variazioni delle stesse a vari livelli verticali ma anche uno stato deformativo probabilmente correlato agli eventi sismici verificatesi dai tempi antichi ad oggi. In particolare, la mappa di deformazione ottenuta mostra una alterazione interessante del corpo delle Torri, più accentuata nei prospetti su via Rizzoli e via Zamboni, formata da una alternanza rientranze e sporgenze con valori fino a ± 10 cm. E' indubbiamente interessante confrontare i risultati osservativi TLS con quelli relativi all'analisi sismica della Torre degli Asinelli. I modelli agli elementi finiti (FEM) mostrano che i punti sottoposti alle massime sollecitazioni in compressione (relativamente sopportabili da una struttura in muratura) e in trazione (molto più critici per una tale struttura) si trovano proprio sul lato di via Zamboni alle quote di 35 m, 65 m e 75 m. Le osservazioni eseguite con TLS hanno mostrato importati variazioni dell'inclinazione della torre alle quote di 45 m, 60 m e 75 m, dunque a quote molto vicine alle precedenti, ad evidenziare una molto verosimile correlazione tra il pattern di inclinazione osservato e gli effetti di eventi sismici. L’alta risoluzione della misura TLS e la completezza del dato acquisito ha reso possibile anche per la Torre Garisenda l’identificazione di numerose anomalie, evidenziando bombature e rigonfiamenti presenti sia alla base della stessa, nella parte in cui la parete in mattoni si congiunge al basamento in blocchi di selenite, sia nelle zone soprastanti, in particolare oltre la terza cinghia metallica e nella parte ancora più elevata a circa 35 m di altezza. Alla luce dei risultati raggiunti pare spontaneo correlare le deviazioni osservate rispetto all'inclinazione media delle Torri ad effetti legati alle vibrazioni degli edifici, fatto che indubbiamente consiglia prudenza nel caso in cui si preveda di sottoporla ad importanti sollecitazioni di origine artificiale. Contestualizzare lo stato “deformato” delle Due Torri in un quadro più generale di dissesto dell’intera area urbana è fondamentale. In particolare il fenomeno della subsidenza, che fin dagli anni ’50 affligge il territorio causando sprofondamenti fino a 6 cm all’anno, è caratterizzato da un alto gradiente spaziale, con una notevole variazione nell’abbassamento da zona a zona. Ciò induce cambi di carico sulle strutture nella vecchia maglia medievale i cui effetti sono ben visibili al pari delle numerose opere di restauro effettuate. L’INGV, oggi, sta monitorando le Due Torri mediante la ripetizione di rilievi con tecnica laser a scansione terrestre e sta operando misurazioni GPS (Global Positioning System) sia in modalità statica sia mediante stazioni permanenti al fine di valutare i movimenti del suolo che possono essere causa di ulteriore instabilità per le Torri ed i monumenti storici, patrimonio inestimabile della città e del Paese

NELLA SPIRALE DEL CLIMA culture e società mediterranee di fronte ai cambiamenti climatici

Il clima è sempre cambiato e i mutamenti hanno causato danni e rischi non previsti, che hanno richiesto nuovi adattamenti e risposte adeguate sul piano sociale, culturale ed economico. Gli autori, coadiuvati da un gruppo di ricercatori, hanno esplorato la storia degli ultimi tre millenni delle civiltà mediterranee, presentando un excursus divulgativo, basato su autorevoli studi scientifici e storici. Lo scopo è di delineare in modo complessivo non solo l’andamento dei mutamenti climatici e le loro ripercussioni sociali, ma anche le idee e le teorie sul clima, dai filosofi dell’antica Grecia, agli scrittori latini, agli enciclopedisti medievali, cristiani e arabi, fino al pensiero di età moderna, all’illuminismo e al positivismo ottocentesco. Le previsioni del tempo, il clima e la salute, il rapporto fra clima e ambiente sono temi presenti in tutte le civiltà mediterranee antiche e recenti: su questi temi le culture hanno sempre elaborato interpretazioni e risposte. Questo “viaggio” nel passato, che mette in luce una storia inedita e in gran parte da esplorare, giunge fino all’attuale riscaldamento globale. Questa nuova sfida è meglio valutabile in una prospettiva di “mutamento climatico storico”, a cui l’azione antropica sta aggiungendo un formidabile acceleratore