A rate-state model for aftershocks triggered by dislocation on a rectangular fault: a review and new insights

We compute the static displacement, stress, strain and the Coulomb failure stress produced in an elastic medium by a finite size rectangular fault after its dislocation with uniform stress drop but a non uniform dislocation on the source. The time-dependent rate of triggered earthquakes is estimated by a rate-state model applied to a uniformly distributed population of faults whose equilibrium is perturbated by a stress change caused only by the first dislocation. The rate of triggered events in our simulations is exponentially proportional to the shear stress change, but the time at which the maximum rate begins to decrease is variable from fractions of hour for positive stress changes of the order of some MPa, up to more than a year for smaller stress changes. As a consequence, the final number of triggered events is proportional to the shear stress change. The model predicts that the total number of events triggered on a plane containing the fault is proportional to the 2/3 power of the seismic moment. Indeed, the total number of aftershocks produced on the fault plane scales in magnitude, M, as 10M. Including the negative contribution of the stress drop inside the source, we observe that the number of events inhibited on the fault is, at long term, nearly identical to the number of those induced outside, representing a sort of conservative natural rule. Considering its behavior in time, our model does not completely match the popular Omori law; in fact it has been shown that the seismicity induced closely to the fault edges is intense but of short duration, while that expected at large distances (up to some tens times the fault dimensions) exhibits a much slower decay

Microstructure and chemical composition of Roman orichalcum coins emitted after the monetary reform of Augustus (23 B.C.)

A collection of ancient Roman orichalcum coins, i.e., a copper-zinc alloy, minted under the reigns from Caesar to Domitianus, have been characterised using scanning electron microscopy (SEM-EDS) and electron microprobe analysis (EMPA). We studied, for the first time, coins emitted by Romans after the reforms of Augustus (23 B.C.) and Nero (63-64 A.D). These coins, consisting of asses, sestertii, dupondii and semisses, were analysed using non- and invasive analyses, aiming to explore microstructure, corrosive process and to acquire quantitative chemical analysis. The results revealed that the coins are characterized by porous external layers, which are affected by dezincification and decuprification processes. As pictured by the X-ray maps, the elemental distribution of Cu and Zn shows patterns of depletion that in some cases penetrate in deep up to 1 mm. The composition of the un-corroded nucleus is a Cu-Zn alloy containing up to 30% of Zn, typical of coins produced via cementation process

Sorgenti sismiche: rappresentazione matematica ad applicazione al calcolo degli spostamenti

Se si vuole trattare fisicamente il fenomeno del terremoto `e necessario prima di tutto conoscere e poter rappresentare la sorgente dell’evento stesso e risalire in questo modo alla soluzione analitica del problema fisico. Una sorgente sismica pu`o essere identificata con una frattura nel mezzo (una faglia o parte di essa) che sottoposta ad una sollecitazione di sforzo disloca, ovvero accade che i due lembi della faglia si muovono l’uno rispetto all’altro. Questo tipo di sorgenti `e detta di taglio perch`e la dislocazione `e provocata da sforzi di taglio. Se il movimento relativo dei due lembi di faglia `e parallelo rispetto alla linea di rottura allora la faglia `e detta faglia trascorrente; se invece il movimento `e parallelo alla profondit`a della faglia questa `e detta faglia a rigetto verticale. Una dislocazione provoca nel mezzo circostante un campo degli spostamenti che pu`o essere studiato nel contesto della teoria dell’elasticit`a, come vedremo nel capitolo (2). In questa breve trattazione vogliamo rappresentare la sorgente sismica fisicamente e analiticamente e trattare la teoria principale che riguarda le sorgenti dei terremoti (capitolo (2), paragrafo (2.1), e capitoli (3) e (4)). Quindi vogliamo poter ricavare la descrizione esplicita dei campi di spostamento, di deformazione e di sforzo che essa genera nello spazio circostante (sezioni (2) e (2.5)). Nel capitolo (6) le conoscenze acquisite verranno tradotte in un codice di simulazione del comportamento di una particolare sorgente sismica. Questo permetter`a di visualizzare, attraverso delle mappe, il comportamento del mezzo circostante una faglia che disloca in termini di spostamento, deformazione e sforzo. La comprensione di come reagisce il mezzo circostante la sorgente sismica all’avvenire del terremoto `e importante per capire come diverse faglie interagiscono fra loro, favorendo o inibendo vicendevolmente la propria rottura. E’ comunemente noto nella letteratura specialistica che un terremoto generalmente ne favorisce altri intorno a s´e (i suoi aftershocks) ed `e questo il cosiddetto fenomeno di triggering; negli ultimi anni si fa pi`u attenzione anche al fenomeno opposto, ovvero al fatto che un terremoto ha anche la capacit`a di inibire per un periodo di tempo altri fenomeni in una certa zona (scaricandone lo sforzo accumulato). Quest’area si verr`a a trovare cos`ı in un periodo di cosiddetta quiescenza. Capire quindi come reagisce il mezzo ad una dislocazione `e importante se si vogliono sviluppare modelli di previsione a breve e lungo termine. La struttura della trattazione `e pensata per dare al lettore inizialmente un approccio pi`u concettuale di alcuni aspetti del problema proposto (in particolare della rappresentazione delle sorgenti), pur portando avanti la sua soluzione analitica; solo in un secondo momento vengono ripresi ed approfonditi, sia concettualmente che quantitativamente, alcuni degli argomenti proposti nella parte iniziale. Nella prima parte (capitolo (2)) ci riferiamo in particolare al pi`u semplice problema statico per un mezzo isotropo; in un secondo momento proponiamo alcuni teoremi fondamentali in una veste pi`u generale, includendo anche la variabile temporale e riferendoci ad un mezzo anisotropo (capitolo (4)). Vogliamo trattare, inoltre, le relazioni che intercorrono tra i principali parametri di sorgente e l’energia sismica (capitolo (5)). Infine, come gi`a accennato sopra, ci occupiamo di una specifica sorgente estesa di forma rettangolare di cui calcoliamo e rappresentiamo i relativi tre campi di spostamento, sforzo e deformazione su un piano, introducendola in un programma di simulazione (capitolo(6))

Sensitivity study of forecasted aftershock seismicity based on Coulomb stress calculation and rate- and state-dependent frictional response

We use the Dieterich (1994) physics-based approach to simulate the spatio- temporal evolution of seismicity caused by stress changes applied to an infinite population of nucleating patches modeled through a rate- and state- dependent friction law. According to this model, seismicity rate changes depend on the amplitude of stress perturbation, the physical constitutive properties of faults (represented by the parameter Aσ), the stressing rate and the background seismicity rate of the study area. In order to apply this model in a predictive manner, we need to understand the impact of physical model parameters and the correlations between them. Firstly we discuss different definitions of the reference seismicity rate and show their impact on the computed rate of earthquake production for the 1992 Landers earthquake sequence as a case study. Furthermore, we demonstrate that all model parameters are strongly correlated for physical and statistical reasons. We discuss this correlation emphasizing that the estimations of the background seismicity rate, stressing rate and Aσ are strongly correlated to reproduce the observed aftershock productivity. Our analytically derived relation demonstrates the impact of these model parameters on the Omori-like aftershock decay: the c- value and the productivity of the Omori law, implying a p-value smaller or equal to 1. Finally, we discuss an optimal strategy to constrain model parameters for near-real time forecasts

Genetic landscape of 6089 inherited retinal dystrophies affected cases in Spain and their therapeutic and extended epidemiological implications

Inherited retinal diseases (IRDs), defined by dysfunction or progressive loss of photoreceptors, are disorders characterized by elevated heterogeneity, both at the clinical and genetic levels. Our main goal was to address the genetic landscape of IRD in the largest cohort of Spanish patients reported to date. A retrospective hospital-based cross-sectional study was carried out on 6089 IRD affected individuals (from 4403 unrelated families), referred for genetic testing from all the Spanish autonomous communities. Clinical, demographic and familiar data were collected from each patient, including family pedigree, age of appearance of visual symptoms, presence of any systemic findings and geographical origin. Genetic studies were performed to the 3951 families with available DNA using different molecular techniques. Overall, 53.2% (2100/3951) of the studied families were genetically characterized, and 1549 different likely causative variants in 142 genes were identified. The most common phenotype encountered is retinitis pigmentosa (RP) (55.6% of families, 2447/4403). The most recurrently mutated genes were PRPH2, ABCA4 and RS1 in autosomal dominant (AD), autosomal recessive (AR) and X-linked (XL) NON-RP cases, respectively; RHO, USH2A and RPGR in AD, AR and XL for non-syndromic RP; and USH2A and MYO7A in syndromic IRD. Pathogenic variants c.3386G > T (p.Arg1129Leu) in ABCA4 and c.2276G > T (p.Cys759Phe) in USH2A were the most frequent variants identified. Our study provides the general landscape for IRD in Spain, reporting the largest cohort ever presented. Our results have important implications for genetic diagnosis, counselling and new therapeutic strategies to both the Spanish population and other related populations.This work was supported by the Instituto de Salud Carlos III (ISCIII) of the Spanish Ministry of Health (FIS; PI16/00425 and PI19/00321), Centro de Investigación Biomédica en Red Enfermedades Raras (CIBERER, 06/07/0036), IIS-FJD BioBank (PT13/0010/0012), Comunidad de Madrid (CAM, RAREGenomics Project, B2017/BMD-3721), European Regional Development Fund (FEDER), the Organización Nacional de Ciegos Españoles (ONCE), Fundación Ramón Areces, Fundación Conchita Rábago and the University Chair UAM-IIS-FJD of Genomic Medicine. Irene Perea-Romero is supported by a PhD fellowship from the predoctoral Program from ISCIII (FI17/00192). Ionut F. Iancu is supported by a grant from the Comunidad de Madrid (CAM, PEJ-2017-AI/BMD7256). Marta del Pozo-Valero is supported by a PhD grant from the Fundación Conchita Rábago. Berta Almoguera is supported by a Juan Rodes program from ISCIII (JR17/00020). Pablo Minguez is supported by a Miguel Servet program from ISCIII (CP16/00116). Marta Corton is supported by a Miguel Servet program from ISCIII (CPII17/00006). The funders played no role in study design, data collection, data analysis, manuscript preparation and/or publication decisions

The V471A polymorphism in autophagy-related gene ATG7 modifies age at onset specifically in Italian Huntington disease patients

The cause of Huntington disease (HD) is a polyglutamine repeat expansion of more than 36 units in the huntingtin protein, which is inversely correlated with the age at onset of the disease. However, additional genetic factors are believed to modify the course and the age at onset of HD. Recently, we identified the V471A polymorphism in the autophagy-related gene ATG7, a key component of the autophagy pathway that plays an important role in HD pathogenesis, to be associated with the age at onset in a large group of European Huntington disease patients. To confirm this association in a second independent patient cohort, we analysed the ATG7 V471A polymorphism in additional 1,464 European HD patients of the “REGISTRY” cohort from the European Huntington Disease Network (EHDN). In the entire REGISTRY cohort we could not confirm a modifying effect of the ATG7 V471A polymorphism. However, analysing a modifying effect of ATG7 in these REGISTRY patients and in patients of our previous HD cohort according to their ethnic origin, we identified a significant effect of the ATG7 V471A polymorphism on the HD age at onset only in the Italian population (327 patients). In these Italian patients, the polymorphism is associated with a 6-years earlier disease onset and thus seems to have an aggravating effect. We could specify the role of ATG7 as a genetic modifier for HD particularly in the Italian population. This result affirms the modifying influence of the autophagic pathway on the course of HD, but also suggests population-specific modifying mechanisms in HD pathogenesis

Sorgenti sismiche: rappresentazione matematica ad applicazione al calcolo degli spostamenti

Se si vuole trattare fisicamente il fenomeno del terremoto `e necessario prima di tutto conoscere e poter rappresentare la sorgente dell’evento stesso e risalire in questo modo alla soluzione analitica del problema fisico. Una sorgente sismica pu`o essere identificata con una frattura nel mezzo (una faglia o parte di essa) che sottoposta ad una sollecitazione di sforzo disloca, ovvero accade che i due lembi della faglia si muovono l’uno rispetto all’altro. Questo tipo di sorgenti `e detta di taglio perch`e la dislocazione `e provocata da sforzi di taglio. Se il movimento relativo dei due lembi di faglia `e parallelo rispetto alla linea di rottura allora la faglia `e detta faglia trascorrente; se invece il movimento `e parallelo alla profondit`a della faglia questa `e detta faglia a rigetto verticale. Una dislocazione provoca nel mezzo circostante un campo degli spostamenti che pu`o essere studiato nel contesto della teoria dell’elasticit`a, come vedremo nel capitolo (2). In questa breve trattazione vogliamo rappresentare la sorgente sismica fisicamente e analiticamente e trattare la teoria principale che riguarda le sorgenti dei terremoti (capitolo (2), paragrafo (2.1), e capitoli (3) e (4)). Quindi vogliamo poter ricavare la descrizione esplicita dei campi di spostamento, di deformazione e di sforzo che essa genera nello spazio circostante (sezioni (2) e (2.5)). Nel capitolo (6) le conoscenze acquisite verranno tradotte in un codice di simulazione del comportamento di una particolare sorgente sismica. Questo permetter`a di visualizzare, attraverso delle mappe, il comportamento del mezzo circostante una faglia che disloca in termini di spostamento, deformazione e sforzo. La comprensione di come reagisce il mezzo circostante la sorgente sismica all’avvenire del terremoto `e importante per capire come diverse faglie interagiscono fra loro, favorendo o inibendo vicendevolmente la propria rottura. E’ comunemente noto nella letteratura specialistica che un terremoto generalmente ne favorisce altri intorno a s´e (i suoi aftershocks) ed `e questo il cosiddetto fenomeno di triggering; negli ultimi anni si fa pi`u attenzione anche al fenomeno opposto, ovvero al fatto che un terremoto ha anche la capacit`a di inibire per un periodo di tempo altri fenomeni in una certa zona (scaricandone lo sforzo accumulato). Quest’area si verr`a a trovare cos`ı in un periodo di cosiddetta quiescenza. Capire quindi come reagisce il mezzo ad una dislocazione `e importante se si vogliono sviluppare modelli di previsione a breve e lungo termine. La struttura della trattazione `e pensata per dare al lettore inizialmente un approccio pi`u concettuale di alcuni aspetti del problema proposto (in particolare della rappresentazione delle sorgenti), pur portando avanti la sua soluzione analitica; solo in un secondo momento vengono ripresi ed approfonditi, sia concettualmente che quantitativamente, alcuni degli argomenti proposti nella parte iniziale. Nella prima parte (capitolo (2)) ci riferiamo in particolare al pi`u semplice problema statico per un mezzo isotropo; in un secondo momento proponiamo alcuni teoremi fondamentali in una veste pi`u generale, includendo anche la variabile temporale e riferendoci ad un mezzo anisotropo (capitolo (4)). Vogliamo trattare, inoltre, le relazioni che intercorrono tra i principali parametri di sorgente e l’energia sismica (capitolo (5)). Infine, come gi`a accennato sopra, ci occupiamo di una specifica sorgente estesa di forma rettangolare di cui calcoliamo e rappresentiamo i relativi tre campi di spostamento, sforzo e deformazione su un piano, introducendola in un programma di simulazione (capitolo(6)).Submittedope

A rate-state model for aftershocks triggered by dislocation on a rectangular fault: a review and new insights

We compute the static displacement, stress, strain and the Coulomb failure stress produced in an elastic medium by a finite size rectangular fault after its dislocation with uniform stress drop but a non uniform dislocation on the source. The time-dependent rate of triggered earthquakes is estimated by a rate-state model applied to a uniformly distributed population of faults whose equilibrium is perturbated by a stress change caused only by the first dislocation. The rate of triggered events in our simulations is exponentially proportional to the shear stress change, but the time at which the maximum rate begins to decrease is variable from fractions of hour for positive stress changes of the order of some MPa, up to more than a year for smaller stress changes. As a consequence, the final number of triggered events is proportional to the shear stress change. The model predicts that the total number of events triggered on a plane containing the fault is proportional to the 2/3 power of the seismic moment. Indeed, the total number of aftershocks produced on the fault plane scales in magnitude, M, as 10M. Including the negative contribution of the stress drop inside the source, we observe that the number of events inhibited on the fault is, at long term, nearly identical to the number of those induced outside, representing a sort of conservative natural rule. Considering its behavior in time, our model does not completely match the popular Omori law; in fact it has been shown that the seismicity induced closely to the fault edges is intense but of short duration, while that expected at large distances (up to some tens times the fault dimensions) exhibits a much slower decay