Come si studiano i terremoti con i satelliti? La tecnica InSAR

Attualmente, purtroppo, non siamo in grado di prevedere i terremoti. Tuttavia da trent'anni a questa parte abbiamo una nuova arma per comprenderli meglio: i satelliti. Per comprendere però in che modo questi strumenti possono aiutarci nello studio dei sismi, dobbiamo fare un salto indietro nel tempo, più precisamente nel 1993.

L'uso dei satelliti nello studio dei terremoti

Nel 1993 alcuni ricercatori dell'agenzia spaziale francese studiano delle immagini satellitari relative al terremoto di Landers che aveva colpito la California nel 1992. In particolare utilizzano dati radar del satellite ERS dell'Agenzia Spaziale Europea. Queste immagini sono acquisite in lunghezze d'onda fino ad allora quasi inesplorate: la banda delle microonde, con lunghezze d’onda comprese fra 1 mm e 100 cm. A differenza della immagini ottiche hanno due vantaggi:

• hanno un funzionamento ‘attivo’ cioè proiettano un segnale elettromagnetico verso il bersaglio e acquisiscono il segnale riflesso da questo – quindi possono acquisire immagini anche senza la luce del Sole;
• la lunghezza d'onda per queste frequenze é tanto larga da attraversare le nuvole, un problema enorme per le immagini ottiche.

Studiando le immagini satellitari gli scienziati del CNES sono stati in grado di misurare lo spostamento del terreno da una distanza di circa 700km, ossia l'elevazione dell'orbita di ERS. La tecnica che hanno utilizzato è l'interferometria satellitare, in inglese Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR), e rivoluzionerà lo studio dei terremoti con i satelliti.

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In cosa consiste la tecnica InSAR

L'InSAR misura la differenza di fase tra immagini satellitari acquisite in momenti diversi sopra la stessa area. La tecnica impiega immagini radar satellitari e consente di monitorare gli spostamenti della superficie con precisione millimetrica anche su aree molto estese con frequenze relativamente elevate (ad oggi, nel giro di una o due settimane). L’InSAR, inoltre, consente la ricostruzione storica degli spostamenti avvenuti nel passato, grazie all’archiviazione delle immagini satellitari a partire proprio dal 1993.

L’immagine che risulta dalla differenza di fase è detta interferogramma. Se tra la prima e la seconda immagine alcuni pixel si sono spostati, ad esempio a causa di un terremoto, l’interferogramma evidenzierà le aree che hanno subito tali modifiche e ne misurerà l’entità. Ogni ciclo, o frangia, nell'interferogramma rappresenta un preciso spostamento della superficie terrestre.

La tecnica viene utilizzata in maniera consistente solo a partire dagli anni 2000 grazie all'avvento di nuovi satelliti e ben presto diventa parte integrante degli studi sismici. Il vantaggio principale risiede:

• nel minore costo rispetto a strumenti tradizionali, come il GPS, che necessitano di sensori sul terreno la cui installazione può rivelarsi molto onerosa sia da un punto di vista economico che logistico;
• nel fornire informazioni su larga scala (regionale, nazionale ed anche continentale) e quindi avere una visione più completa di processi complessi come i terremoti.

Che informazioni estraiamo?

Visto che ogni frangia dell'interferogramma rappresenta un incremento noto di spostamento rispetto alla frangia precedente, possiamo misurare lo spostamento totale dell’area partendo dalle zone in cui non sono state misurate deformazioni (zone dove non compaiono le frange) sino ad arrivare alla zona più deformata (parte centrale dell’ellissi disegnata dalle frange stesse).
Questa operazione è detta “srotolamento” delle frange interferometriche e permette di ottenere una mappa dello spostamento del suolo avvenuto durante il sisma. L'applicazione di InSAR su un'area colpita da un terremoto consente di conoscere la posizione precisa dell'epicentro di un terremoto, quanto grande è stato lo spostamento causato e dove le deformazioni del terreno sono state maggiori. Per darvi un riferimento, InSAR ha aiutato l'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) a determinare lo spostamento del suolo, fino ad abbassamenti di 100cm, legato alla sequenza sismica di Amatrice-Norcia fra l'agosto e ottobre 2016.

Queste informazioni:

• Aiutano soccorritori e protezione civile a fornire dettagli su quali zone risultano più colpite, cioè quelle che probabilmente presentano danni maggiori e quindi necessitano di aiuto prioritario;
• Supportano gli scienziati per migliorare i modelli di rischio sismico;
• Permettono di avere informazioni su segnali di deformazione del suolo precedenti all'evento principale così da aumentare le nostre conoscenze in materia di precursori sismici.