El Instituto Nacional de Geofísica y Vulcanología (INGV) de Italia indicó que el primer temblor se produjo a las 20:19 (hora local) del jueves, cerca de Montelcifone, poco más de 100 kilómetros al este de Roma y cerca de las costas del Adriático.
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El epicentro se ubicó a unos 9 kilómetros de profundidad, según informes preliminares.
El segundo sismo ocurrió en el mismo lugar, a las 22:22 (hora local).
Los dos movimientos telúricos se notaron en la costa adriática, en la bahía de Nápoles y, en menor medida, en Roma.
"Hubo un enorme estruendo y un gran miedo", contó Nicola Fratangelo, coordinador de los servicios de protección civil de la región de Molise.
"Toda la gente está en la calle. Hay algunas viejas paredes derrumbadas y fisuras en las fachadas, pero no se ha señalado ningún daño importante", declaró por su parte el alcalde de Montelcifone, Franco Pallota.
Los bomberos dijeron haber recibido muchas llamadas por los daños sufridos por algunos edificios, pero precisaron que no habían sido contactados para rescatar a personas.
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La zona afectada había sufrido el martes otro temblor de magnitud 4.7, que únicamente provocó daños leves.
Gran parte de Italia, situada entre la placa euroasiática y la placa africana, tiene un alto riesgo sísmico.