giovedì 23 novembre 2017

I "nuovi" vulcani scoperti nel Tirreno, le conseguenze scientifiche della scoperta e riflessioni sui media



C’è stato molto clamore intorno alla "scoperta" di una serie di vulcani nel Tirreno e, ovviamente, a questo si è affiancato il solito terrorismo mediatico. Premettendo che come ho già scritto nel passato i lati del Tirreno pullulano di vulcani, ho virgolettato "scoperta" perché in realtà i ricercatori sono andati dove era giusto andare a cercare: se era accertato che il Palinuro e il Glabro fossero dei vulcani, c’era bisogno di definire meglio la geologia dell’area e in particolare definire con maggiore  le altre alture di quella catena, che erano sicuramente altri vulcani. Quindi le novità di questo lavoro sono essenzialmente tre: l’aver definito con esattezza quanti vulcani ci sono nella catena del Palinuro, averli sommariamente descritti tutti e aver fornito una ipotesi piuttosto fondata sul perché di questa attività vulcanica, con una ricaduta delle riflessioni molto valida a livello mondiale. Quanto alla possibilità che il Palinuro sia ancora attivo, come paventato da molti, non mi pare possano esserci, allo stato attuale, certezze in materia. Anzi, mi pare proprio il contrario.


L'arretramento verso SE del piano di subduzione sotto il Tirreno, da [10*
I LIMITI DELLE SUBDUZIONI E LE CONSEGUENZE DEL LORO ARRETRAMENTO. Gli slab sono le parti di crosta terrestre che nelle zone di scontro fra placche rappresentano la crosta della placca "perdente", che va in subduzione, cioè che scende nel mantello. La subduzione non è per sempre, né nel tempo (ad un certo punto inizia, ma prima o poi finisce di esistere o perché l’oceano interposto fra due continenti si chiude o perché cambiano le condizioni geodinamiche) e neanche nello spazio (non esiste una linea continua di subduzioni: prima o poi si arriva al suo lato estremo, dove finisce).
Inoltre durante il suo ciclo di vita la posizione sulla superficie terrestre rispetto al mantello della linea dove la placca inizia la sua discesa varia, normalmente in direzione opposta a quella verso la quale scende. L’arretramento della linea di subduzione, noto come rollback, comporta nella zona interessata dal fenomeno una diminuzione della pressione nella crosta e nel mantello superiore e quindi una risalita del mantello sottostante; la decompressione innesca la formazione e la risalita di magmi e la formazione di un bacino marginale dietro l’arco magmatico. Questo succede soprattutto quando il piano di subduzione è rivolto verso ovest, come lungo la costa pacifica dell’Asia e nel Mare Tirreno, che è nato a causa dell’arretramento dell’arco Calabro – Peloritano.
Una subduzione dal punto di vista spaziale finisce lungo un cosiddetto STEP, Subduction-Transform Edge Propagator (distanziatore del lato della subduzione).
Gli STEP sono sede di vulcanismo a causa delle interazioni fra il margine del piano di subduzione e il mantello circostante, specialmente in caso di roll-back. 


Nella carta dell'Iris Earthquake Browser si vede il progressivo aumento
di profondità dei terremoti che dimostra la presenza dello slab in subduzione
STEP E ROLL-BACK NEL TIRRENO. Una situazione del genere è caratteristica del Tirreno, dove lo slab in subduzione sotto l’arco calabro - peloritano, oltre ad avere subito un forte arretramento, visibile nella immagine si trova isolato:

  • a nord non esiste infatti niente del genere sotto l’Appennino meridionale e centrale: per trovarne uno si deve arrivare all’Appennino Settentrionale sotto la  Corsica e la Toscana. Sul perché i due slab siano separati fra loro da diverse centinaia di km di gap, ci sono varie ipotesi. Per esempio uno strappo laterale [1] o una faglia trasforme [2]
  • anche a ovest tra Sicilia e Sardegna lo scontro fra Africa ed Europa non dà sismicità profonda

Vediamo chiaramente nell’immagine lo slab sotto il Tirreno segnalato dal progressivo approfondirsi della sismicità in direzione NW. Ne ho parlato in questo post.
Riepilogando, il bacino di retroarco del Marsili è caratterizzato da una crosta di tipo oceanico spessa 10–12 km e l’asse di apertura corrisponde alla struttura del Marsili, orientata NNE–SSW. Ha iniziato ad aprirsi a NW dell’arco calabro – peloritano circa 2 milioni di anni fa a causa dell’arretramento di questo. Dopo una prima fase, caratterizzata da velocità fino a 3 cm/anno il movimento ha iniziato a rallentare fino a fermarsi circa 1 milione di anni fa: oggi il bacino del Marsili non solo non si estende, ma al contrario la sua parte meridionale è in compressione come dimostrano le velocità GPS [3]: Sicilia e Calabria hanno una forte componente di movimento verso nord o NE nei confronti dell’Europa stabile, mentre se continuasse l’arretramento dell’arco Calabro dovrebbero muoversi verso sudest. Il bacino dovrebbe sostanzialmente avere in questo sistema di riferimento un movimento nullo o quasi: il fronte compressivo nella piattaforma continentale tirrenica davanti all’isola ne è una conferma [4]. 
La linea di Palinuro e la linea Tindari - Letojanni da [6]
L’arco delle Eolie, che a nord di Stromboli comprende diversi vulcani la cui cima è sotto il livello del mare, è una struttura dell’ultimo milione di anni ed è messo in posto sulla crosta continentale.
L’espansione del bacino del Marsili è avvenuta grazie alle due faglie STEP che lo delimitano e che arrivano anche sulla terraferma:
  • la prima, diretta NNW - SSE è chiamata in letteratura con nomi diversi; comprende il tratto Tindari -  Letojanni, è una trascorrente destra e attraversa l’arco eolico nel suo tratto centrale
  • la seconda è diretta E-W, passa per la catena sottomarina del Palinuro e del Glabro (e quindi viene chiamata linea di Palinuro) per poi finire sulla terraferma in Calabria settentrionale, dove è nota come linea di Sangineto. Questa seconda linea è anche il limite settentrionale del bacino del Marsili: a nord di essa c’è la crosta continentale appenninica spessa tra 25 e 30 km (quindi abbastanza sottile per essere crosta continentale)

Tra queste due faglie, quindi, l’intero sistema dell’arco calabro – peloritano è stato traslato verso SE come nella figura messa all'inizio. Queste due faglie rispondono ad una logica globale: gli STEP infatti sono spesso delle vecchie faglie già esistenti nel continente posto dietro la zona di subduzione [5] e sicuramente la Tindari – Letojanni lo è in quanto prosegue come bordo della scarpata ibleo – maltese (in buona sostanza: è un’altra applicazione delle “cicatrici litosferiche” di cui ho parlato diverse volte).
La Tindari – Letojanni  è sempre attiva, come dimostrano le velocità GPS divergenti tra un lato e l’altro e la frequente attività sismica nella zona del Golfo di Patti e Capo d’Orlando. 
La Palinuro – Sangineto mostra una attività sismica sporadica nel tratto a mare ma in terraferma non mi pare così evidente adesso né dagli eventi sismici né dagli spostamenti delle stazioni GPS.


La catena del Palinuro, da [6]: si nota la netta divisione
fra la parte occidentale e quella orientale 
I VULCANI DELLA CATENA DEL PALINURO. Sicuramente non è un caso che entrambe queste faglie ospitino vulcani: la Tindari – Letojanni Lipari, Vulcano e sua Maestà l’Etna, la Palinuro – Sangineto quelli della catena del Palinuro – Glabro, la cui attività data tra 800 e 300 mila anni fa.
Il lavoro di cui si è molto parlato in questi giorni [6] ha esaminato con attenzione la parte coperta dal mare dello STEP settentrionale, dove era certo che la fascia allineata E-W e lunga 90 km e larga 20 fosse un susseguirsi di edifici vulcanici [7]. La novità è che Cocchi & C sono riusciti nell’impresa di catalogarli tutti in modo chiaro e completo.
Come si vede dall’immagine, presa da [6] la catena presenta circa a metà una discontinuità e quindi gli edifici sono divisi in un gruppo occidentale (la parte del Palinuro) e in un gruppo orientale (la parte del Glabro). I coni maggiori sono contornati anche da coni ausiliari che comunque fanno riferimento a questi edifici principali (ce ne sono almeno 80). I due gruppi di vulcani sono anche morfologicamente distinti:
IL GRUPPO OCCIDENTALE consta di 8 stratovulcani molto alti. Alcuni e mostrano una cima subcircolare e piatta a profondità che vanno da 84 a 130 m. Quindi alcuni di loro emergevano sopra il livello del mare durante le fasi glaciali a basso livello marino.
La forma di questi vulcani fa presumere che il magma sia risalito lungo fratture estensionali allineate in direzione della catena e quindi riflettano una sorta di espansione in direzione nord – sud perpendicolare alla linea tettonica; in effetti i dati, in particolare le indagini sulle anomalie magnetiche, suggeriscono che la messa in posto dei magmi sia stata controllata dalla geometria delle fratture. Annoto che le anomalie magnetiche alle volte sono molto minori di quello che dovrebbero essere a causa della alterazione delle rocce, per cui una magnetizzazione forte è indice della presenza di rocce vulcaniche, mentre la magnetizzazione debole può corrispondere sia a rocce sedimentarie che a rocce vulcaniche alterate. Il trend di fratture inoltre è perfettamente coerente con l’ipotesi che la catena di vulcani sia impostata lungo una faglia trascorrente
IL GRUPPO ORIENTALE è formato da 7 vulcani ed è caratterizzato da altezze molto minori. Le anomalie magnetiche sono molto meno intense. L’interpretazione più logica è che la minore altezza dei vulcani orientali rifletta minori dimensioni degli edifici vulcanici. In alternativa la magnetizzazione è minore perché si tratta di lave molto alterate o perché in quella zona la temperatura è più alta ed è vicino il punto di curie, la temperatura al di sopra della quale scompare la magnetizzazione delle rocce. La modellizzazione preferisce questa ultima ipotesi

IL LAVORO SULLA CATENA DEL PALINURO DIMOSTRA L'IMPORTANZA GENERALE DEGLI STEP. La cosa che ci insegnano i due STEP che circondano il bacino del Marsili è che i 2700 km3 di volume dei vulcani della catena del Palinuro sono superiori sia agli 856 del Marsili che anche ai 2550 km3 di quella delle Eolie, inclusi i vulcani sottomarini.
Quanto all’origine dei magmi, i vulcani della catena del Palinuro insieme a caratteristiche tipiche dei prodotti di arco magmatico tipici delle Eolie, mostrano in più delle significative componenti più profonde che evidenziano la risalita di mantello originariamente posto sotto la parte più vicina al vecchio oceano del continente africano.
Questo dimostra che gli STEP possono mostrare in un’area ristretta una frequenza e una quantità di attività vulcanica superiore a quella media che caratterizza i sistemi di arco magmatico in generale, perché su di loro si addensa la risposta del mantello sottostante durante un arretramento di un fronte di subduzione.


MEDIA ITALIANI E PERICOLOSITÀ POTENZIALE DEL PALINURO. C’è poi la questione della pericolosità attuale di questi vulcani, aspetto che, ovviamente, è stato esaltato dai vari siti internet alla ricerca di click facili.
Qual’è il rischio teorico di questi vulcani celati dalle profondità del Tirreno? Fondamentalmente la possibilità che su questi vulcani si producano delle frane che inneschino degli tsunami (il caso dello tsunami di Stromboli del 30 dicembre 2002 riguarda una frana subaerea ma è un ottimo esempio). Chiaramente un vulcano sottomarino attivo è più rischioso di uno spento, e le frane in un edificio del genere potrebbero verificarsi comunque, a prescindere che si sia attivo o spento.
Parlando di eventi su vulcani attivi, quelli della catena del Palinuro sono tutte caldere con all’interno duomi di lava e, naturalmente, in caso di eruzione la formazione di una nuova caldera potrebbe provocare dei problemi. La domanda che pongo è se nella storia umana ci siano tsunami indicativamente attribuiti a tali cause. Mah, io non ne conosco neanche uno (potrei comunque essere smentito su questo). 
Oltretutto che fra questi vulcani ce ne sia almeno uno attivo non è assolutamente sicuro. Anzi, se di possibili eruzioni del Palinuro si parla, questo, a quanto mi risulta,  si limita a notizie giornalistiche (soprattutto su siti acchiappa – click) e i dati a disposizione parlano di attività vulcanica interrotta almeno 300.000 anni fa. Inoltre non ci sono evidenze che l'attività idrotermale a cui sono dovuti i depositi ricchi di solfuri che abbondano nei fianchi del vulcano persista anche oggi, in quanto tali depositi sono spesso coperti da sedimenti [9]


Le velocità GPS dimostrano che le velocità GPS divergono lungo la linea Tindari - Letojanni
mentre quella di Sangineto non mostra una significativa influenza. da [3]
D’altra parte se lo STEP della  Tindari – Letojanni è ben attivo (come dimostrano sia i dati GPS che l’attività sismica), la dorsale Palinuro – Glabro è marcata da attività sismica molto minore. Una campagna in cui sono stati messi in posizione dei sismografi sul fondo marino tra il 17 e il 28 marzo 1987, ha evidenziato una certa microsismicità in corrispondenza dell’Alcione (un vulcano sottomarino della catena delle Eolie) e, particolare importante, sotto il “monte Diamante”, che in realtà è il Palinuro [8]. E questo potrebbe essere un segnale da verificare.
Fra gli eventi sismici ho trovato solo il meccanismo focale dell’evento M 3.8 del 28 agosto 1992, che conferma il movimento trascorrente sinistro. Andando sulla terraferma non mi consta che la linea di Sangineto sia contrassegnata da valori discordanti delle velocità GPS o da attività sismica particolare (tantomeno da trascorrenze), ed è ben poco probabile poter riferire alla presenza di questa linea l’attività sismica intorno al Pollino.
Però data l’inerzia del sistema – mantello, ci potrebbe ancora esserci qualche fenomeno residuo, anche se PERSONALMENTE sono piuttosto scettico al riguardo nonostante quella leggera attività sismica evidenziata nel 1987 e la probabile presenza sotto la parte orientale della catena (e quindi non sotto al Palinuro, ma al Glabro) di una zona anomalmente calda.
Un po' poco, francamente, per creare l’allarme diffuso da parecchi siti alla ricerca di facili click…
Poi tutto può essere, per carità. Ma non ci sono attualmente dati sufficienti per affermare che il Palinuro sia un vulcano attivo.
E se stessi da quelle parti, mi preoccuperei di più di vivere \ studiare \ lavorare \ passare il tempo libero in una struttura sicura in caso di terremoto, frana o alluvione, eventi infinitamente MOLTO più frequenti di uno tsunami innescato da una eruzione di un vulcano sottomarino….

[1] Wortel and Spakman (2000) Subduction and slab detachment in the Mediterranean-Carpathian region: Science, 290, 1910–1917
[2] Rosenbaum et al (2008) Kinematics of slab tear faults during subduction segmentation and implications for Italian magmatism: Tectonics, v. 27, TC2008–doi:10.1029–2007TC002143.
[3] Farolfi and Delventisette (2016) Contemporary crustal velocity field in Alpine Mediterranean area of Italy from new geodetic data GPS Solutions DOI 10.1007/s10291-015-0481-1
[4] Sani et al (2016) Insights into the fragmentation of the Adria Plate Journal of Geodynamics 102, 121–138

[5] Nijholt and Govers (2015), The role of passive margins on the evolution of Subduction-Transform Edge Propagators (STEPs), J. Geophys. Res. Solid Earth, 120,7203–7230,
[6] Cocchi et al (2017) Volcanism in slab tear faults is larger than in island- arcs and back-arcs Nature communications DOI: 10.1038/s41467-017-01626-w
[7] Passaro et al. (2010) DTM-based morphometry of the Palinuro seamount (Italy, Eastern Tyrrhenian Sea): geomorphological and volcanological implication. Geomorphology 115, 129–140
[8] Soloviev et al (1990) Microearthquakes in the Tyrrhenian Sea as revealed by joint land and sea-bottom seismographs Marine Geology 94, 131-146
[9] Ligi et al (2014) Mapping of Seafloor Hydrothermally Altered Rocks Using Geophysical Methods: Marsili and Palinuro Seamounts, Southern Tyrrhenian Sea Economic Geology 109,2103–2117
[10] Gvirtzman e Nur (2001) Residual topography, lithospheric structure and sunken slabs in the central Mediterranean Earth and Planetary Science Letters 187,117-130



venerdì 17 novembre 2017

Il terremoto del 12 novembre 2017 e la sismicità in Iran e dintorni: la riattivazione di vecchi limiti di placca provocata da nuovi eventi geodinamici


Il terremoto al confine Iran - Irak del 12 novembre mostra la pericolosità sismica di tutto quel settore dell'Asia occidentale: è un caso piuttosto comune in tutta l'Asia, specialmente a nord del Tibet, vedere che una forte sismicità non si annida solo lungo un limite attuale di placca (in particolare in questo caso nell'area quello fra Afro - Arabia ed Eurasia della sutura di Van e dei monti Zagros), ma coinvolge, riattivandoli, alcuni vecchi limiti tra i vari blocchi che, dal Paleozoico Superiore si sono uniti per formare l'Eurasia. 

In Iran e dintorni dal 1975 ci sono stati 57 terremoti con M uguale o superiore a 6
In giallo l'unico vero limite di placca attuale dell'area
In Iran i terremoti hanno provocato decine di migliaia di morti negli ultimi decenni. La causa fondamentale di questa forte (e per di più superficiale, il che la rende più distruttiva) attività sismica è la convergenza fra Eurasia e Afro – Arabia: preferisco parlare di Afro – Arabia perché se da quando nel Terziario si è aperto il Mar Rosso l’Arabia deve essere considerata una placca a se stante, in realtà continua bene o male ad essere solidale dal punto di vista dei movimenti generali all'Africa. 
Il movimento di Afro-Arabia verso l’Eurasia ha provocato dal Cretaceo in poi la chiusura della Neotetide, un bacino oceanico che aveva iniziato ad aprirsi nel Permiano, quando il microcontinente iraniano, insieme al resto di Cimmeria: la convergenza attualmente si svolge in una fascia lunga circa 2000 km e larga oltre 500 che dalla Turchia meridionale si estende in Armenia, Azerbaijan e Iran.

L'OROGENE DEGLI ZAGROS. Il risultato principale della chiusura della Neotetide è l’orogene degli Zagros, una delle thrust-and-fault belt (fasce a pieghe e sovrascorrimenti) più “didattiche” esistenti al mondo, in cui è talmente evidente l’alternanza di pieghe sinclinali ed anticlinali da sembrare quello che si vede quasi una simulazione numerica più che una situazione naturale!! Anche se la velocità di convergenza attuale non è elevata (siamo nell’ordine dei 26 mm/anno) gli Zagros rappresentano una delle thrust-and-fault belt oggi più attive sismicamente. Il terremoto M 7.3 al confine fra Iran ed Iraq del 12 Novembre  2017 si inserisce  perfettamente nella in questo quadro.

Le rocce che formano gli Zagros si sono sedimentate sul margine NE dell’Arabia, che era un tipico margine passivo nella Neotetide. Il lato iraniano era invece il margine attivo e quindi al di là degli Zagros, la cui sutura è quindi il limite fra Arabia ed Eurasia troviamo una vasta gamma di rocce vulcaniche e metamorfiche causate da questa convergenza.
Lo scontro fra Afro – Arabia e Eurasia è stato molto importante per la storia dei mammiferi e anche per l’origine dell’Uomo: i primi scambi faunistici sono avvenuti 39 milioni di anni fa circa e sono ampiamente documentati dalle testimonianze fossili in Africa che a questa età evidenziano una forte discontinuità: i mammiferi euroasiatici hanno invaso l’Africa, soppiantando quasi completamente i meno performanti placentati africani, ridotti ora a qualche forma marginale a parte i proboscidati, gli unici afroteri che, nell’interscambio, hanno avuto successo in Eurasia (e nelle Americhe). Fra questi mammiferi euroasiatici c’erano anche alcuni antropoidi che, da minute creature arboricole di pochi grammi di peso noti in Asia da qualche milione di anni prima [1], trovarono in Africa un ambiente così ideale per il loro stile di vita da promuoverne una grande radiazione e differenziazione in tutto il continente.
Un altro risultato della collisione è la formazione del Plateau Turco – Iranico, una vasta area la cui superficie si trova ad altitudine notevole: ad esempio Teheran è posta ben oltre i 1000 metri di quota e la quota della superficie del lago di Van, in Turchia è ben 1640 metri.

Le quattro fasce sismiche principali che interessano l'area iraniana e i dintorni, da [2]
MA GLI ZAGROS NON SONO L'UNICA FASCIA SIMICA DELL'AREA. In questa carta tratta da [2] vediamo però che gli Zagros, il limite fra Arabia ed Eurasia, dove è avvenuto il terremoto M 7.3 del 12 novembre 2017 non rappresentano l’unica fascia sismica dell’area persiana. Questo in quanto il caso iraniano rappresenta una delle più classiche applicazioni del concetto di “cicatrice litosferica” e la spinta dell’Afro-Arabia  si manifesta anche altrove, avendo riattivato tutta una serie di cicatrici di precedenti scontri fa placche. Avevo parlato di alcune cicatrici litosferiche in questo post.

Quella iraniana è uno dei principali componenti di quel mosaico di microplacche che, da Ibera a Burma, si trova interposto fra Eurasia e aree precedentemente apprartenute al Gondwana. Giova ricordare che Eurasia e Gondwana, sebbene originatisi da analoghi processi (e cioè la collisione di vari continenti con la chiusura di oceani fra loro precedentemente interposti) abbiano un’età nettamente diversa: il Gonwana è un continente “vecchio”, che si è assemblato come supercontinente all’incirca a cavallo del passaggio Neoproterozoico – Permiano (insomma, una delle varie “Pangee” ante - litteram), mentre l’Eurasia si è formata dal Paleozoico superiore proprio grazie al riassemblaggio in modo diverso e in tempi diversi di pezzi di Gondwana che si erano precedentemente staccati da esso (Siberia, Cina Settentrionale, Cina Meridionale, Yakuzia, Cimmeria, Cratone est europeo, Avalonia, Kazakhstan, Tarim, India etc etc)

Dopo gli Zagros, la seconda fascia è quella lungo le coste meridionali del mar Caspio: l’Iran dopo essersi staccato dal Gondwana nel Permiano insieme al resto della Cimmeria, si è scontrato fra Triassico e Giurassico a nordest con il Kazakhstan: le fasce montuose di Talish, Alborz e del Kopeh Dagh, che appunto delimitano a sud il Caspio, sono il risultato di questo importante evento tettonico.
Quando poi si è chiusa la Neotetide la spinta dell’Arabia ha iniziato a esercitare una certa influenza anche sul vecchio orogene cimmerico, innescando una nuova fase tettonica che ha prodotto nuovi piegamenti e zone di faglia che interessano non solo i sedimenti post-cimmerici depositati a nord della catena dopo la sua formazione mesozoica, ma anche la catena stessa. Una vera manna per i geologi strutturali che possono qui studiare come l’eredità delle vecchie strutture influenzi le deformazioni successive.
Una terza fascia sismica corrisponde ad un’altra cicatrice, lungo la sutura del Sistan, posta fra Iran e Afghanistan, dove un altro bacino oceanico era interposto fra questi due blocchi. Qui la chiusura è avvenuta tra Cretaceo e Paleocene quindi è più recente rispetto a quella cimmerica. La compressione provocata da Afro – Arabia ha poi trasformato il vecchio limite compressivo in una trascorrenza destra intracontinentale. 
Annoto che nel Sistan c’è anche un magmatismo successivo post-orogenico simile a quello europeo che ha seguito il collasso dell’orogene varisico (per i lettori più anziani, sarebbe quello ercinico)
Anche la quarta fascia sismica, quella che attraversa il Mar Caspio e borda il Caucaso, riprende un vecchio limite compressivo. I dati di Walters et al dimostrano che lungo la fascia contrassegnata dalla linea arancione l’Iran si muove di circa 1 cm all’anno verso NW rispetto all’Eurasia [2].

L'arco magmatico mesozoico di Sanandaj–Sirjan
e quello - più recente e più esteso - di  Urumieh–Dokhtar, da [3]
VULCANISMO NELL'AREA DAL MESOZOICO AD OGGI. La convergenza in questo momento non origina un magmatismo significativo ma ce n’è stato parecchio nel passato. A NE della fascia degli Zagros ci sono due archi magmatici in stretta successione provocati dalla collisione Arabia – Iran: il più antico e più vicino agli Zagros è quello di Sanandaj–Sirjan, attivo nel Mesozoico, più o meno da poco prima dell’inizio del Cretaceo. Immediatamente oltre si trova la seconda fascia di arco vulcanico, quella di Urumieh–Dokhtar, che dal Terziario arriva fino ai nostri tempi e ha interessato tutto il plateau turco – iranico, 
Una momentanea intensificazione del vulcanismo nel Miocene è stata attribuita alla rottura del piano di subduzione sotto l’Anatolia [4]. È un fenomeno frequente quando, finita la subduzione oceanica, la zolla oceanica prosegue a scendere nel mantello mentre la sua parte continentale rimane a basse profondità (anche sotto gli Zagros dovrebbe essere successa la stessa cosa). 
Nel quaternario il magmatismo è diventato più sporadico (anche se nell’Olocene l’eruzione dell’ Hasan Dan in Turchia è stata parecchio importante anche a livello climatico e non solo locale). Il vulcano più vicino all’area del terremoto del 12 novembre è il Sahland, nell’Azerbaijan iraniano (non in quello indipendente), ad oltre 200 km dall’epicento e la cui attività dovrebbe essersi conclusa qualche centinaio di migliaia di anni fa, anche se alcuni Autori riportano una eruzione nell’Olocene [5].  

LA STRUTTURA DEI MONTI ZAGROS. Gli Zagros, procedendo dallo stretto di Hormuz verso la Turchia cambiano orientamento a metà del golfo Persico, da una direzione WNW si dirigono decisamente più verso nord entrando nel continente. 
Quindi se nella parte SE la compressione è assolutamente perpendicolare alla catena, in quella NW la compresisone è obliqua, per cui ci sono una componente compressiva e una trascorrente. Questa ultima viene assorbita essenzialmente da una faglia trascorrente parallela alla catena. C’è un analogo importante e cioè la faglia che a Sumatra scorre parallela alla costa dell’oceano Indiano: a Giava, che è orientata invece perpendicolarmente rispetto alla convergenza fra la zolla euroasiatica e quella Indoaustraliana questa struttura non esiste.
Sezione dell'orogene degli Zagros nella zona del terremoto M 6.2 di Mormori del 2014 , da [6] 

Meccanismo focale del terremoto del 12 novembre 2017 secondo USGS
IL TERREMOTO DEL 12 NOVEMBRE. Il terremoto M 7.3 al confine Iran-Iraq del 12 novembre 2017 è avvenuto in territorio iraniano a circa 220 km a NE di Baghdad ed è stato percepito in tutto il Medio Oriente. Si tratta di un evento compressivo originatosi a circa 25 km di profondità. Al momento non è ancora stato chiarito se si tratta di un piano di faglia poco inclinato verso NE o piuttosto inclinato in direzione SW. La prima soluzione coincide con l’andamento tettonico generale e con una rottura ipoteticamente prodottasi al limite fra le due placche, ma siccome siamo in una zona un po' particolare, perché da quelle parti l’andamento della catena non è del tutto lineare, la seconda ipotesi non può essere scartata a priori. Il piano che si è mosso è lungo circa 65 km e largo 25 km.
La prima soluzione è preferita anche in analogia con il terremoto M 6.2 del 18 agosto 2014 avvenuto 300 km più a SE vicino a Mormori, di cui vediamo una interpretazione del movimento su una sezione geologica di riferimento [6].

Un altro particolare interessante che lega questi due grandi terremoti è che entrambi sono stati preceduti da eventi minori nelle ore immediatamente precedenti: a Mormori il giorno prima dell’evento principale ci sono state due scosse Mw 4.5 and 4.6: per questo la popolazione era fuori casa e quindi nonostante i 10.000 senzatetto provocati dalla scossa principale non c’è stata nessuna vittima.
Il terremoto del 12 novembre invece, avvenuto alle 18.18 GMT, è stato preceduto da un evento M 4.5 alle 17.31.

[1] Gebo et al (2012) Species Diversity and Postcranial Anatomy of Eocene Primates from Shanghuang, China Evolutionary Anthropology 21:224–238
[2] Walters et al (2017) Constraints from GPS  measurements on the dynamics of the zone  of convergence between Arabia and Eurasia, J. Geophys. Res. Solid Earth, 122, 1470–1495  
[3] Omrani et al (2008) Arc-magmatism and subduction history beneath the Zagros Mountains, Iran:A new report of adakites and geodynamic consequences Lithos 106, 380–398
[4] Okay et al 2010, Apatite fission-track data for the Miocene Arabia-Eurasia collision Geology38,35–38
[5] Karakhanian et al 2002 Holocene-historical volcanism and active faults as natural risk factors for Armenia and adjacent countries Journal of Volcanology and Geothermal Research 113, 319-344
[6] Motagh et al 2015 The 18 August 2014 M w 6.2 Mormori, Iran,Earthquake: A Thin-Skinned Faulting in the Zagros Mountain Inferred from InSAR Measurements Seismological Research Letters, v. 86, i. 3, p. 775-782
      

giovedì 2 novembre 2017

La geologia del poligono nucleare coreano di Punggye-ri e il possibile blocco forzato degli esperimenti per problemi al sito


La notizia di un crollo in un tunnel nel poligono nucleare di Punggye-ri, nella parte nordorientale della Corea del Nord, ha iniziato a diffondersi lunedì sera. L’incidente, sempre secondo notizie frammentarie, sarebbe avvenuto in due tempi: un primo crollo seguito da un secondo che avrebbe coinvolto anche i soccorritori intervenuti a seguito del primo. La notizia è stata diffusa inizialmente, a quanto mi risulta, da una televisione giapponese e successivamente ha rapidamente fatto il giro del mondo. Non affronto in particolare la questione del pericolo di emissioni radioattive, in quanto non ho né grandi conoscenze in materia né ho a disposizione nessun dato. Mi limito ad osservare che del problema si occupano agenzie governative di una certa importanza e non siti da clickbiting, per cui l’allarme deve essere considerato “serio” e che la geologia della zona non è del tutto tranquillizzante, anche se i test successivi a quello del 2006 sono stati condotti in un'area sicuramente migliore rispetto al primo dal punto di vista delle emissioni di radionuclidi.



GLI ESPERIMENTI NUCLEARI DELLA COREA DEL NORD. Nascondere un esperimento nucleare è impossibile, visto che la rete mondiale dei sismografi è in grado senza problemi di rilevarlo. In questo post ho descritto il test del 6 gennaio 2016 e spiegato come si può capire che si è trattato di un test atomico e non di un terremoto naturale dallo studio dei sismogrammi. Ad oggi gli esperimenti nucleari del regime coreano sono 6:

  • 9 ottobre 2006, M 4.3
  • 25 maggio 2009 M 4.3
  • 12 febbraio 2013 M 5.1
  • 6 gennaio 2016 M 5.1
  • 9 settembre 2016 M 5.3
  • 3 settembre 2017 M 6.3

Il test del 2006 era stato considerato all'inizio da qualcuno come "dubbio" da qualcuno che, lì per lì, aveva avanzato l'ipotesi che l'esplosione fosse stata dovuta ad una grande quantità di esplosivo convenzionale (insomma... alla faccia della "grande quantità"....). I successivi rilasci di materiale radioattivo hanno convinto anche gli ultimi scettici, e costretto, come vedremo, i nordcoreani a spostare gli esperimenti da una zona caratterizzata da rocce che presentano una intensa foliazione (gneiss archeani o graniti scistosi mesozoici - rocce che dopo la loro formazione sono state sottoposte a intensi fenomeni deformativi) ad un'altra area del sito caratterizzata da rocce magmatiche non deformate e massicce [1]. Le cose non sono andate nel verso giusto anche dopo il test del 12 febbraio 2013, a cui è seguito un lieve rilascio nell'Aprile successivo riconosciuto dalla presenza di due isotopi radioattivi dello Xenon, il 131 e il 133. Si suppone, comunque, che questo rilascio sia stato dovuto da improvvide attività dei coreani (una ripresa dei lavori troppo frettolosa nel tunnel precedentemente scavato, com evidenziato dalle foto satellitari) più che ad emissioni dovute alla geologia del sito.
Dalla Magnitudo raggiunta via via dagli esperimenti si vede l'escalation della potenza degli ordigni nucleari impiegati e si vede come l’ultimo test, il 3 settembre 2017, sia stato decisamente più forte degli altri, originando un terremoto di M 6.3, non solo registrato in tutto il mondo dai sismografi, ma anche avvertito in diverse aree limitrofe: qui sopra la relativa carta del “do you feel it?” compilata dallo USGS.
Carta tettonica della Cina e della Corea da [2]:
si nota come il prolungamento della fascia di Sulu verso la Corea sia dubbio


LA GEOLOGIA DEL SITO. La Corea del Nord dal punto di vista geologico sarebbe un Paese davvero interessante dato che è compresa in buona parte nel massiccio del Nangrim, composto da rocce di età fino al tardo Archeano (oltre 2.5 miliardi di anni fa). L’interesse non è puramente scientifico, ma anche minerario: per esempio ospita giacimenti di vari minerali, comprese le terre rare. I rapporti del Nangrim e degli altri massicci che compongono il resto della penisola coreana con i grandi blocchi di Cina settentrionale e Cina meridionale unitisi nel mesozoico lungo l’orogene di Dabie sono ancora parecchio controversi. Quando fu pubblicata questa carta, nel 2006 [2], gli autori si guardarono bene dall’attribuire all’una o all’altra Cina i massicci coreani e devo dire che le idee in materia sono ancora poco chiare [3].


Venendo al sito, gli avanzamenti nel monitoraggio sismico insieme alle immagini satellitari hanno permesso di risalire alla posizione dei test con una approssimazione dell’ordine delle poche centinaia di metri.

La cartografia geologica dell’area è scarsa: i giapponesi durante l’occupazione della penisola coreana compilarono delle carte negli anni ‘30 ma solo di aree limitrofe, mentre la cartografia pubblica ufficiale coreana disponibile è in scala 1:1.100.00, decisamente non utile nel caso in oggetto. Quindi il governo USA ha promosso un rilevamento geologico sfruttando le tecniche satellitari, le quali non possono dare risultati estremamente precisi ma sono lo stesso capaci di dare un’idea della situazione. Il sito è sotto il monte Manthap, la cui sommità è composta da 200 metri di una sequenza vulcanica quaternaria (basalti, tufi e lave riolitiche): si tratta di alcuni fra i più recenti prodotti di una vasta serie di vulcaniti diffuse nella zona a cavallo fra Cina, Russia e Corea dal Terziario ad oggi e di cui fanno parte dei vulcani attualmente attivi in Cina orientale e Corea. Ovviamente, le vulcaniti non fanno parte delle rocce propriamente coinvolte negli esperimenti, che, come si vede nella sezione qui sotto, appartengono al sottostante basamento metamorfico composto dai graniti archeani e da una successione sedimentaria del Paleoproterozoico inferiore (e quindi di almeno 2 miliardi di anni fa), che presumo sia metamorfosata. Eventi orogenici successivi hanno deformato il basamento archano, dividendolo in blocchi e le serie sedimentarie sono oggi delle scaglie tettoniche interposte tra i graniti. L'evento principale è quello mesozoico legato alla collisione avvenuta all’epoca fra Cina Meridionale e Cina Settentrionale, che ha prodotto a sua volta una abbondante serie di graniti e di altre rocce magmatiche. La cartografia satellitare non è in grado di distinguere graniti archeani da graniti mesozoici.
La possibile presenza di calcari nella sequenza sedimentaria paleoproterozoica è un motivo di preoccupazione in quanto queste rocce possono diventare vie di fuga di radionuclidi. Però, siccome dovrebbe essere stata identificata la cava di calcare usata per produrre il cemento dei tunnel, che si trova a qualche km di distanza, è probabile che nell’area del poligono questi calcari non ci siano.
Le indagini satellitari hanno evidenziato delle aree in cui la fratturazione è particolarmente importante (e le fratture possono essere una rilevante via di fuga di radionuclidi). Questa circostanza è probabilmente alla base dell’abbandono delle attrezzature nella parte più orientale del sito dopo il 2006 e le relative fughe di radionuclidi: in questa immagine vediamo proprio le differenze nella struttura dell’area tra la parte orientale, teatro del test del 2006, e quella occidentale, teatro dei test successivi.

LA SEQUENZA DEL 2017. Anche in occasione dell'esperimento del settembre 2017 qualcosa ha funzionato male, ma non nel senso di una emissione di radionuclidi (almeno per ora), ma nel senso che a parere mio sia stato sottostimato il rischio di problemi geologici derivati dall'esplosione: insomma, territorio circostante non è stato in grado di assorbire il colpo. Sta di fatto che le conseguenze dell’esperimento sono parecchie. Innanzitutto una anomala attività sismica successiva all'esperimento: se si eccettua l'attività antropica l’area è praticamente priva di eventi sismici, almeno dal 1970. Nei dintorni l’unica zona in cui davvero si scatenano terremoti in modo consistente e continuo è, ad un centinaio di km a NW dal poligono nucleare,  quella intorno al Paektu (in cinese Changbaishan) il vulcano posto al confine con la Cina,  la cui eruzione del 946 d.C. è stata una delle più importanti eruzioni degli ultimi 2000 anni a scala mondiale (l'ultima eruzione data al 1903). Ovviamente si tratta di attività strettamente legata alla presenza del vulcano stesso.




Come si vede dalla lista qui sopra, gli esperimenti precedenti non hanno provocato repliche; al contrario dopo il 3 settembre ce ne sono state ben 3, di cui una a M 4.1 appena 8 minuti dopo l’evento: questa è stata un segnale di allarme piuttosto preoccupante che già allora ha destato qualche dubbio sul rischio di fuoriuscita di emissioni radioattive (anche se mi risulta per fortuna essere al momento un rischio solo teorico).

A questo evento ne sono seguiti almeno altri due, il 23 settembre e il 12 ottobre.
Questa è la descrizione dell’evento del 23 settembre, decisamente fortino e che qualche problema in un tunnel in corso di scavo può davvero averlo dato. Il commento che è evidenziato è lo stesso che lo USGS riporta per il terremoto del 12 ottobre, per il quale si possono fare le stesse considerazioni:





LE FRANE. Le immagini satellitari hanno mostrato che già gli esperimenti precedenti hanno innescato delle frane, in  particolare modo sul monte Manthap, dove nelle vulcaniti quaternarie la presenza di tufi alternati a rocce più consistenti è un fattore di rischio notevole per la creazione di frane: i tufi, specialmente se umidi, sono dei classici "orizzonti proni allo scivolamento"! Lo scuotimento scatenato dal test del 3 settembre ha indotto anche altre frane (ricordo che l’esplosione è stata praticamente in superficie e quindi il risentimento è stato estremamente elevato per una intensità di quel genere). Non sono in grado di dire se si tratta di “nuove” frane o di riattivazione di vecchi corpi di frana, soprattutto considerando la predisposizione naturale del territorio coreano alle frane a causa del regime di precipitazioni intense.
Ne vediamo qui un esempio:

IL DISASTRO DEL TUNNEL. Del disastro mentre scrivo queste note non esiste certezza assoluta, ma è “altamente probabile”.  Come è probabile la sua dimensione: una notizia del genere per "passare" all'esterno del Paese deve essere davvero grossa... Tantomeno è sicuro dove esattamente all’interno del sito sia successo l’incidente e quando.

La Reuters riferisce una data intorno al 10 settembre. Dal mio punto di vista sono portato a pensare che ci possa essere un legame fra i due terremoti che hanno colpito l’area di Punggye-ri e il disastro, cosa che renderebbe come date più probabili il 23 settembre o il 12 ottobre. Questo perché ritengo possibile che il crollo sia avvenuto in concomitanza con un evento sismico. In più, l'evento del 12 ottobre mi pare realisticamente quello più probabile perché anche se la localizzazione non è sicura al 100% sarebbe avvenuto un pò più a nord della zona degli esperimenti: è quindi possibile che vista la brutta situazione dell'area principale abbiano cercato di andare più a nord (allungando un cunicolo già scavato in precedenza) nella speranza di trovare un'area in cui le condizioni della roccia non siano state stravolte dall'esperimento del 3 settembre. In un granito se non si fa una grande attenzione al consolidamento e si procede con uno scavo veloce (e se venisse confermato il numero di vittime è chiaro che tutta quella manodopera serviva per andare veloci...), un avanzamento di quasi 10 metri al giorno è realistico, per cui, sfruttando appunto in parte un tunnel preesistente già scavato in quella direzione in previsione di nuovi esperimenti, essere arrivati a quasi 2 km dal sito del 3 settembre è uno scenario abbastanza realistico.

La ricerca di una zona un pò distante da quella usata fino ad oggi e la minaccia di effettuare un esperimento nucleare nel Pacifico potrebbero indicare che il regime nordcoreano abbia chiaramente presente di non poter più usare il sito di Punggye-ri per ulteriori esperimenti a causa dei danni patiti dall'area del poligono nell'ultimo esperimento: questa ipotesi era già stata avanzata prima della notizia del crollo, notizia questa ultima che rafforza ulteriormente questo quadro.

[1] Coblentz e Pabian 2015 Revised Geologic Site Characterization of the North Korean Test Site at Punggye-ri Science & Global Security 23 - Issue 2 http://dx.doi.org/10.1080/08929882.2015.1039343
[2] Zhao et al (2006) Implications based on the first SHRIMP U–Pb zircon dating on Precambrian granitoid rocks in North Korea Earth and Planetary Science Letters 251, 365–379
[3] Kim et al 2013 Tectonic linkage between the Korean Peninsula and mainland Asia inthe Cambrian: Insights from U–Pb dating of detrital zircon. Earth and Planetary Science Letters 368, 204–218




domenica 29 ottobre 2017

Le faglie secondarie (splay faults) attivate dal terremoto del 30 ottobre 2016 nel bacino di Castelluccio



È passato un anno da quando, preceduta da un altro evento significativo il 26, la faglia del Monte Vettore ha provocato il terremoto del 30 ottobre 2016. Nonostante tutto questo evento verrà ricordato per la sua violenza e per le distruzioni, ma non per i morti: questo non è successo per un buon livello dell’edilizia, soltanto perché a causa delle forti scosse che lo hanno preceduto le case, non solo quelle lesionate dagli eventi precedenti,  erano disabitate. La Magnitudo di questo evento è stata tale da provocare vistosi effetti superficiali, e non solo lungo la faglia del Vettore: lungo le pendici del bacino di Castelluccio si può osservare una numerosa serie di piccole faglie accessorie, le cosiddette "splay faults". Nel congresso di Camerino del luglio scorso sui 3 grandi terremoti recenti dell'Appennino Centrale (o, meglio sulle tre grandi sequenze sismiche del 1997, 2009 e 2016) ho potuto rendermi conto realmente di questo aspetto presente nella zona di Castelluccio. In questo post farò vedere una serie di esempi in merito. 



Questo è un post essenzialmente fotografico e quindi, a parte la prima immagine che è una carta degli splay della Alpine Fault in Nuova Zelanda, il testo si limita quasi esclusivamente a didascalie esplicative delle immagini, sotto alle stesse. L'impaginazione è insoddisfacente, purtroppo, soprattutto usando uno schermo grande. Me ne scuso, ma non sono riuscito a fare meglio di così.


Il sistema di faglie di Marlborough, tipico esempio
di ramificazione di una faglia, in questo caso
la alpine Fault che taglia tutta la Nuova Zelanda
Quando tanti anni fa di ritorno da una magnifica escursione sui monti Sibillini passai da Castelluccio rimasi meravigliato da quel paesaggio così bello e assolutamente unico. Invito tutti ad una gita in zona, anche se ora le strade sono quelle che sono: per chi fa un viaggio in Umbria dovrebbe essere una meta obbligatoria. L’immagine di quella piana in mezzo ai monti dominata da una montagna altissima mi si è indelebilmente impressa nella mente. Rimasi molti colpito anche dalle testimonianze di tettonica attiva: il terremoto del 1997 era avvenuto da poco e sapevo benissimo di essere in una delle zone sismiche più importanti d’Italia, anche se negli ultimi secoli, dopo gli eventi del ‘700, la situazione era rimasta abbastanza “calma” (ed è questo aspetto che, per esempio è stato determinante per la distruzione di Amatrice, per la quale i ricordi sismici sono ancora più lontani [1]).
Nell’area di Castelluccio, quella più colpita dagli eventi del 30 ottobre, la fagliazione superficiale è molto evidente, non solo lungo la faglia principale, ma anche lungo altre faglie secondarie, le cosiddette splay faults. In questo post vorrei far vedere alcuni effetti geologici significativi, che specialmente per chi non è addetto ai lavori sono probabilmente sconosciuti e cioè le deformazioni provocate dalle splay faults.
Splay è un termine che riesco a tradurre difficilmente e il concetto di splay fault in Italia è poco noto, e vediamo quindi di specificarlo meglio: si tratta di un piano di faglia secondario che si dirama da quello principale.
In questa carta si vedono, ad esempio, i vari rami in cui si divide la Faglia Alpina nella parte settentrionale della Nuova Zelanda.
Qui ovviamente siamo ad una scala molto minore, ma a Castelluccio ho personalmente visto 3 splay della faglia principale del monte Vettore. Anche i lavori di Galli & C (per esempio [2]) sono stati effettuati lungo uno splay e non sulla faglia principale, così come le numerose trincee scavate in zona da INGV negli ultimi mesi.
Queste foto sono tutte prese da me durante il field trip del congresso “three destructive earthquakes along the Central Apenninic fault system”, a parte una ricavata da Steeet View e una da Tiziano Volatili dell’Università di Camerino lo illustrano in maniera soddisfacente.   


A luglio scorso ho parlato di Colfiorito e della faglia che, bloccando il fiume Chienti, ha formato il lago ora bonificato. Quella delle faglie che bloccano il ruscellamento e ne provocano alle volte persino l’inversione è una situazione comune in tutto il settore umbro – marchigiano e abruzzese, a scala più o meno grande; soltanto che a parte Colfiorito dove ci sono essenzialmente arenarie e argilliti piuttosto impermeabili, la circolazione carsica dei calcari dei Monti Sibillini e della piattaforma abruzzese consente alle acque superficiali di penetrare nel sottosuolo evitando il ristagno superficiale delle acque e la conseguente formazione di laghi. Lo stesso bacino di Castelluccio è letteralmente costellato di doline e senza la presenza di questi calcari permeabili, non avendo un emissario naturale in superficie, sarebbe stato occupato anch’esso da un lago.



GLI SPLAY DI FORCA DI GUALDO



Forca di Gualdo è il limite settentrionale del bacino di Castelluccio ed è già nel territorio del comune di Castelsantangelo sul Nera. Vi sorgeva la cappella della Madonna della Cona, crollata a causa delle scosse del 2016. La strada provinciale che congiunge Castelluccio a Castelsantangelo è ancora chiusa tranne che per gli addetti ai lavori e quindi per adesso quella zona è irraggiungibile  a meno di non fare un lungo tratto a piedi.




Dalla forca una strada bianca porta in una zona dove i due splay sono ben visibili, come è illustrato da questa immagine di StreetView scattata prima degli eventi sismici. 




Nell’immagine vediamo i due splay che si sono attivati il 30 novembre in questa zona: il primo probabilmente solleva la cresta a cui appartiene (anzi, meglio, ribassa la parte avanti). Il rigetto in alcuni punti è di oltre 30 cm. 





È interessante notare che a causa di quel rigetto il primo splay ha bloccato il corso di un piccolo rio, per cui dopo il terremoto si era formato un laghetto, che comunque è stato di breve durata. Mi scuso ma purtroppo non mi ricordo se il prosciugamento sia stato naturale (per scarsezza di precipitazioni, sblocco della soglia o percolamento nel terreno) o dovuto ad un apposito intervento antropico. Nell’immagine ho evidenziato all’incirca l’area che si era allagata. Si vede anche una trincea scavata da INGV per studiare la storia di questo splay.




Il secondo splay si trova alla base di una altura ed è evidente come l’altura stessa sia stata creata da questa faglia che ribassa la parte antistante. 




Questo dettaglio è molto interessante: il dislocamento del 30 ottobre si distingue benissimo perché corrisponde alla parte bianca non ancora alterata, ma la parte alterata costituiva lo stesso (sia pure in parte) uno scalino anche prima del 30 ottobre: l’erosione non aveva ancora eliminato gli effetti dei movimenti precedenti.  




Una conseguenza dell’abbassamento del terreno antistante al secondo splay è, ancora una volta, la creazione di uno sbarramento, e quindi di un lago temporaneo; solo che questo secondo bacino è decisamente più importante di quello determinato dal primo splay perché la quantità di ruscellamento è sicuramente maggiore rispetto a quello del primo splay perché è più a valle del primo e riceve acqua anche da altri sottobacini oltre a quello del primo. È un fenomeno accaduto svariate volte nella storia (e cioè quando un forte evento sismico ha determinato l’abbassamento del piano) ed ha una conseguenza stratigrafica particolare: il lago è un po' meno effimero del primo e ha deposto un po' di sedimenti, e cioè il terriccio che vediamo in quest’altra immagine.  

Il lago si è formato più volte ma è sempre stato effimero: l’erosione della soglia o la circolazione sotterranea hanno sempre consentito prima o poi alle acque di defluire via dal piano.




LO SPLAY DI FORCA DI PRESTA





Un altro splay interessante è dall’altra parte del bacino di Castelluccio, a Forca di Presta, lungo la strada che porta ad Arquata del Tronto. Siamo per poche centinaia di metri fuori dall’Umbria, nella provincia di Ascoli Piceno.

Qui la faglia secondaria corre più o meno parallela ad un precipizio. Però la faglia non corrisponde al precipizio stesso ed è impostata sul pianoro immediatamente prima. Siccome il movimento ribassa la parte opposta a quella del precipizio, ha formato una collinetta, come si vede da questo mio (scadente, lo ammetto...) disegno.
Lo splay comincia dalla strada e ci passa in mezzo all’altezza di una curva, quando brevemente passa lungo una trincea.




Il 30 ottobre 2016 lo splay di Forca di Presta ha letteralmente tagliato in due la strada, abbassando la parte interna della curva di una quindicina di centimetri; per cui la parte esterna ora è contraddistinta dall’asfalto “nuovo”, perché  per ripristinare la viabilità è stato necessario “piallare” questa parte fino a farla arrivare al nuovo livello a cui si è spostata la parte interna. La vediamo nella foto.



Queste altre immagini mostrano l'area dello splay di forca di Presta a sud della strada provinciale 34:





Si osserva la valle che originariamente scendeva verso il precipizio ma che è stata “chiusa” dal sollevamento provocato dallo splay (lungo la faglia si è “curiosamente” impostata una dolina!!) e la posizione della trincea scavata da INGV.





Questa è la trincea scavata da INGV con la traccia di un paleoterremoto che ha dislocato i sedimenti e provocato uno scalino nel quale si sono depositati sedimenti successivi all'evento.





Questo invece è un primo piano della collinetta che si è formata a causa dello splay. Siamo a circa 200 metri a sud della zona della trincea. Alla base della collinetta si nota ancora la fratturazione del terreno avvenuta il 30 0ttobre 2016.



IMMAGINI DELLA FAGLIA PRINCIPALE DEL 30 OTTOBRE 2016




Da ultimo presento anche delle immagini della faglia principale: questa di Tiziano Volatili è stata scattata nell'escursione del congresso di Camerino nella zona a massimo scorrimento cosismico, il celebre Scoglio dell’Aquila, lungo il sentiero delle Fate e quindi lungo la parete occidentale del monte Vettore. Anche qui come per il secondo splay di Forca di Gualdo l’erosione non era riuscita a eliminare i dislivelli effetto di eventi precedenti analoghi a quello del 30 ottobre: di fatto la parte più chiara riflette l’abbassamento cosismico di questo ultimo evento.




Quest’altra immagine della parete del Vettoretto presa dalla Forca di Presta guardando verso Arquata del Tronto evidenzia la faglia lungo le pendici della montagna: non ne ho una presa sul posto ma si nota benissimo come lo scalino contiene all’interno un "canale". Purtroppo non sono andato a vedere il canale in dettaglio.  



E questa, come ultima, è il sito dove la faglia del Vettore interseca la strada provinciale 34 per Arquata, con gli evidenti interventi per eliminare lo scalino formatosi il 30 ottobre 2016.

[1] Tertulliani et al (2016) il terremoto di Amatrice del 24 agosto 2016: effetti nell’area epicentrale e valutazione dell’intensità macrosismica attraverso la scala ems GNGTS 2016 sessione Amatrice
[2] Galli et al 2008 Twenty years of paleoseismology in Italy. Earth-Science Reviews 88, 89 – 117

mercoledì 25 ottobre 2017

"Atlas of Underworld": un sito che descrive il mantello terrestre punto a punto


È stato recentemente presentato l’ennesimo tool scientifico online. Molti di questi tool sono dei database che contengono – riassunte – preziose informazioni che quindi diventano facilmente recepibili e consultabili senza dover fare lunghe ricerche. Voglio parlare dell’Atlas of Underworld perché è un qualcosa di veramente utile per chi ha bisogno di informazioni sommarie (ma anche più approfondite) sul mantello terrestre. Sviluppato da noti ricercatori dell’università di Utrecht questo sito si presenta come un qualcosa di dinamico, aperto non solo alla veloce evoluzione dello stato dell’arte della ricerca scientifica sul mantello, ma anche al contributo di tutti i ricercatori che in questo modo possono dire la loro nella pagina specifica di ogni argomento.

La tomografia, scomponendo un corpo in strati sovrapposti l’uno con l’altro, riesce ad evidenziare le caratteristiche dell’oggetto esaminato in tre dimensioni anziché in due. È intuitivo come in campo medico abbia rappresentato, ad esempio, un grande avanzamento rispetto alla radiografia, che – appunto – dà un’immagine solo bidimensionale e in genere ha una risoluzione non eccelsa: e infatti la TAC, tomografia assiale computerizzata, è diventata uno degli strumenti diagnostici più usati. Ma si può ovviamente tomografare qualsiasi oggetto, basta avere la tecnica giusta.

Velocità e riflessione delle onde sismiche da [1]
La tomografia sismica è una sorta di TAC dell’interno della Terra e sfruttando il comportamento delle onde sismiche consente di modellizzare con una discreta risoluzione il mantello.
L’origine della tomografia sismica si può far risalire al 1909, quando Andrija Mohorovicic intuì che i due diversi tempi di viaggio delle onde sismiche emesse da un terremoto risentito localmente nei Balcani erano causate dalla loro rifrazione avvenuta in una superficie di discontinuità delle proprietà elastiche. Quella discontinuità che il grande sismologo serbo scoprì in questo modo è il limite fra la crosta ed il mantello e in suo onore si chiama “discontinuità di Mohorovicic” o, più sinteticamente “la Moho”. Come si vede dalla immagine esemplificativa qui accanto [1], dallo studio dei tempi di arrivo delle onde sismiche vengono determinate zone in cui queste si muovono a diversa velocità, corrispondenti a zone che si differenziano per uno o più parametri da quelle circostanti. Le differenze possono essere le più varie (temperature, quantità di acqua e altri fluidi, composizione mineralogica e/o chimica).
Per i geologi e i geofisici che studiano il mantello terrestre la tomografia sismica è uno strumento di eccezionale importanza, perché consente di “vedere” le differenze interne del guscio intermedio del nostro pianeta. Il mantello terrestre infatti è ben lungi dall’essere un qualcosa di omogeneo, come dimostrano innanzitutto le differenze geochimiche nei magmi delle varie dorsali mediooceaniche (ne ho parlato di recente a proposito della dorsale di Gakkel nell’Oceano Artico).
Con la tomografia sismica in particolare si ottengono ottimi dati sulla posizione di varie anomalie. Le figure principali che si riescono ad osservare sono:
  • i Superswell o LLSVP (Large Low Shear wave Velocity Provinces – grandi province a bassa velocità delle onde di taglio) del mantello terrestre, le due aree più calde che oggi sono poste sotto l'Africa e il Pacifico meridionale (ne ho parlato qui)
  • i vecchi slab risultato delle subduzioni: in una collisione fra due placche una di loro scende nel mantello e si tratta di un corpo più freddo, più rigido e di composizione diversa dal mantello circostante; quello che, appunto, viene definito con il termine “slab” 

L’IMAGING DI UNO SLAB. Quando è ancora sufficientemente rigido uno slab è visibile grazie all’attività sismica (anzi, la prima individuazione delle subduzioni è stata rappresentata proprio dai “piani di Benioff”, le sole zone in cui si addensano gli ipocentri dei terremoti a profondità superiore ai 60 km): nel mantello circostante non si verificano terremoti perché si deforma asismicamente); purtroppo a causa del cambiamento delle condizioni fisiche, anche nello slab da una certa profondità in poi cessa l’attività sismica perché a causa della pressione anch’esso si deforma in maniera duttile e non più fragile. Quindi se da quel punto in poi diventa impossibile individuarli dai terremoti, le differenze termiche e di composizione rispetto al mantello circostante rimarranno e quindi la sua presenza viene rilevata grazie agli scostamenti nei tempi di viaggio e nella direzione delle onde sismiche.
Quindi grazie alla tomografia sismica la presenza in profondità, addirittura fino alla base del mantello, degli slab è accertata e accettata da parecchio tempo
Quello che mancava era un database generale di questi oggetti, database che è stato presentato in questi giorni.
Si tratta dell’Atlas of Underworld, un tool su base GoogleMaps come diversi altri (per esempio il da me ampiamente utilizzato Iris Earthquake Browser).
Atlas of Underworld è stato descritto da un articolo appena uscito su Tectonophysics [2] ed è un progetto dell’Università di Utrecht, curato da Douwe G. van der Meer, Douwe J.J. van Hinsbergen, Wim Spakman e Thomas J.M. van der Linden. Si tratta di ricercatori molto noti per i loro lavori sulla dinamica del mantello e sulla ricostruzione dei movimenti delle placche (li ho citati spesso anche io su Scienzeedintorni).

I terremoti profondi avvengono esclusivamente in zone di convergenza di zolle, lungo i piani di Benioff 

COME È FATTO L'ATLAS OF UNDERWORLD. L’Atlas of Underworld fornisce notizie sul mantello e sulla tettonica a placche degli ultimi 300 milioni di anni ed è dotato di una robusta bibliografia, che verrà aggiornata di continuo.
Il cuore del sito sono appunto gli slab, che vengono elencati per posizione su base GoogleMaps, ma anche in ordine alfabetico, di età e di profondità. C’è poi una sezione di modellistica.
Interessante è anche l’interfaccia dinamica: ogni slab ha il suo proprio forum in cui chiunque può aggiungere informazioni, impressioni, bibliografia e quant’altro ritenga utile sull’argomento (quelli a cui piace parlare forbito direbbero che c'è un "approccio bottom-up") 
Nella sezione “updates” vengono segnalate, oltre alle novità del sito, anche tutti i nuovi commenti sugli slab.

Nell’Atlas of Underworld vengono censiti ben 94 slab! Questo ci fa capire che ci voleva davvero  un sito che descriva organicamente il mantello, mettendo in sequenza tutte le informazioni che fino ad oggi andavano ricercate una per una! È quindi un prezioso aiuto sia per chi studia direttamente il mantello ma anche (e soprattutto!) per chi ha bisogno di notizie, anche sommarie, in proposito. 

LE NOTIZIE FORNITE DA ATLAS OF UNDERWORLD. Per vedere come funziona prendiamo uno slab a caso. Può suscitare curiosità, ad esempio, la presenza di una struttura del genere proprio sotto la dorsale medio – atlantica. Vediamo quindi cosa dice l’Atlas of underworld in proposito. 
Cliccando sulla carta il simbolo dello slab si entra nella pagina dedicata ad Atlantis (questo è il nome con cui viene indicato).

La posizione di Atlantis sulla mappa di Atlas of Underworld
Ma si può ricercare anche in ordine alfabetico, di età presunta e di profondità


Innanzitutto ci sono delle immagini: carte e sezioni che inquadrano la struttura, compresa la fascia crustale deformata che dovrebbe essere legata alla formazione di Atlantis.

Le immagini a supporto dello slab "Atlantis

Segue poi una descrizione coincisa ma efficace della sua posizione attuale e del contesto geodinamico in cui si è formato, corredata dagli opportuni riferimenti bibliografici che consentono quindi di approfondire al massimo cosa si sa su questo slab. Da ultimo la sezione “forum” dove chiunque può dire la sua su questo specifico argomento.

Cosa mi piacerebbe venisse implementato nel sito?
Per esempio tre sezioni, una in cui vengano evidenziate le caratteristiche geochimiche desunte dalla composizione dei magmi mantellici (ad esempio le aree con particolari anomalie), una sui punti caldi e una sulle LLSVP.
L'Atlas of Underworld è quindi uno dei più importanti tools per chi ha a che fare con la storia del nostro pianeta e la sua attuale dinamica.

[1] Rawlingson, N.: Lecture 16: Seismic tomography -I Australian National University 

[2] Van der Meer et al (2017) Atlas of the underworld: Slab remnants in the mantle, their sinking history, and a new outlook on lower mantle viscosity Tectonophysics, in press