1-01 - Irsa-Cnr

Commessa n 1.01
Istituto Referente:
IGG
Responsabile (proposto)
Riccardo POLINO ([email protected])
Istituti Partecipanti:
IGG
IGAG
IDPA
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Titolo Progetto: Il sistema Terra: interazioni tra terra solida, mare, acque interne, atmosfera e biosfera
Titolo Commessa: Geodinamica ed evoluzione della litosfera continentale
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Sommario
La comprensione dei processi che regolano il funzionamento del sistema terra inteso in senso geologico, sono
fondamentali per lo sviluppo delle attività umane, sia dal punto di vista dello sfruttamento delle risorse, sia da
quello della protezione e prevenzione da eventi naturali che possono interferire più o meno pesantemente con la
vita dell'uomo.
Le attività della commessa rispetto agli obiettivi generali del Progetto P1 del Dipartimento Terra e Ambiente sono
rivolte alla comprensione di processi che si sviluppano alla scala della litosfera nelle zone di subduzione e di
collisione continentale. Le attività sono concentrate principalmente sui sistemi orogenici italiani e mediterranei,
con minori attività in catene extraeuropee quali l'Himalaya e l'Anti Atlante marocchino ed in margini continentali
passivi e sono finalizzate al miglioramento delle conoscenze della struttura interna del pianeta e dei meccanismi
che gestiscono l'evoluzione spazio-temporale della sua porzione più esterna..
Una parte significativa delle attività viene finanziata attraverso contratti con Enti ed Istituzioni esterne all'Ente.
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Giustificazione della Commessa rispetto agli obiettivi del Progetto.
La conoscenza della struttura della Terra e della sua evoluzione nel tempo sono di fondamentale importanza per
prevederne gli assetti futuri. Poiché la comprensione dell’evoluzione geologica di un territorio evolve, come tutte
le discipline scientifiche, grazie al continuo perfezionamento delle tecniche analitiche, anche i modelli di
riferimento comunemente utilizzati sono suscettibili di variazioni importanti qualora vengano prodotti nuovi dati
che mettano in discussione le interpretazioni precedenti.
Il sistema Terra è un sistema complesso in cui si ha continuamente trasformazione di materia lungo aree attive
(dorsali oceaniche e rift continentali, zone di subduzione, catene orogeniche, bacini sedimentari). La ricostruzione
dell'evoluzione di tale sistema richiede quindi un approccio multidisciplinare che comprende lo studio di alcuni dei
processi che avvengono nella crosta terrestre quali ad esempio l’evoluzione della composizione mineralogica delle
rocce al variare delle condizioni di pressione e temperatura, la circolazione dei fluidi e l’esumazione alla superficie
di unità metamorfiche formate in profondità, la cinematica delle catene orogeniche, l’evoluzione dei bacini
sedimentari in funzione della cinematica delle catene, la dinamica della deformazione ai livelli superiori della
litosfera in relazione a circolazione di fluidi ed attività tettonica (sismicità). Le competenze presenti nel
Dipartimento, attraverso strumenti analitici quali la geofisica profonda, l’interpretazione sinottica di immagini
satellitari, l’analisi strutturale a diverse scale e la petrologia dei sistemi metamorfici consentono di sviluppare
alcuni degli aspetti caratterizzanti questo sistema.
La commessa si propone, anche attraverso l’interazione con il sistema socio-economico rappresentato da Enti,
Istituzioni Pubbliche e, in via subordinata, soggetti privati, di approfondire lo studio dei processi endogeni,
focalizzando l’interesse su alcuni aspetti peculiari che si ritiene abbiano importanti ricadute per lo sviluppo delle
attività umane e per lo sfruttamento delle risorse naturali.
A tale scopo verranno sviluppate ed approfondite ricerche inerenti:
- l'incremento delle conoscenze analitiche di base, geologiche e geofisiche, sulla struttura profonda della penisola
italiana, sulla cinematica delle catene alpina e appenninica, e sulle loro implicazioni nei riguardi dei processi
geodinamici responsabili dell'evoluzione tettonica recente, anche attraverso confronti con i sistemi analoghi delle
catene orogeniche perimediterranee e alpino-himalayane;
- lo studio dei principali processi che avvengono nella crosta terrestre, quali l’evoluzione del sistema roccia in
natura al variare delle condizioni P-T, la deformazione, la circolazione dei fluidi e l’esumazione alla superficie di
unità metamorfiche formate in profondità, la geodinamica delle zone di rift continentale;
- lo studio delle ofioliti nelle catene perimediterranee, testimonianza di litosfera oceanica coinvolta nei processi di
subduzione e di collisione continentale;
- l’affinamento dei modelli sismotettonici.
L'approfondimento delle conoscenze geologiche di base é favorito dalla partecipazione attiva e sistematica di
ricercatori dell'IGG, dell’IGAG e dell’IDPA a progetti europei, a progetti di cartografia geologica nazionali
(CARG), regionali (Regioni Valle d’Aosta, Piemonte, Lombardia, Toscana), internazionali (Marocco) e al Progetto
"Valutazione del potenziale sismogenetico e probabilità dei forti terremoti in Italia” previsto dalla convenzione
INGV-DPC.
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Obiettivi
La commessa si propone di perseguire i seguenti obbiettivi:
a) promuovere lo sviluppo delle conoscenze di base mediante l’acquisizione di nuovi dati analitici in campo
geologico e strutturale allo scopo di affinare le conoscenze sui processi geodinamici, sui modelli evolutivi
delle catene collisionali e dei bacini sedimentari, e sulle ricostruzioni paleogeografiche e paleoambientali;
b) studiare i processi responsabili degli attuali assetti geologici, dai cicli orogenetici alla evoluzione della
litosfera;
c) sviluppare un modello tridimensionale aggiornato della struttura crostale e litosferica della penisola italiana e
dei mari circostanti con la conseguente definizione dei processi geodinamici responsabili della sua evoluzione
tettonica; ottenere migliori localizzazioni ipocentrali, soprattutto in profondità, meccanismi focali più
affidabili, e modelli di velocità al bedrock per gli studi delle amplificazioni locali;
e) analizzare mediante monitoraggio strumentale le relazioni esistenti fra faglie attive, sismicità, circolazione di
fluidi e geotermia, in aree chiave in Italia e paesi esteri anche a scopi di mitigazione del rischio sismico;
f) sviluppare modelli logici per la costruzione di data base geologici georiferiti e per la loro utilizzazione in
ambito territoriale;
g) sviluppare modelli analogici per investigare le condizioni al contorno e i principali parametri in grado di
controllare processi geodinamici, quali lo sviluppo delle catene orogeniche, dei rift continentalie delle zone di
trascorrenza;
h) ricostruire i cammini P-T seguiti dalle unità di crosta continentale ed oceanica subdotte a grandi profondità
nelle fasi inziali del ciclo orogenico alpino-himalayano.
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Programma
La commessa é articolata in tre moduli, che, in attesa dello sviluppo di sinergie potenziali, ricalcano i gruppi di
lavoro presenti all'interno degli Istituti e delle Sezioni afferenti: Modulo 1.1.1 (TA-P01-IGG-C8): Geodinamica ed
evoluzione della litosfera continentale; Modulo 1.1.2 (TA-P01-IDPA-C10): Geologia delle catene orogeniche
alpidiche. Geofisica crostale e litosferica con elaborazione di modelli 2-D e 3-D nell'area italiana; cartografia
geologica di base e tematica; Modulo 1.1.3 (TA-P01-IGAG-C13): Struttura crostale ed evoluzione geodinamica
della penisola italiana. Partecipazione al Progetto CROP.
Nel primo anno di attività si cercherà principalmente, attraverso l'analisi della situazione esistente, di sviluppare
quelle attività che porteranno all'integrazione sinergica delle competenze afferenti alla commessa, e a darle
visibilità. Si valuteranno inoltre gli strumenti atti ad un suo sviluppo compatibilmente con le risorse finanziarie ed
umane reperibili sia all'interno, sia all'esterno dell'Ente.
Modulo 1.1.1 (TA-P01-IGG-C8): Geodinamica ed evoluzione della litosfera continentale
(Responasabile: Riccardo Polino)
Attività 1.1.1.1 - Strutturazione ed evoluzione della litosfera in corrispondenza delle catene orogeniche e
studio della evoluzione strutturale e metamorfica delle unità di basamento nei sistemi alpino-appenninico e alpinohimalayano e delle relative coperture sedimentarie mesozoiche; analisi delle trasformazioni metamorfiche in
differenti ambienti geodinamici e ricostruzione della storia termobarica dei complessi metamorfici alpinohimalayani; modelli di esumazione delle unità profonde delle catene orogeniche; sviluppo dei bacini sedimentari
con riconoscimento e descrizione degli assetti geologici e interpretazione delle geometrie esposte e sepolte.
Risultati attesi per il 2005:
• ricostruzione della storia termobarica dei complessi metamorfici alpini;
• costruzione di modelli evolutivi di porzioni significative delle catene alpino-appenninica;
• ricostruzione delle geometrie sepolte dei bacini sedimentari perialpini.
Attività 1.1.1.2- Analisi delle successioni ofiolitiche alpino-appenniniche-dinariche e confronti con la litosfera
oceanica generata sia in una dorsale medio-oceanica (MOR) che in un bacino di soprasubduzione (SSZ).
Risultati attesi per il 2005:
• modelli di evoluzione di ambedue i tipi di litosfera oceanica e loro relazioni con i processi sedimentari,
metamorfici e deformativi successivi.
Attività 1.1.1.3 - Studio dell'anatomia e dello sviluppo di zone di taglio crostali, in traspressione, nel sistema
orogenico circummediterraneo: elaborazione di un modello geodinamico di strutturazione in transpressione
destra dell’Appennino settentrionale e relazioni con il sistema orogenico perimediterraneo; studi integrati
morfologici, sedimentologici, strutturali e stratigrafici dell’evoluzione spazio-temporale di strutture tettoniche
estensionali dell’Appennino; studio strutturale e analisi cinematica della faglia sud-atlasica (Marocco); analisi
multidisciplinare dell'evoluzione dei bacini neogenico-quaternari nell'ambito della fascia di deformazione
sudatlasica; rapporti tra tettonica e sedimentazione nei bacini orogenici; verifica analitica di modalità e tempi di
sviluppo delle strutture di inversione tettonica; determinazioni termocronologiche mediante tracce di fissione su
apatiti finalizzati allo studio delle relazioni esumazione dei basamenti/sviluppo dei bacini sedimentari.
Risultati attesi per il 2005:
• ricostruzione dell’evoluzione tettonica del fronte della catena nell’Appennino centrale;
• caratterizzazione dell’evoluzione, nello spazio e nel tempo, dei processi tettonici estensionali nella catena
appenninica.
Attività 1.1.1.4 - Analisi della circolazione di fluidi in relazione alle strutture tettoniche recenti e
monitoraggio strumentale: studi geochimici nell’ambito dell’assetto strutturale e sismotettonico; analisi
strutturale delle strutture sismiche collegate a circolazione dei fluidi idrotermali e geotermici a bassa entalpia;
valutazione delle relazioni fluidi-sismicità; monitoraggio strumentale della deformazione; monitoraggio
geochimico dei fluidi idrotermali; elaborazione di modelli tridimensionali dello stato di fratturazione lungo le
strutture tettoniche principali.
Risultati attesi per il 2005:
• definizione di modelli tridimensionali delle strutture e dei circuiti idrotermali e geotermici a bassa entalpia.
Attività 1.1.1.5 - Costruzione in laboratorio di modelli analogici relativi a processi geodinamici: formazione
di strutture tettoniche e bacini sedimentari durante fasi estensionali e compressive delle catene orogeniche;
simulazione di messa in posto di magmi in contesti geodinamici compressivi estensionali e di strike slip; sviluppo e
propagazione di strutture tettoniche attive e tettonica di inversione. I riferimenti e i dati per simulare i casi naturali
saranno ricavati sia attraverso l’analisi di terreno, sia attraverso l’interpretazione di dati geofisici e l’analisi
strutturale di immagini da satellite (Landsat MSS, Landsat TM, Landsat ETM).
Risultati attesi per il 2005:
• modelli evolutivi basati sull’analisi dei modelli analogici per la comprensione dei processi geodinamici.
Attività 1.1.1.5 - Realizzazione di cartografia geologica di base e derivata: sviluppo e sperimentazione di
tecniche analitiche di terreno ed elaborazione di dati in ambiente GIS; formulazione di progetti derivati funzionali
alla valorizzazione e/o tutela delle risorse naturali e alla mitigazione dei rischi ambientali.
Risultati attesi per il 2005:
• implementazione ed aggiornamento di banche dati geologiche georeferenziate in ambiente GIS e
aggiornamento di cartografia geologica derivata per i fogli Torino Ovest, Torino Est, Cesana Torinese e
Cabella Ligure della Carta Geologica d'Italia al 1:50.000;
• realizzazione e stampa da banca dati dei Fogli Aosta e Dego della Carta Geologica d'Italia al 1:50.000.
Modulo 1.1.2 (TA-P01-IDPA-C10): Geologia delle catene orogeniche alpidiche. Geofisica crostale e
litosferica con elaborazione di modelli 2-D e 3-D nell'area italiana; cartografia geologica di base e tematica
(Responsabile: Giancarlo Biella)
Attività 1.1.2.1- Elaborazione di modelli crostali e litosferici 2-D e 3-D nell'area italiana da dati di sismica
attiva e passiva: determinazione dei modelli di velocità della crosta per l'area italiana a partire dai dati di sismica
controllata effettuati in Italia (profili DSS-WARR e CROP mare e terra), integrati nelle aree critiche
dall’acquisizione di profili tomografici 2D da sismica passiva.
Modellazione 2-D mediante tecniche di trial-and-error e tecniche di inversione basate su ray tracing in mezzi
eterogenei. Modellazione 3D mediante inversione congiunta sismo-gravimetrica di alcune aree significative.
Risultati attesi per il 2005:
• elaborazione di un modello aggiornato della struttura crostale e litosferica della penisola italiana e dei mari
circostanti con definizione delle funzioni velocità/profondità e primi modelli sismo-gravimetrici.
Attività 1.1.2.2 - Geologia ed evoluzione delle catene orogeniche alpidiche: ricostruzione della storia
termobarica dei complessi metamorfici alpini a partire da cartev strutturali delle traiettorie di foliazione e analisi
delle compatibilità delle fasi mineralogiche. Ricostruzione sperimentale delle trasformazioni mineralogiche in
complessi orogenici mediante sintesi in alta pressione. Pertinenza dei terreni del Basamento Subalpino e
Austroalpino centro-occidentale nella ricostruzione paleogeodinamica del bacino della Paleotetide. Studio della
registrazione degli eventi termotettonici e sedimentari registrati dalle coperture meso-cenozoiche coinvolte nella
catena alpina e dai bacini episuturali e di avanfossa ad essa correlati.
Risultati attesi per il 2005:
• Ridefinizione delle falde della catena alpina in termini di unità litotettoniche e tettonometamorfiche.
Definizione della stabilità di carbonati e fasi idrate e modellizzazione dei componenti volati nei sistemi
geodinamici convergenti. Identificazione della sutura tra Gondwana e supercontinnte Unno. Elaborazione di
modelli evolutivi della storia di seppellimento/esumazione delle successioni sin- e post-rift Mesozoiche delle
Alpi Meridionali; ricostruzione della traiettoria alpina delle stesse unità mediante analisi paleogeotermica
basata sullo studio della maturità termica della materia organica; elaborazione di modelli di
subsidenza/esumazione/evoluzione termica del Bacino Terziario Episuturale Ligure-Pimontese ricostruzione
della storia termobarica dei complessi metamorfici alpini
.
Attività 1.1.2.3- Realizzazione di cartografia geologica di base e derivata : sviluppo di tecniche analitiche di
terreno ed elaborazione di dati in ambiente GIS: cartografia geologica e strutturale di dettaglio nell’ambito del
progetto CARG inm Lombardia, Alto Adige e Sicilia.
Risultati attesi per il 2005:
• Implementazione ed aggiornamento di banche dati geologiche georeferenziate in ambiente GIS;
Aggiornamento della cartografia geologica in aree alpine (foglio Bormio, foglio Ponte di Legno, foglio
Merano, foglio Seregno, area della Valmalenco) e altre zone italiane (Capraia e foglio Acireale).
.
Attività 1.1.2.4- Processi sedimentari sin-rift di età cenozoica nell’area del mare di Ross (Antartide): studio
sedimentologico, composizionale e strutturale delle successioni sedimentarie cenozoiche perforate nel Victoria
Land Basin.
Risultati attesi per il 2005:
• definizione delle relazioni tra tettonica e sedimentazione e tra sedimentazione e diagenesi nelle fasi sin e
post-rift.
Modulo 1.1.3 (TA-P01-IGAG-C13): Struttura crostale ed evoluzione geodinamicadella penisola italiana.
Partecipazione al Progetto CROP
(Responsabile: Davide Scrocca)
Attività 1.1.3: si svilupperà l’interpretazione su linee sismiche profonde acquisite in Appennino e nei mari
circostanti. Le linee sismiche saranno interpretate e convertite in profondità, integrando l’analisi e l’elaborazione di
dati geofisici d’altra natura e di tutti i dati di superficie e di sottosuolo disponibili con lo scopo di sviluppare profili
geologici alla scala crostale e definire l’evoluzione geodinamica dei settori indagati.
In particolare, nell’ambito della partecipazione dell’IGAG al Progetto S2 “Valutazione del potenziale
sismogenetico e probabilità dei forti terremoti in Italia” (convenzione 2004-2006 siglata da INGV e DPC), si
cercherà di caratterizzare le strutture sismogenetiche presenti nel Tirreno meridionale, di definire i processi
tettonici attivi e di elaborare un modello interpretativo coerente con il contesto geodinamico del Mediterraneo
Centrale.
Risultati attesi per il 2005:
• ricostruzione di modelli evolutivi del prisma d’accrezione nell’Appennino e dei suoi rapporti strutturali con
l’avampaese apulo-adriatico.
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Sviluppo temporale delle attività nel biennio 2006-2007
L'attività del biennio 2006-2007 sarà sviluppata soprattutto in funzione delle sinergie che si verranno a creare
all'interno della commessa ed alla disponibilità di risorse.
Si cercherà comunque di sviluppare i progetti in atto nel corso del 2005, tenuto conto anche che la maggior parte di
questi é finanziata su contratti pluriannuali che proseguiranno anche nel biennio successivo.
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Risorse dedicate (anno 2005)
IGG
IDPA
IGAG
TOTALE
risorse interne
€
risorse esterne
€
residui
€
risorse totali
€
persone/anno
n°
1.583.908
170.816
855.801
142.750
848.572
80.210
3.288.281
393.776
21
3
121.156
15.000
2.920
139.076
3
1.875.880
1.013.551
931.702
3.821.133
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