Caratterizzazione sismica dell'area etnea tramite l'analisi della distribuzione spazio-temporale degli intertempi

In this thesis, it has been investigated the space-time variation of the interevent time (IET) distributions at Mt. Etna. The comparison between the IET distributions computed considering the whole dataset of the Sicily and the Italy, shows that the large-scale IETs are well modelled by a Gamma law, while at the entire volcano scale, the distribution of the IETs is a bimodal curve. The two peaks are due: (i) the contribution of local earthquake swarms characterized by very short inter-arrival times, which considerably modify the usual seismic rate, (ii) the background stationary seismic activity. The IET analysis demonstrate that at Mt. Etna the seismicity induced by the pressure of magma is evident in the crustal volume from the surface up to 5 km b.s.l., located in the summit area. For earthquakes with depth greater than 5 km b.s.l., both on the eastern flank of the volcano and on the eastern part of Sicily, the IET distributions are characterized by independent events suggesting that both areas are affected by the same extensional tectonic regime. The distributions both in the western flank of the volcano and in the north-west of Sicily, are bimodal and reveal that in both areas the same compressive regime is acting. Consequently, the seismicity in the crustal volumes of Mt. Etna is affected both by the pressure of the magma and by the action of the regional tectonics, the latter induces: (i) a background seismicity recognizable in every sector of the volcano and (ii) a different style seismic, between the eastern flank and west of the volcano, easily distinguishable for depths greater than 5 km b.s.l.. At the end of the analysis, it has been conducted a thorough study regarding only Mt. Etna, expanding the earthquake catalogue with the data recorded by the seismic network run by the University of Catania during the period 1976-1987. The results obtained using the 1976-2011 catalogue confirm the presence of specific seismic styles into different crustal volumes of the volcano, supporting the considerations carried out using the 1988-2011 dataset and confirming the validity of the statistical used approach. In addition, periodic changes in the frequency of earthquake occurrence in the western sector of the volcano, show a tendency to migration of hypocentres from a deep crustal volumes ( Z > 12 km) to the shallower ones ( 5 < Z < 12 km), before many lateral eruptions. Such a behaviour of the seismicity could be interpreted as the response to a deep recharging phase of the magma plumbing system followed by migration of magma towards shallower levels. Finally, trying to describe the time evolution of the seismicity at Mt. Etna, it appears clear a change in the seismic style of the volcano. The dataset 1976-2011 can be subdivided into four time intervals characterizing: (i) by a lot of lateral eruptions (1976-1987, 2000-2003) and (ii) by intense summit activities (1988-2000, 2003-2011). The temporal analysis of IETs, carried out by selecting different time intervals, shows that the period with frequent flank eruptive activity is correlate to an intense seismic activity, and the occurrence of earthquake swarms is restricted to the level of depth Z < 5 km. A different behaviour characterizes periods of intense summit activity, during which at Mt. Etna is present only a moderate background activity, expressed by many independent events and a minor amount of correlated events.

In questa tesi è stata analizzata la variazione, sia nello spazio che nel tempo, delle distribuzioni degli intertempi (IETs) della sismicità registrata all'Etna tra il 1988 ed il 2011. Il fine di questo studio è quello di identificare il comportamento periodico o stazionario della sismicità etnea e correlarlo alle caratteristiche vulcano-tettoniche della regione. Il confronto con l'analisi della sismicità in Sicilia ed in Italia, mostra che a larga scala gli IETs sono ben modellati da una distribuzione Gamma, mentre su scala del vulcano la distribuzione degli IETs è una curva bimodale, i cui picchi sono dovuti: (i) al contributo di sciami sismici locali caratterizzati da tempi di interriccorrenza molto brevi, (ii) all'attività sismica regionale e stazionaria di background. La variazione spaziale delle distribuzioni degli IETs, nei differenti settori dell'Etna, mostra che la sismicità indotta dalla pressione dei magmi è ben evidente in un volume sismogenico che si estende dalla superficie fino a 5 km di profondità, localizzato nell'area dei crateri sommitali. La sismicità nei volumi crostali etnei risente sia dalla pressione del magma che dell'azione della tettonica regionale; quest'ultima induce (i) una sismicità di background riconoscibile in ogni settore del vulcano ed (ii) un differente stile sismico, tra fianco orientale ed occidentale del vulcano, ben distinguibile per profondità Z > 5 km. Per terremoti con Z > 5 km, sia nel versante orientale del vulcano che nel settore orientale della Sicilia, le distribuzioni degli IETs sono caratterizzate da eventi indipendenti che suggeriscono che entrambe le aree, sono influenzate dello stesso regime tettonico estensionale. Le distribuzioni nel fianco occidentale del vulcano e nel settore nord-occidentale della Sicilia, sono invece bimodali e rivelano che in entrambe le aree agisce lo stesso regime compressivo. Quindi l'analisi degli IETs su sub-dataset etnei ed il confronto con il contesto regionale, conferma che il vulcano è localizzato al confine tra due differenti domini tettonici, come precedentemente osservato da altri autori utilizzando altre metodologie di indagine. A conclusione dell'analisi svolta, è stato condotto uno studio di dettaglio sull'Etna, ampliando il catalogo dei terremoti con i dati registrati dalla rete sismica gestita dall'Università di Catania durante il periodo 1976 1987. Gli IETs sono stati analizzati unitamente alla variazione, nel tempo e nello spazio, della della sismicità nei diversi settori del vulcano, al fine di verificare possibili correlazioni tra l'attivazione di particolari volumi sismogenici e processi eruttivi. I risultati ottenuti avvalorano le considerazioni precedenti e confermando la bontà dell'approccio statistico utilizzato. Inoltre, periodici cambiamenti nella frequenza di accadimento dei terremoti nel settore occidentale del vulcano, mettono in evidenza una tendenza alla migrazione degli ipocentri da volumi crostali più profondi (Z > 12 km) a più superficiali (5 < Z < 12 km), prima di molte eruzioni laterali. Questo fenomeno, potrebbe essere interpretato come la risposta ad una ricarica profonda del sistema di alimentazione seguita da migrazione di magma verso livelli più superficiali. Infine, l'analisi temporale degli IETs, svolta selezionando sub-periodi, in funzione delle variazioni del rate sismico osservate sull'intero dataset (1976-2011), mostra che quando è presente una elevata attività eruttiva laterale, l'accadimento degli sciami sismici è ristretta al livello di profondità Z < 5 km. Un diverso comportamento caratterizza i periodi di intensa attività sommitale, durante i quali all'Etna è presente solo una moderata attività di background, espressa da molti eventi indipendenti ed una quantità minore di eventi correlati.