PROGETTO “MESSINA 1908 – 2008”. RAPPORTO DELLA CAMPAGNA OBS NELL’AREA EOLIANA E DELLO STRETTO DI MESSINA

Il Centro Nazionale Terremoti (CNT), in collaborazione con la sezione di Catania, ha progettato e realizzato un esperimento di sismica passiva nell’area Calabro–Peloritana il cui scopo è fornire nuovi dati sismici volti a comprendere come le dinamiche superficiali ed il processo di subduzione interagiscano tra loro, migliorando così la comprensione dei processi sismogenetici nella zona colpita dal terremoto del 1908 [Margheriti et al., 2008; http://dpc-s5.rm.ingv.it]. Con l’obiettivo di ridurre l’errore di localizzazione degli ipocentri degli eventi verificatisi nell’area interessata dal progetto, ad integrazione delle 30 stazioni della rete sismica nazionale già presenti nell’area in esame, l’esperimento ha previsto l’installazione di 15 stazioni della rete mobile e la deposizione di 5 OBS/H (Ocean Bottom Seismometer with Hydrophone), per un numero complessivo di 50 stazioni sismiche larga banda 3C coinvolte nel progetto. La campagna sismica a terra ha avuto inizio nell’ottobre 2007 e ad oggi (gennaio 2009), le stazioni sono ancora in funzione, mentre la deposizione dei cinque OBS/H è avvenuta tra il 15 e il 18 luglio 2008 ed il loro recupero è stato effettuato tra il 6 e il 7 novembre 2008. Gli OBS/H, progettati e realizzati presso l’OBS Lab di Gibilmanna, sono stati equipaggiati con sismometri Nanometrics Trillium 120p (120s - 175 Hz) e con sensori differenziali di pressione (Differential Pressure Gauge) Cox-Webb, con banda passante tra i 200s e i 2Hz. La base autolivellante sulla quale è installato il sensore sismico è stata realizzata anch’essa presso l’OBS Lab di Gibilmanna nei mesi intercorsi tra il recupero degli OBS impiegati nella prima campagna NERIES, avvenuto nel marzo 2008, e il luglio 2008, data della deposizione degli OBS del progetto “Messina 1908 – 2008”. La necessità di realizzare una nuova base autolivellante in tempi così brevi, è stata una diretta conseguenza dei risultati negativi ottenuti dalla base Nautilus in occasione della già citata campagna NERIES [D’Anna et al., 2008]: due sismometri su tre non si erano livellati nel range di ±0.2°, massimo tilt dinamico previsto per i Trillium 120p, provocando il non funzionamento degli stessi. Come meglio verrà analizzato nei paragrafi successivi, le problematiche affrontate nella realizzazione di questi dispositivi di livellamento sono state molteplici e di difficile soluzione. L’analisi preliminare dei dati ha evidenziato che soltanto uno dei cinque sensori sismici ha funzionato correttamente per l’intero periodo, mentre gli altri quattro hanno funzionato in media per circa 20 giorni. Causa di ciò, un rapido consumo delle batterie dovuto ad un livellamento sì compreso nel range di ±0.2° dall’orizzontale, condizione necessaria perché il sismometro sia in grado di rilevare eventi sismici, ma oltre il range di ±0.1°, condizione necessaria perché i consumi del Trillium120p si riducano da circa 2.5W ai 600mW nominali. I risultati ottenuti da questo esperimento, sono comunque da inquadrare in una successione degli eventi che ha fatto sì che lo sviluppo di questa nuova base autolivellante fosse condizionato da una certa urgenza: al CNT premeva presentare i dati raccolti dagli OBS al convegno “Scienza e società a 100 anni dal grande Terremoto”, che si sarebbe tenuto a Reggio Calabria dal 10 al 12 dicembre 2008 e visti gli insuccessi della base Nautilus nel precedente esperimento, ci si è trovati di fronte alla necessità di progettare e sviluppare un nuovo sistema di livellamento per i Trillium 120p nell’arco di tre mesi e mezzo. Queste, oltre a quelle di natura economica, le ragioni per cui non è stato possibile procedere secondo un iter che per noi, come per le aziende che operano nel settore marino, è uno standard: - Progettazione; - Realizzazione del prototipo; - Test in laboratorio (e. g. tavola vibrante) - Test in camera iperbarica; - Test in mare; - Produzione in serie; E’ nostra intenzione, in un prossimo futuro, portare avanti lo sviluppo di questa base autolivellante, con tempi e risorse finanziare ed umane più appropriate. Ciò che riportiamo in questo Rapporto Tecnico vuole essere una descrizione del lavoro sin qui svolto, anche se non conclusivo e risolutivo, ma che ci ha già permesso di individuare delle problematiche fondamentali la cui soluzione sarà oggetto di studi più approfonditi. Rimane positivo il fatto che le basi già realizzate riescono già da adesso a livellare automaticamente un sensore entro un range di ±0.2°. Gli OBS/H dell’INGV verranno nuovamente deposti con la stessa disposizione del progetto “Messina 1908 – 2008” nell’estate 2009, nell’ambito del progetto S5 finanziato dal Dipartimento della Protezione Civile. Per sopperire alle problematiche riscontrate nella marinizzazione del Trillium 120p, si è scelto di installare a bordo degli OBS dei sensori Guralp CMG40T-OBS (60s – 100 Hz), progettati per installazioni in mare sino a profondità di 6000 m è già dotati di una propria base autolivellante. Il motivo per il quale non si è utilizzato nelle passate campagne questo tipo di sensore è da addebitare unicamente al fatto che sui fondi DPC della convenzione 2005-2007 non è stato possibile inserire l’acquisto di questi specifici sensori, mentre erano disponibili i Trillium 120p

Single station location on small-magnitude seismic events recorded by OBS in the Ionian Sea

In May 2007, to monitor the seismic processes taking place in the Ionian region, the Centro Nazionale Terremoti, department of INGV, in the frame of the NERIES project (NA6), extended offshore through the deposition of 3 Ocean Bottom Seismometers (OBS) its seismic network. During this experiment the magnitudes of completeness (the magnitude of the smallest events that can be reliably and completely detected by the network) appreciably decreased and the precision of hypocenter estimation of medium-large magnitude earthquakes with epicentres in the Ionian Sea increased. However traveltime-based location methods are inapplicable to many earthquakes recorded only by the OBS’s. The most effective and economical methods to locate small-magnitude seismic events recorded by single three-component stations are based on the polarization analysis of broadband seismic data. The classical polarization analysis assumes that the signal is noise free, nevertheless the 3C recording includes both signal and noise and the polarization analysis is reliable only if the signal to noise ratio is very high. To statistically improve the polarization estimated attributes, we applied a noise correction to the covariance matrix. This correction is based on the assumption that in the selected time-window the noise can be regarded as a stochastic process stationary both in the time and in the space domain. To locate the earthquake hypocenters we used the back-azimuth and emergence angle of P-phase and Ts-Tp delay time. This parameters were estimated by polarization analysis. Using the 1D velocity model proposed by de Voogd (1992) for this region of Ionian Sea, we mapped the emersion angle of the seismic ray and the Ts-Tp delay time as functions of epicentral distance and focal depth. We used the punctual estimates of these parameters and the confidence intervals to determine their intersection region. This method defines in the vertical azimuthal plane the area containing the focus position with some probability. The application of this procedure to about 100 seismic events recorded only by a single OBS, allow to detect low energy seismicity near to the Hyblean-Maltese escarpement

SISMICITÀ DELL’AREA IONICA: UN’IMMAGINE OTTENUTA DA DATI OBS (NERIES, NA6)

Per meglio comprendere e monitorare i processi sismo-tettonici in atto nell’area Euro- Mediterranea, negli ultimi decenni si è assistito allo sviluppo in quest’area di oltre un centinaio di reti di monitoraggio sismico a terra. Tuttavia il monitoraggio sismico della regione Euro- Mediterranea tramite sole stazioni a terra è di difficile attuazione; numerosi sono infatti gli eventi sismici con epicentro in mare. L’effetto dell’insufficiente copertura in molte aree prevalentemente offshore delle reti sismiche produce un immagine della sismicità Mediterranea incompleta e distorta. Uno degli obbiettivi del progetto NERIES, attività NA6, è l’estensione offshore delle reti sismiche tramite l’impiego di OBS (Ocean Bottom Seismometer). Nel 2007, all’interno del suddetto progetto, l’OBS Lab (CNT, INGV) ha deposto tre OBS in prossimità di uno dei tre siti chiave proposti da ESONET (European Sea Floor Observatory Network) nello Ionio Meridionale (D’Anna et al., 2008a, 2008b, 2008c, 2008d). Lo Ionio Meridionale e le aree limotrofe, sismicamente molto attive sono attualmente soggette ad una rapida deformazione; i diversi modelli geodinamici del Mediterraneo propongono per la crosta ionica una probabile origine oceanica (Catalano et al., 2001; Finetti e Del Ben, 2005). L’attività sismica, perlopiù superficiale, è in gran parte localizzata lungo gli archi Ellenico, Egeo e Calabro, la Sicilia orientale e la scarpata Ibleo-Maltese. La distribuzione della sismicità e l’evoluzione geodinamica dell’area ionica sono in gran parte determinati dalla convergenza della placca Africana e Euroasiatica (Finetti e Del Ben, 2005). La prima campagna OBS ha permesso di raccogliere dati sismologici per oltre 9 mesi da tre diversi OBS; la seconda conclusasi nel febbraio 2009 ha aggiunto al database sismologico della stazione OBS A3 ulteriori 10 mesi di registrazione in continuo. Durante le 2 campagne l’array di OBS ha registrato oltre 1000 eventi, di cui circa 200 telesismi, 800 eventi regionali e oltre 200 eventi non localizzati da stazioni a terra. In Fig. 1 sono riportati i segnali di velocità e di pressione registrati dalla stazione OBS A3, di un evento telesismico di magnitudo pari a 7.2 con epicentro nella regione dello Xinjiang-Xizang. In una fase preliminare si è voluto valutare l’effetto di queste stazioni sulle performance di localizzazione della Rete Sismica Nazionale applicando il metodo SNES (Seismic Network Evaluation through Simulation, D’Alessandro et al., 2009). Per il calcolo delle mappe SNES è stato stimato il valore medio del rumore sismico sulla componente verticale delle tre stazioni OBS. Le mappe dell’errore sulla stima dell’ipocentro di Fig. 2 sono state calcolate come il raggio della sfera equivalente dell’ellisoide di confidenza al 95% (Radious of Equivalent Spere, RES), per magnitudo pari a 2.5 e 3, fissando la profondità ipocentrale a 15 km. La mappa di Fig. 2 mostra come un’estesa area dello Ionio meridionale risulti meglio coperta in seguito all’installazione delle tre stazioni OBS; in particolare è evidente un notevole miglioramento del RES che in alcune aree prima non coperte scende sotto il valore di 2 km. Gli eventi ben localizzati dalle reti dell’INGV, dell’EMSC, dell’USGS e dalla rete sismica nazionale greca sono stati utilizzati per determinare gli azimuth delle componenti orizzontali degli OBS attraverso un’analisi di correlazione dei back-azimuth ottenuti tramite l’analisi di polarizzazione dei segnali 3C degli OBS e i corrispondenti back-azimuth dedotti dalle loro localizzazioni (D’Alessandro et al., 2008). Successivamente l’analisi di polarizzazione e lo studio dei tempi di arrivo delle onde P ed S ha permesso di effettuare una localizzare approssimativa di molti degli eventi non localizzati dalla rete sismica nazionale. Per un’accurata stima della distanza epicentrale è stato necessario ricavare un modello ottimale di velocità delle onde P ed S per l’area in esame. Per definire un modello 1D di velocità delle onde P per l’area ionica, sono stati invertiti i tempi di arrivo di oltre 300 fasi P degli eventi regionali registrati. Dell’intero dataset sono stati scelti solamente gli eventi con RMS inferiore a 0.3s e errore standard di localizzazione minore di 3.0 km. Sulla base delle informazioni attualmente disponibili per l’area del bacino ionico e delle aree circostanti, sono stati inoltre scartati gli eventi con ipocentro superficiale in aree intensamente deformate; per queste aree sono state selezionati solo gli evensorgente alla stazione è stato risolto in maniera analitica per i raggi rifratti e tramite la tecnica dello “shooting” per le onde dirette. Nella soluzione del problema diretto è stata considerata anche la profondità delle stazioni. Il modello di velocità delle onde S è stato ottenuto invertendo le curve di dispersione del modo fondamentale delle onde di Rayleigh. L’inversione congiunta dei tempi di viaggio e delle curve di dispersione ha permesso di definire un unico modello 1D di velocità. Il modello ottenuto e i risultati della localizzazione saranno esposti durante il convegno

Fishery reserves in the Mediterranean Sea: the Gulf of Castellammare case study

The effects of fisheries management based on artificial reefs and on trawl banning are explored in the Gulf of Castellammare fishery reserve by means of biological (from trammel and trawl survey) data collected during several research programs between 1990 and 2001. The artificial reefs have caused an increase of diversity but not of biomass, as suggested by the comparison between the associated fish assemblage and that of nearby sandy bottoms. The associated species however do not have any trophic relation to the boulders, except the twobanded seabream, Diplodus vulgaris. An overall increase of experimental trammel net yields in the artificial reef area was observed from 1990 to 1998, due mainly to pelagic species associated with the boulders. The trawl ban caused a dramatic increase of groundfish biomass in the protected area (+711% after four years, total species). Different species had different increase rates, from 2-fold for the musky octopus, Eledone moschata to 127-fold for the gurnard, Lepidotrigla cavillone. Eight and ten years after the ban started, the yields did not vary significantly in the overall area, but decreased near to (both outside and inside) the protected area, probably due to increased legal and illegal trawling. The mean size did not increase in three studied species, except for the monkfish, Lophius budegassa. In conclusion the Gulf of Castellammare fishery reserve is considered a positive example of marine coastal fisheries management, especially considering the effects of the trawl ban on the abundance of groundfish stocks, although the cooperation between scientists and administrative bodies is still far from optimal

Update on SARS-CoV-2 Omicron Variant of Concern and Its Peculiar Mutational Profile

The process of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) genetic diversification is still ongoing and has very recently led to the emergence of a new variant of concern (VOC), defined as Omicron or B.1.1.529. Omicron VOC is the most divergent variant identified so far and has generated immediate concern for its potential capability to increase SARS-CoV-2 transmissibility and, more worryingly, to escape therapeutic and vaccine-induced antibodies. Nevertheless, a clear definition of the Omicron VOC mutational spectrum is still missing. Herein, we provide a comprehensive definition and functional characterization (in terms of infectivity and/or antigenicity) of mutations characterizing the Omicron VOC. In particular, 887,475 SARS-CoV-2 Omicron VOC whole-genome sequences were retrieved from the GISAID database and used to precisely define its specific patterns of mutations across the different viral proteins. In addition, the functional characterization of Omicron VOC spike mutations was finely discussed according to published manuscripts. Lastly, residues characterizing the Omicron VOC and the previous four VOCs (Alpha, Beta, Gamma, and Delta) were mapped on the three-dimensional structure of the SARS-CoV-2 spike protein to assess their localization in the different spike domains. Overall, our study will assist with deciphering the Omicron VOC mutational profile and will shed more light on its clinical implications. This is critical considering that Omicron VOC is currently the predominant variant worldwide. IMPORTANCE The Omicron variant of concern (VOC) has a peculiar spectrum of mutations characterized by the acquisition of mutations or deletions rarely detected in previously identified variants, particularly in the spike glycoprotein. Such mutations, mostly residing in the receptor-binding domain, could play a pivotal role in enhancing severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infectivity (by increasing binding affinity for ACE2), jeopardizing spike recognition by therapeutic and vaccine-induced antibodies and causing diagnostic assay failure. To our knowledge, this is one of the first exhaustive descriptions of newly emerged mutations underlying the Omicron VOC and its biological and clinical implications

Real-time urban seismic network and structural monitoring by means of accelerometric sensors: Application to the historic buildings of Catania (Italy)

A real-time urban seismic network for seismic and structural health monitoring is being installed in the city of Catania (Sicily, Italy). The 27 monitoring stations, specifically designed and assembled, equipped with a low-noise 3-axial MEMS accelerometer, are located in 23 high exposure and vulnerability buildings. In this paper we present the characteristics of the monitoring station and of the network. In case of strong seismic events, the system will provide shake maps to the emergency management centre, and will allow to assess the health conditions of the monitored buildings. The network is conceived to be further expandable over the whole historical city centre of the city of Catania.PublishedMilan, Italy1IT. Reti di monitoraggi