Un nuovo approccio matematico potrebbe rivoluzionare lo studio dei terremoti
Sotto la superficie: un’idea matematica accende nuove speranze per lo studio dei sismi.
Ogni giorno, la Terra si muove. La maggior parte delle volte in silenzio, senza che nessuno se ne accorga. Altre volte, però, il suolo vibra con una forza che sconvolge intere città, lasciando dietro di sé danni, feriti, memoria. Comprendere meglio come e perché avvengano questi eventi è una delle grandi sfide della scienza contemporanea.
La previsione dei terremoti, per quanto auspicata, resta tuttora un obiettivo lontano. Le faglie si attivano in modi complessi, in tempi che non seguono regole prevedibili. La ricerca, quindi, si è concentrata su ciò che può essere compreso: come le onde sismiche si propagano attraverso il sottosuolo e quali elementi influenzano l’intensità delle scosse in superficie.
È proprio su questo aspetto che si giocano oggi le prospettive più promettenti. Conoscere la composizione interna del terreno permette di stimare meglio i danni potenziali e predisporre infrastrutture più sicure. Ma mappare ciò che si nasconde sotto i nostri piedi è tutt’altro che semplice: richiede modelli estremamente complessi e simulazioni che, fino a ieri, richiedevano risorse computazionali enormi e tempi lunghi.
Negli ultimi anni si è affermata una tecnica detta Full Waveform Inversion, capace di ricostruire la struttura del sottosuolo confrontando i dati reali di terremoti con quelli generati al computer. Questo metodo, però, implica un numero elevatissimo di variabili e simulazioni ripetute, con tempi di calcolo che possono superare le ore anche su supercomputer.
Un’accelerazione senza precedenti
Da questo scenario nasce una collaborazione internazionale che ha prodotto un modello semplificato in grado di ridurre i tempi di simulazione di circa mille volte, senza sacrificare la precisione. Il gruppo, guidato dalla matematica Kathrin Smetana del Stevens Institute of Technology, ha sviluppato un approccio basato sulla model order reduction, una tecnica che comprime l’enorme quantità di dati mantenendo le informazioni essenziali.
Il risultato è un sistema molto più leggero da calcolare, ma capace di restituire una rappresentazione affidabile del comportamento sismico di un’area. La differenza non è solo nei numeri: significa poter eseguire decine di simulazioni in tempo utile per valutare il rischio reale di un territorio, anche in fasi pre-emergenziali.
Uno strumento per la resilienza sismica
Questo nuovo approccio non serve a prevedere quando ci sarà un terremoto, ma quanto potrebbe essere distruttivo in un determinato luogo. In caso di terremoti sottomarini, ad esempio, la capacità di simulare rapidamente l’impatto di un’onda di maremoto permetterebbe di affinare le risposte di emergenza entro la finestra temporale utile prima dell’arrivo del primo impatto a terra.
Il lavoro, pubblicato sul SIAM Journal on Scientific Computing, apre prospettive interessanti per una nuova generazione di modelli di rischio sismico: più veloci, più accessibili, potenzialmente integrabili in sistemi di allerta dinamici. Comprendere meglio il sottosuolo, con meno calcoli ma più precisione, potrebbe cambiare il modo in cui prepariamo le città al prossimo terremoto.