Con il termine precursore sismico elettromagnetico (Seismic Electromagnetic Precursor o SEP in anglosassone) si fa riferimento ad una ipotesi secondo la quale un forte terremoto sarebbe preceduto da un'emissione elettromagnetica naturale locale osservabileG. Cataldi, D. Cataldi, V. Straser, Variations Of Terrestrial Geomagnetic Activity Correlated To M6+ Global Seismic Activity EGU (European Geosciences Union) 2013, General Assembly, Geophysical Research Abstracts, Vol. 15. Vienna, Austria. Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, High Energy Astrophysics Division, SAO/NASA Astrophysics Data System.Petraki E., Nikolopoulos D., Nomicos C., Stonham J., Cantzos D., Yannakopoulos P. e Kottou S., Electromagnetic Pre-earthquake Precursors: Mechanisms, Data and Models-A Review, Journal of Earth Science & Climatic Change. 2015.Seiya Uyeda, On Earthquake Prediction in Japan, Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. 2013 Nov 11; 89(9): 391–400. doi: 10.2183/pjab.89.391S. K. Park, M. J. S. Johnston, T. R. Madden, F. D. Morgan, H. F. Morrison, Electromagnetic precursors to earthquakes in the ULF band: a review of a observations and mechanisms, American Geophysical Union, Review of Geophysics, 31, 2/May 1993, pages 117-132. Paper number 93RG00820.Stephen K. Park, Precursors to earthquakes: Seismoelectromagnetic Signals, Institute of Geophysics and Planetary Physics, University of California, Riverside. Surveys in Geophysics 17: 493-516, 1996..
Descrizione Nascita della teoria La prima osservazione strumentale verificata di un precursore sismico elettromagnetico fu compiuta nel 1880 da parte del geologo britannico John Milne che la descrisse come un fenomeno di natura elettrica e magnetica connesso ai terremotiMilne John, (1890) Earthquakes in connection with electric and magnetic phenomena, Trans. Seismol. Soc. Jpn., mentre una prova scientifica dell'esistenza dei precursori sismici elettromagnetici risulterebbe dall'analisi delle registrazioni effettuate attraverso la rete di magnetometri dell'Università di Chubu situati a Nakatsugawa (coordinate geografiche; 35.42°N, 137.55°E), Shinojima (34.67°N, 137.01°E), e Izu (34.64°N, 137.01°E), nei giorni che precedettero il forte sisma giapponese Mw9 che si abbatté sulla regione di Tōhoku l'11 marzo 2011 alle ore 14:46:24 locali (UTC+9). Questa osservazione è stata presentata alla comunità scientifica internazionale nel 2013Ohta, K., J. Izutsu, A. Schekotov, and M. Hayakawa (2013), The ULF/ELF electromagnetic radiation before the 11 March 2011 Japanese earthquake, Radio Sci., 48, 589–596, doi:10.1002/rds.20064. Il termine "precursore sismico elettromagnetico" rappresenta dunque un'evoluzione del concetto delle emissioni radio pre-sismiche di Milne, anche rispetto al primo acronimo utilizzato dagli scienziati del XX secolo, SES (da Seismic Electric Signals), che era stato coniato precisamente nel 1981:Varotsos, Alexopoulos & Nomicos 1981, described by Mulargia & Gasperini 1992, p. 32, and Kagan 1997b, §3.3.1, p. 512.
Meccanismo di formazione Possibili spiegazioni sulla origine dei segnali radio pre-sismici sono state proposte da molti ricercatori, ma mai nessuna di queste si è dimostrata definitiva in quanto, soprattutto durante la prima metà del 1900, le ipotesi proposte furono innumerevoli. L'idea predominante tra gli scienziati era che le emissioni radio pre-sismiche fossero delle emittenti naturali locali prodotte attraverso vari tipi di fenomeniPark, S. K., M. J. S. Johnston, T. R. Madden, F. D. Morgan, and H. F. Morrison, Electromagnetic precursors to earthquakes in the ULF band: a review of observations and mechanisms, Review of Geophysics, 31, 117–132, 1993., tra i quali:
l'effetto piezomagnetico, l'effetto piezoelettrico, l'effetto elettrocinetico, la creazione di microfratture.
Oggi la teoria più accreditata, soprattutto dalla fine del secolo XX, afferma che la fonte iniziale della maggior parte delle anomalie sismiche di tipo elettromagnetico siano localizzabili attraverso un'elevata densità di crepe del sottosuolo (teoria delle microfratture) formatesi a seguito di elevate sollecitazioni meccaniche, indotte dal movimento delle placche tettoniche. Si ipotizza che quando una roccia subisce una deformazione meccanica, per effetto piezoelettrico potrebbe emettere una radiofrequenzaVadim Surkov, Masashi Hayakawa. Ultra and Extremely Low Frequency Electromagnetic Fields. Springer Geophysics, 2014.. Un precursore sismico elettromagnetico sarebbe quindi un'emissione naturale localizzata, generata in un'area della crosta terrestre in cui si accumula stress meccanico causato dal movimento delle placche tettoniche. Quando le rocce iniziano a subire una deformazione meccanica, con la delineazione di un piano di faglia, queste, comportandosi come un materiale piezoelettrico, inizierebbero ad emettere una radiofrequenza che raggiungerebbe un rapido incremento di intensità quando lo stress meccanico, superando il carico di rottura della roccia, produce il fagliamento. Quando questo avviene, si ha una rottura delle rocce incluse nel piano di faglia (con la conseguente creazione di microfratture) e segue un rapido scorrimento dei margini della faglia ossia il terremoto.Friedemann T. Freund. Rocks That Crackle and Sparkle and Glow: Strange Pre-Earthquake Phenomena. Journal of Scientific Exploration, Vol. 17, No.1, pp. 37-71, 2003. L'emissione elettromagnetica, secondo questa teoria inizierebbe, quindi, durante la deformazione meccanica delle rocce incluse nella faglia e termina quando queste si frantumano. Questo meccanismo spiegherebbe i precursori sismici elettromagnetici come emissioni radio locali che precedono i terremoti, e perché l'intensità dell'emissione elettromagnetica varia in funzione del tipo e della quantità dei minerali inclusi nel piano di faglia. Infatti i precursori sismici elettromagnetici non sarebbero osservabili in tutti i terremoti a causa del fatto che la crosta terrestre ha una composizione di minerali disomogenea.
Caratteristiche La frequenza delle emissioni radio pre-sismiche (ossia dei precursori sismici elettromagnetici) subisce delle variazioni in funzione del mezzo di propagazione e soprattutto in funzione del tipo di antenna utilizzata per monitorare queste emissioni. La letteratura scientifica disponibile realizzata dalla fine degli anni cinquanta alla fine degli anni novanta sulle emissioni radio pre-sismiche ha chiarito che la larghezza di banda di questi segnali spazia dal limite più basso conosciuto della radiofrequenza rappresentato dalla banda SELF (0-<3 Hz) sino a raggiungere la banda UHF (300-3000 MHz); mentre l'intensità è inversamente proporzionale alla frequenza: le emissioni radio pre-sismiche di maggiore intensità si osservano nella banda SELF-ELF, quelle più deboli nella banda UHF. (Gokhberg et al, 1985, b1995; Slifkin, 1996; Sobolev e Demin, 1980; Varotsos e Alexopoulos, 1986 Bernard, 1992; Dobrovolsky et al, 1989; Fitterman, 1979b; Meyer e Pirjola, 1986; Miyakoshi, 1986; Yoshimatsu, 1957; Noto, 1933; Varotsos et al., 1998; Bernard, 1992; Gershenzon e Gokhberg, 1989, 1993; Hayakawa e Fujinawa, 1994; Johnston, 1989, 1997; Lighthill, 1996; Park, 1996; Park et al, 1993; Rikitake, 1976a, 1976b; Mueler e Johnston, 1990; Honkura e Kubo, 1986; Eleman, 1965; Ivanov, 1939; Leland, 1975; Martner e Sparks, 1959; Mastov et al, 1983, 1984; Solomatin et al, 1983a, 1983b)Radio Emissions Project - http://www.ltpaobserverproject.com/radio-emissions-project-elf---slf---ulf---vlf.html.
I maggiori studi condotti sui precursori sismici elettromagnetici Grazie al progresso tecnologico nel campo dell'elettronica e dell'informatica, dalla fine degli anni '70 la comunità scientifica internazionale fu in grado di realizzare strumenti per la ricerca dei Precursori Sismici Elettromagnetici molto più efficienti di quelli realizzati nei decenni precedenti: la disponibilità di amplificatori operazionali di nuova generazione e l'incremento del bit depth nella codifica dell'audio digitale, consentirono ai ricercatori di analizzare, con un'efficienza mai vista prima, i segnali radio con frequenze dell'ordine dei mHz. Di seguito sono elencati gli studi più importanti che la comunità scientifica internazionale ha realizzato dagli anni '80 sino al 2010; si tratta di studi elencati frequentemente in centinaia di pubblicazioni scientifiche condotte sui Precursori Sismici Elettromagnetici e che hanno consentito di progredire giungendo, attualmente, al concetto di Precursori Sismici Geomagnetici: 1980: Fu osservato un aumento del segnale radio a 81 kHz (Banda LF) alcuni minuti/ore prima di forti terremoti distanti alcune centinaia di Km dal ricevitore (Gokhberg, 1982 e Yoshino, 1991). 1981: In Grecia fu coniato il termine "Seismic Electric Signals (SES)". Venne realizzato il primo impiego scientifico dei segnali radio pre-sismici. (Varotsos, 1993a; Varotsos, 1993b). 1988: Furono osservate anomalie del campo geomagnetico (Banda SELF/ELF) precedere il sisma M6,9 del 7 dicembre, che si abbatté a Spitak, in Armenia (Molchanov, 1992; Kopytenko, 1993). 1989: Venne osservata una variazione del fondo geomagnetico (Banda SELF/ELF: 0,01–10 Hz) che precedette il sisma M7,1 del 17 ottobre che si abbatté a Loma Pietra, nella California Centrale (Fraser-Smith, 1990). 1980-1990: Tra la fine del 1980 e la fine del 1990 furono realizzati osservatori attivi sui Precursori Sismici Elettromagnetici in America, Grecia e Giappone (Varotsos). Anomalie del fondo geomagnetico furono osservate precedere il sisma M8, che si abbatté sul Guam l'8 agosto (Hayakawa, 1996). 1997-2002: Uno studio condotto tra l'Aprile 1997 e il marzo 2002 da due gruppi di ricerca: RIKEN (Physical and Chemical Institute) e NASDA (National Space Development Agency of Japan), è stata riscontrata l'esistenza di anomalie elettromagnetiche nella banda SELF precedere terremoti M6+. 2007: Seiya Uyeda, ricercatrice dell'Università di Tokai, Giappone, afferma che è possibile prevedere i terremoti attraverso una metodologia di indagine multidisciplinare che prevede l'utilizzo di ricevitori radio, sismometri, micro-anomalie del comportamento animale, geodesia, misurazioni GPS e studio della geodinamica. 2010: Viene osservata una stretta correlazione tra l'attività sismica globale M6+ e l'attività geomagnetica terrestre (Banda ELF-ULF) (Gabriele Cataldi, Daniele Cataldi, Valentino Straser).
Altri acronimi riferiti ai precursori sismici elettromagnetici Seismic Electric Signal o SES in anglosassone.P. Varotsos, K. Alexopoulos and M. Lazaridou. Last aspect of earthquake prediction in Greece base on seismic electric signals, II. Tectonophysics, 224 (1993) 1-37 Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam. SeismoElectroMagnetic Signal o SEMS in anglosassone.Quinghua Huang, Motoji Ikeya. Seismic electromagnetic signals (SEMS) explained by a simulation experiment using electromagnetic waves. Physics of the Earth and Planetary Interiors, Volume 109, Issues 3–4, December 1998, Pages 107–114.Motoji Ikeya. Earthquake precursors due to seismic electromagnetic signals (SEMS), Recent Res. Devel. Applied Phys., 2 (1999); 109-127. ElectroSeismic Signal o ESS in anglosassone. Seismic Electromagnetic Precursor o SEP in anglosassone.Jack Y. Dea, Charles I. Richman, Wolfgang-M. Boerner. Observations of seismo-electromagnetic earthquake precursor radiation signatures along Southern Californian fault zones: Evidence of long-distance precursor ultra-low frequency signals observed before a moderate Southern California earthquake episode. Canadian Journal of Physics, 1991, 69(8-9): 1138-1145, 10.1139/p91-173.
Principali progetti scientifici ed enti pubblici o privati che si occupano dello studio dei precursori sismici elettromagnetici IEVPC (International Earthquake and Volcano Prediction Center), Orlando, Florida, USA. Attivo dal 2012.