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La Rete Sismica Nazionale dell’INGV registra le onde sismiche generate dall’eruzione del vulcano a Tonga

INGVvulcani

di Thomas Braun

Il 15 gennaio 2022, alle ore 04:14:54 UTC, corrispondenti alle 05:14:54 ore italiane, l’eruzione del vulcano Hunga Tonga-Hunga Ha’apai ha generato un’onda di pressione che si è propagata sia nell’oceano in forma di tsunami, sia nell’atmosfera, come è stato rilevato dai microbarometri installati su alcuni vulcani italiani.

Secondo le informazioni dei bollettini sismici internazionali, come per esempio GEOFON-Potsdam, l’energia sismica dell’evento corrisponde a quella di un terremoto di Magnitudo Mw=5.7. Il meccanismo focale indica nettamente un’esplosione, come evidente dall’analisi del tensore momento.

Confrontando l’energia dell’esplosione vulcanica con quella sprigionata da un altro tipo di esplosione come, per esempio, quella della bomba su Hiroshima (Mw=4.8), la Magnitudo Mw=5.7 calcolata per l’eruzione del Tonga corrisponde ad una carica di 355.000 tonnellate di tritolo (equivalente TNT), quindi almeno 25 volte più grande dell’esplosione di Hiroshima (15.000 tonnellate equivalente TNT).

Se consideriamo che la magnitudo minima di rilevamento di un evento sismico a livello globale (detection threshold) è circa magnitudo M=5, teoricamente i segnali sismici generati dall’evento esplosivo sono stati registrati da tutte le stazioni sismiche a larga banda del mondo.

Le registrazioni sulle stazioni sismiche di Vulcano e Lipari

Uno sguardo alle registrazioni delle stazioni della Rete Sismica Nazionale dell’INGV conferma questa supposizione, almeno per l’Italia, in particolare per le stazioni installate a Lipari e Vulcano (Figura 1).

Figura 1 - Mappa della rete sismica dell’INGV installata Vulcano e Lipari, distanza epicentrale da Tonga 17793 km (~160°).
Figura 1 – Mappa della rete sismica dell’INGV installata a Vulcano e Lipari, distanza epicentrale da Tonga 17793 km (~160°).

La figura 2 illustra, ad esempio, i sismogrammi registrati ad alcune delle stazioni installate alle isole Eolie (contrassegnate dalle sigle ILOS, IVCR, IVGP, IVLT, IVPL, IVUG nella Figura 1). La distanza epicentrale tra Tonga e le isole Eolie è all’incirca 160°, che equivale a 17800 km (Figura 3).

I dati sono stati processati con un filtro passa-basso a 0.1 Hz, che consente di visualizzare la componente a lungo periodo del segnale.

Figura 2 - I sismogrammi (componente verticale) registrati alle stazioni sismiche installate a Vulcano e Lipari (vedi Fig. 1). I terremoti, come anche le esplosioni vulcaniche, generano due tipi di onde sismiche: le onde longitudinali P e le onde trasversali S (che non esistono in un mezzo liquido come per esempio nel nucleo esterno). Queste “onde di volume” si propagano con velocità differenti, come risulta dalla separazione delle varie fasi che arrivano in tempi diversi alle stazioni sismiche.
Figura 2 – I sismogrammi (componente verticale) registrati alle stazioni sismiche installate a Vulcano e Lipari (vedi Fig. 1). I terremoti, come anche le esplosioni vulcaniche, generano due tipi di onde sismiche: le onde longitudinali P e le onde trasversali S (che non esistono in un mezzo liquido come per esempio nel nucleo esterno). Queste “onde di volume” si propagano con velocità differenti, come risulta dalla separazione delle varie fasi che arrivano in tempi diversi alle stazioni sismiche.
Figura 3 - Percorsi all’interno della Terra dei raggi delle onde longitudinali (rosso) nella metà superiore della figura e delle onde trasversali (verde) nella metà inferiore della figura (modificato da Kennett, 2005). Il simbolo del vulcanetto indica la posizione del vulcano di Tonga. Il simbolo del sismogramma indica la posizione delle stazioni sismiche delle Eolie.
Figura 3 – Percorsi all’interno della Terra dei raggi delle onde longitudinali (rosso) nella metà superiore della figura e delle onde trasversali (verde) nella metà inferiore della figura (modificato da Kennett, 2005). Il simbolo del vulcanetto indica la posizione del vulcano di Tonga. Il simbolo del sismogramma indica la posizione delle stazioni sismiche delle Eolie.

I percorsi delle onde

Come indicato dalla linea tratteggiata in Figura 2, l’esplosione del vulcano alle isole Tonga è avvenuta alle ore 04:14:54 UTC circa (05:14:54 ore italiane).

La prima fase che arriva alle stazioni sismiche delle Isole Eolie, viene denominata PKIKP (Figure 2 e 3), in quanto rappresenta un’onda P che prima di aver raggiunto il punto di registrazione ha attraversato il mantello, il nucleo esterno (K) e il nucleo interno (I). Completa il suo percorso, attraversando di nuovo il nucleo esterno e il mantello per arrivare poi quasi agli antipodi.

Il secondo arrivo osservabile nei sismogrammi della figura 2 è la fase PKP, che ha attraversato il mantello terrestre come onda P, per poi viaggiare nel nucleo esterno (K) e per arrivare alla stazione sismica attraversando il mantello (Figura 3)

In seguito troviamo le fasi P e S, che si propagano esclusivamente all’interno del mantello. Tali fasi sono state riflesse in superficie a metà percorso e arrivano alle stazioni sismiche rispettivamente come PP e SS (Figura 3). Le fasi con duplice riflessione in superficie vengono chiamate PPP e SSS.

Dopo 80 minuti si osservano le onde superficiali di tipo Rayleigh che si notano a tutte le stazioni come treni d’onda coerenti. Le onde superficiali, comparabili alle onde concentriche che si propagano sulla superficie dell’acqua di un lago, dopo aver lanciato un sasso, si propagano a scala globale con velocità tra 3.4 km/s e 4.5 km/s (Figura 4).

Figura 4 - Propagazione concentrica delle onde superficiali generate dall’esplosione vulcanica a Tonga
Figura 4 – Propagazione concentrica delle onde superficiali generate dall’esplosione vulcanica a Tonga

In conclusione, dopo l’eruzione del Pinatubo nel 1991, la recente esplosione del vulcano Hunga Tonga-Hunga Ha’apai è stato l’evento più importante degli ultimi tre decenni a livello globale. L’eruzione del 15 gennaio 2022 ha generato un’onda d’urto che si è poi propagata nell’atmosfera, in acqua e nel sottosuolo. Questo è evidenziato a livello globale dalle registrazioni microbarometriche, infrasoniche, ondametriche e sismiche.