Investigating earthquake precursors using EGMS-InSAR time-series

The increasing frequency and impact of seismic events necessitate reliable methods for earthquake estimation. This thesis investigates the potential of the European Ground-motion Service (EGMS) data, utilizing Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) technology, to detect ground-motion anomalies that may serve as precursors to significant earthquakes (magnitude >5.0) in Europe. Focusing on seismically active regions — Greece, Italy, and Croatia — the study employs a twofold methodological approach. First, Velocity-change analysis monitors variations in ground-motion velocity using Persistent Scatterer Interferometry (PSI). By analyzing mean velocity and temporal changes across the selected regions, the study identifies spatio-temporal anomalies correlating with seismic events, providing insights into the evolution of ground-deformation over time. Second, Cumulative Strain-energy Analysis examines the relationship between ground-deformation and strain-energy accumulation in the Earth's crust. Integrating SAR-derived deformation data with strain-energy calculations, the research aims to establish a critical strain-energy threshold indicative of impending earthquakes. Utilizing the EGMS Ortho product, which provides horizontal and vertical displacement components independent of radar geometry, the dataset from 2016 to 2021 offers consistent temporal coverage for tectonic analysis. Initial case studies in Greece validated the methodology, revealing detectable ground-deformation patterns preceding significant seismic events. Applying the approach to Italy and Croatia confirmed its generalizability across different geological settings. The findings contribute to seismic monitoring by offering a framework for early detection of earthquake precursors using EGMS data. The integration of velocity-change and cumulative strain-energy analyses enhances the potential for developing effective earthquake early warning systems, improving disaster preparedness and risk mitigation in earthquake-prone regions.

L'aumento della frequenza e dell'impatto degli eventi sismici richiede metodi affidabili per la previsione dei terremoti. Questa tesi investiga il potenziale dei dati del Servizio Europeo di Movimento del Suolo (EGMS), utilizzando la tecnologia Radar ad Apertura Sintetica Interferometrica (InSAR), per rilevare anomalie nel movimento del suolo che possono servire come precursori di terremoti significativi (magnitudo >5.0) in Europa. Concentrandosi su regioni sismicamente attive — Grecia, Italia e Croazia — lo studio impiega un approccio metodologico duplice. In primo luogo, l'Analisi del Cambiamento di Velocità monitora le variazioni nella velocità del movimento del suolo utilizzando l'Interferometria dei Punti Persistenti (PSI). Analizzando la velocità media e i cambiamenti temporali nelle regioni selezionate, lo studio identifica anomalie spaziotemporali che correlano con eventi sismici, fornendo approfondimenti sull'evoluzione della deformazione del suolo nel tempo. In secondo luogo, l'Analisi dell'Energia di Deformazione Cumulativa esamina la relazione tra la deformazione del suolo e l'accumulo di energia di deformazione nella crosta terrestre. Integrando i dati di deformazione derivati dal SAR con i calcoli dell'energia di deformazione, la ricerca mira a stabilire una soglia critica di energia di deformazione indicativa di terremoti imminenti. Utilizzando il prodotto EGMS Ortho, che fornisce componenti di spostamento orizzontale e verticale indipendenti dalla geometria radar, il set di dati dal 2016 al 2021 offre una copertura temporale coerente per l'analisi tettonica. I primi studi di caso in Grecia hanno validato la metodologia, rivelando pattern di deformazione del suolo rilevabili che precedono eventi sismici significativi. L'applicazione dell'approccio in Italia e Croazia ha confermato la sua generalizzabilità in diversi contesti geologici. I risultati contribuiscono al monitoraggio sismico offrendo un quadro per la rilevazione precoce dei precursori dei terremoti utilizzando i dati EGMS. L'integrazione delle analisi del cambiamento di velocità e dell'energia di deformazione cumulativa aumenta il potenziale per lo sviluppo di sistemi efficaci di allerta precoce dei terremoti, migliorando la preparazione ai disastri e la mitigazione del rischio nelle regioni soggette a terremoti.