Regione Lombardia
Direzione Generale Territorio ed Urbanistica
A cura di: Fabrizio Berra, Daria Mazzoccola, Enrico Sciesa, Dario Sciunnach con la collaborazione di Simonetta De Donatis e Nicola la Rovere
Come nasce una carta geologica
Analisi dei dati
Raccolta dati
Produzione della
carta geologica
Elaborazione
Come nasce una carta geologica
Le carte geologiche nascono attraverso un processo che prevede diverse fasi.
1) La prima fase consiste nella raccolta dei dati, da effettuare sul terreno con strumenti differenti. Gli
strumenti fondamentali del geologo impiegato nella realizzazione di una carta geologica sono
estremamente semplici: il martello, la bussola, il quaderno di campagna e la carta topografica sulla
quale riportare le osservazioni sul terreno. A questi strumenti di base, si associano altri strumenti (per
esempio le indagini geofisiche, i sondaggi ecc.), legati ad indagini più specifiche o indirizzati alla
risoluzione di problemi particolari.
2) Una volta raccolti, i dati vengono poi organizzati ed integrati mediante analisi specifiche che vengono
eseguite sui campioni significativi raccolti sul terreno. Le analisi principali sono quelle effettuate al
microscopio ottico (analisi di sezioni sottili, per una prima caratterizzazione delle rocce oggetto di
studio), le analisi paleontologiche (per datare le rocce sedimentarie), le analisi chimiche e geochimiche
(per conoscere la composizione chimica e mineralogica delle rocce analizzate). Le analisi possibili sono
innumerevoli e dipende dalle problematiche geologiche e dalle esperienze dei geologi identificare quelle
più idonee in funzione del problema da affrontare.
3) Terminata questa fase, i dati di terreno e di laboratorio vengono elaborati per la produzione della
carta. Le elaborazioni possono avvenire sia in modo classico che mediante l’uso di strumenti informatici.
Nel corso degli ultimi anni, l’archiviazione informatica dei dati è diventata la regola: molte delle carte
geologiche prodotte ultimamente sono legate a banche dati informatizzate e la produzione cartacea
costituisce solo una delle possibili elaborazioni dei dati immagazzinati negli archivi elettronici.
Raccolta dati
Attività di terreno
Fondamentale per la produzione di
qualsiasi carta geologica e base per
ulteriori indagini particolari
Indagini geognostiche
e geofisiche
dirette a problemi particolari
Attività di terreno
Osservazione
riconoscimento delle litologie e delle
geometrie dei corpi rocciosi
FOTO F. BERRA
Mappatura
trasferimento sulla carta topografica
delle osservazioni effettuate tramite
colori e simboli
Campionamento
prelievo di campioni per successive
analisi
L’attività di terreno
La principale fonte di dati per la realizzazione di una carta geologica è l’osservazione diretta sul terreno
effettuata dal geologo, con l’ausilio di pochi strumenti essenziali.
L’attività di terreno è costituita da un minuzioso riconoscimento dei corpi rocciosi e dei terreni: il geologo
percorre itinerari (pianificati in genere a tavolino, sulla base topografica e comunque soggetti a modifiche
durante l’attività di rilevamento in funzione delle condizioni geologiche) per riportare sulla carta topografica
le diverse unità presenti, costituendo l’embrione della carta geologica. Gli itinerari percorsi saranno più o
meno ravvicinati in funzione della scala della carta da realizzare e delle problematiche geologiche da
chiarire. La velocità del rilevamento dipende anche dalla difficoltà di accesso ai luoghi: in aree con viabilità
limitata la maggior parte degli spostamenti avverrà a piedi, con necessità di tempi più lunghi rispetto a
rilevamenti in aree ben servite da strade. In qualunque caso, i lunghi spostamenti a piedi e talvolta anche
il superamento di significativi dislivelli costituiscono una componente costante dell’attività di rilevamento.
Gli strumenti che il geologo deve portare con sè sono pochi: un martello (eventualmente uno scalpello, per
le rocce) e/o una zappetta (per i terreni), una lente, la carta topografica (su cui riportare la geologia),
matita e pastelli colorati, un quaderno per gli appunti, bussola ed altimetro. In genere il geologo si munisce
anche di macchina fotografica e binocolo. Oltre a questi strumenti, di volta in volta il geologo potrà, in base
alle tipologie di unità geologiche che presumibilmente incontrerà sul suo itinerario, attrezzarsi con altri
strumenti, quali acido cloridrico diluito (per distinguere calcari e dolomie), tavole comparative (per
caratterizzare con precisione unità geologiche), pala, etc.
Durante il rilevamento geologico, i siti più significativi saranno oggetto di osservazioni più dettagliate e
della raccolta di campioni, che saranno analizzati in una seconda fase. In base alle problematiche
geologiche, sarà anche possibile identificare i luoghi dove effettuare altre analisi più dettagliate, che in
genere richiedono strumenti tecnici appropriati (indagini geofisiche, geognostiche etc.).
La qualità di una carta geologica risente in maniere fondamentale dell’esperienza del geologo rilevatore,
che deve essere in grado di effettuare la maggior parte dei riconoscimenti delle unità geologiche
direttamente sul terreno, utilizzando le analisi di laboratorio solo risolvere i problemi più complessi.
Indagini geognostiche
Per studi particolarmente dettagliati o per scopi specifici si
possono effettuare perforazioni per osservare la stratigrafia
delle rocce e le loro caratteristiche nel sottosuolo
Perforazione
FOTO D. MAZZOCCOLA
Log di perforazione
Sequenza di
carote estratte
Indagini geognostiche
Per poter osservare le caratteristiche del sottosuolo è spesso necessario effettuare dei
sondaggi con prelievo di materiale (“carote”). La realizzazione di sondaggi prevede l’uso di
macchinari appositi, che rendono questo tipo di indagini piuttosto costose. Pertanto, la
scelta di quali e quanti sondaggi effettuare deve sempre essere preceduta da una attenta
analisi dei dati a disposizione, in modo da ubicare in maniera ottimale i siti dove eseguire i
sondaggi.
Oltre che le carote, tramite i sondaggi è possibile ottenere anche altre informazioni
(soprattutto di carattere fisico) sulla natura del materiale attraversato dal sondaggio:
attraverso speciali strumenti introdotti nel foro di sondaggio, è possibile misurare le
risposte delle rocce e dei terreno a sollecitazioni elettriche e fisiche, ottenendo
informazioni indirette sulle caratteristiche dei materiali presenti.
I sondaggi sono fondamentali in aree dove i rilievi di superficie non consentono di ottenere
informazioni univoche oppure per approfondire tematiche geologiche particolari che non
potrebbero essere risolte senza la conoscenza del sottosuolo.
I sondaggi vengono tipicamente utilizzati nelle fasi di indagine associate alle opere di
ingegneria civile, quali gallerie, viadotti, dighe, etc.
Indagini geofisiche
Quando si vuole indagare più in profondità ci si avvale di metodi geofisici quali ad
esempio la propagazione delle onde sismiche.
La loro riflessione e rifrazione al contatto tra diverse litologie permette di ricostruire
l’assetto strutturale delle rocce nel sottosuolo.
Ricostruzione
del sottosuolo
Profilo
sismico
Il camion genera le onde sismiche
tramite vibrazioni
Indagini geofisiche
Le indagini geofisiche permettono di trarre informazioni indirette sul sottosuolo, basandosi sui
comportamenti fisici dei materiali presenti.
Le indagini geofisiche sono di diversi tipi e vengono utilizzate di volta in volta in funzione delle
difficoltà da affrontare e dei problemi da chiarire.
Tra le indagini geofisiche più comuni sono da segnalare le indagini sismiche (a riflessione o
rifrazione) che si basano sui tempi di percorrenza di onde energetiche (generate da esplosioni
controllate o da vibrazioni) attraverso il sottosuolo, registrate da appositi strumenti (“geofoni”). Il
principio su cui si basano queste indagini è che le onde sismiche si propagano a velocità
diversa in mezzi a densità differente e quindi permettono di distinguere i vari corpi rocciosi. I
profili sismici così ricavati permettono la ricostruzione delle geometrie di corpi geologici sepolti
e sono tipicamente utilizzati per la ricerca del petrolio.
Analogamente, altre indagini sono basate sulla propagazione di onde elettriche nel sottosuolo
(indagini geoelettriche).
Storicamente, le prime indagini geofisiche utilizzate sono quelle gravimetriche, che hanno
fornito i dati per le prime ricostruzioni del sottosuolo.
Le analisi
Paleontologiche
Foto aeree
Petrografiche
Laboratorio
I campioni raccolti sul terreno
possono essere sottoposti a vari
tipi di analisi di laboratorio
Chimiche
Le analisi
La prima analisi che un geologo deve effettuare durante le fasi di realizzazione di una carta
geologica è rappresentata dalla lettura critica del materiale bibliografico esistente. Una attenta
conoscenza degli studi già effettuati su una determinata area permette di ottimizzare sia l’attività
di terreno, sia quella di analisi.
I dati raccolti sul terreno (sia direttamente da geologo, sia mediante indagini apposite) vengono
analizzati in laboratorio. Le analisi condotte su campioni significativi servono fondamentalmente
a fornire informazioni più specifiche per risolvere problematiche emerse durante la prima fase di
raccolta dei dati.
La scelta delle analisi da effettuare è principalmente influenzata dal tipo di problema da risolvere
e dal tipo di materiale da analizzare. I principali tipi di analisi effettuabili sui campioni raccolti
sono costituiti da analisi al microscopio ottico (sezioni sottili), analisi chimiche ed analisi
paleontologiche. Altri tipi di analisi (petrologiche, microscopio elettronico etc.) sono
generalmente meno comuni. Oltre alle analisi sui campioni, possono essere effettuate analisi di
fotografie aeree o di immagini da satellite.
Non sempre le analisi sono in grado di fornire risultati interpretabili in maniera univoca: una
singola analisi è in genere insufficiente ed il più delle volte è necessario effettuare una serie di
analisi per ottenere un risultato affidabile. Questo ha una diretta conseguenza sui costi di questa
fase. Per questo motivo, la scelta del tipo di analisi e del materiale da analizzare deve essere
effettuata con cura, tenendo ben presente i possibili benefici di ogni analisi rispetto ai costi che
essa comporta.
Analisi di foto aeree
Analisi di foto aeree
Un utile strumento per lo studio del territorio è fornito dall’analisi delle fotografie aeree. La
ripresa di foto aeree avviene mediante aerei appositi che raccolgono una serie di fotografie
parzialmente sovrapposte lungo traiettorie di volo ben definite (ogni sequenza di fotografie
lungo una traiettoria prende il nome di “strisciata”). Un insieme di strisciate copre poi in
maniera completa il territorio da studiare.
Le fotografie aeree vengono osservate con uno strumento apposito che si chiama
stereovisore: sfruttando il fatto che due fotogrammi consecutivi sono in gran parte
sovrapposti, questo strumento permette, tramite un sistema di specchi, di creare una illusione
ottica e di osservare in maniera tridimensionale il territorio. In altre parole, gli occhi di chi usa
tale strumento sono “obbligati” ad osservare ognuno un fotogramma, poiché i fotogrammi
presentano immagini leggermente differenti dello stesso territorio permettendo una visione
tridimensionale.
L’analisi delle foto aree consente di integrare i dati di terreno con osservazioni a scala più
ampia, fornendo informazioni su strutture geologiche che presentano evidenze morfologiche
(faglie importanti, frane, depositi quaternari etc.).
Recentemente l’analisi delle foto aeree è stata affiancata dall’analisi delle immagini da
satellite (“telerilevamento”) che ultimamente consentono dettagli notevoli, con risoluzioni che
raggiungono i pochi decimetri.
Le analisi di laboratorio
Sezioni sottili
metamorfiche
ignee
sedimentarie
Le sezioni sottili
Lo studio dei campioni di roccia raccolti è spesso effettuato mediante analisi al microscopio. I
campioni rocciosi vengono incollati ad un vetrino portaoggetto e portati ad uno spessore di circa
20 micron: in tal modo i campioni diventano trasparenti, e possono quindi essere osservati al
microscopio a luce trasmessa. Gli ingrandimenti permettono poi di osservare i componenti di
queste rocce (fossili, minerali ecc).
Una caratteristica fondamentale dei microscopi da geologia è legata al fatto di utilizzare luce
polarizzata: tale sistema permette di sfruttare le caratteristiche ottiche dei diversi componenti
delle rocce. I minerali infatti presentano dei colori caratteristici (ben diversi dai colori naturali,
come si può osservare in alcune delle immagini della diapositiva precedente) se osservati con
luce polarizzata; ciò permette di identificarli con certezza, cosa che non sarebbe possibile con
un microscopio normale. Nel caso di minerali opachi (cioè non trasparenti alla luce), lo studio
avviene con un sistema detto a “luce riflessa”. In questo caso è la superficie lucida del campione
da studiare che viene illuminata direttamente; l’osservazione dei vari colori assunti dai granuli di
minerali a luce riflessa permette di riconoscere le diverse specie mineralogiche.
Lo studio delle sezioni sottili permette inoltre, nel caso delle rocce sedimentarie, di riconoscere
piccoli organismi fossili (microfossili) che spesso costituiscono parte integrante delle rocce e che
ne permettono la datazione.
Il riconoscimento dei componenti di una roccia è fondamentale per una sua corretta
classificazione: per questo motivo, lo studio delle sezioni sottili è un elemento importante per
riconoscere le varie rocce e, di conseguenza, per la loro distinzione a livello di cartografia
geologica.
Analisi paleontologiche
Le analisi paleontologiche permettono di ottenere informazioni (età, ambiente di formazione
etc.) attraverso lo studio di organismi diversi, alcuni dei quali sono qui rappresentati
BRIOZOI
CONODONTI
POLLINI
AMMONITI
FORAMINIFERI
RADIOLARI
COCCOLITI
Analisi paleontologiche
La paleontologia è la branca delle scienze della terra che si occupa dello studio dei resti fossili di
organismi antichi. I fossili dei vertebrati (rettili, pesci, mammiferi, etc.) si ritrovano con estrema rarità;
sono molto più comuni i fossili di invertebrati (molluschi, brachiopodi, celenterati, etc.), microfossili
(riconoscibili solo alla lente e determinabili al microscopio) e nannofossili (riconoscibili al microscopio
solo a ingrandimenti superiori a 1000x), che possono arrivare a rappresentare i principali costituenti di
alcuni tipi di rocce sedimentarie. Le analisi dei fossili richiedono una conoscenza accurata e vengono
eseguite da specialisti (i paleontologi).
I fossili sono preziosi per il geologo in quanto gli forniscono almeno due importanti indicazioni:
l’ambiente in cui la roccia si è formata e l’età della roccia. La ricostruzione dell’ambiente è possibile se
si paragona il fossile ad organismi attuali: è ragionevole presumere, ad esempio, che le Alghe
Dasicladaceae del Triassico vivessero, come le corrispondenti Alghe Verdi attuali, in zone ben
illuminate del fondale marino, a pochi metri di profondità, per poter compiere la fotosintesi clorofilliana.
Le informazioni sull’età delle rocce derivano dal fatto che ogni forma fossile può essere assegnata ad
un intervallo-tempo ben preciso prendendo come riferimento la scala biostratigrafica mondiale, che da
oltre due secoli i paleontologi vanno costruendo ed arricchendo. In altri termini, il ritrovamento di un
osso di dinosauro in una roccia sedimentaria ci dice che quella roccia non può essere più recente del
Cretaceo perché alla fine del Cretaceo i dinosauri si sono estinti in modo apparentemente
contemporaneo su tutto il pianeta. I limiti tra le gradi ere geologiche (Paleozoico, Mesozoico e
Cenozoico) si basano proprio sui grandi eventi di estinzione seguiti dalla comparsa di nuovi organismi.
La datazione paleontologica è spesso utilizzata come metodo di routine per distinguere unità
direttamente sul terreno corpi rocciosi di età diversa.
Le analisi di laboratorio
Analisi chimiche
Spettrometro di massa
Analisi isotopiche
Analisi chimiche
La composizione chimica delle rocce e dei minerali che le costituiscono è spesso indicativa delle particolari
condizioni (sia ambientali che geologiche) in cui le rocce stesse si sono formate.
In geologia vengono utilizzati diversi tipi di analisi chimiche, condotte con strumenti differenti e finalizzate ad
ottenere risultati diversi.
Le analisi più utilizzate sono in genere quelle chimiche tradizionali, qualitative o quantitative, mirate a
valutare gli elementi chimici presenti nelle rocce e quindi a fornirne la composizione. Molto utilizzate da una
ventina di anni sono anche le analisi dei singoli minerali, analisi che permettono di entrare in griglie
petrogenetiche che consentono di caratterizzarne le condizioni di pressione e temperatura in cui si è
formata la roccia. Utili sono anche le analisi degli elementi in traccia, cioè degli elementi chimici (es. terre
rare) presenti in piccole quantità all’interno della roccia e valutate per questo motivo in p.p.m. (parti per
milione).
Per effettuare analisi chimiche si utilizzano strumenti differenti, dai più semplici (per le analisi classiche) fino
a strumenti molto complessi (microsonde elettroniche o ioniche, spettrometri, microscopi elettronici etc.). I
risultati ottenuti sono espressi in percentuali dei vari ossidi presenti nella roccia. I metodi utilizzati per
ricavarli e variano sovente per un medesimo campione; alcune apparecchiature moderne (es. microsonda
elettronica) misurano con estrema precisione sono un numero limitato di ossidi e quindi gli altri elementi
presenti vanno calcolati con differenti metodologie.
Un tipo particolare di analisi chimiche è dato dalle analisi isotopiche. Molti elementi chimici sono costituiti da
miscele di isotopi differenti, cioè di atomi con le stesse caratteristiche chimiche e fisiche (numero di protoni,
numero di elettroni) ma diverso peso atomico (diverso numero di protoni). Gli isotopi possono essere
instabili (cioè radioattivi) o stabili. Le analisi isotopiche permettono di ottenere due tipi essenziali di
informazioni dallo studio delle rocce, dei minerali o dei fossili in esse contenuti: l’età di formazione (età
assoluta) che si ricava dal rapporto tra alcuni isotopi radioattivi (es. uranio, torio, carbonio, potassio, etc.) e
l’ambiente di deposizione e di trasformazione di alcuni sedimenti (es. ossigeno, carbonio, idrogeno, zolfo).
L’elaborazione dei dati
Carte
Carte ee bibliografia
bibliografia esistenti
esistenti
Risultati
Risultati analisi
analisi di
di laboratorio
laboratorio
Foto
Foto aeree
aeree
Geologia
Geologia di
di
terreno
terreno
Indagini
Indagini specifiche
specifiche
L’elaborazione dei dati
Tutti i tipi di dati raccolti (dati di terreno più analisi di laboratorio) vengono elaborati al fine di ottenere un
quadro coerente delle problematiche geologiche relative all’area in esame. I dati vengono in genere
elaborati per categorie (es. composizione chimica dei campioni, contenuto fossilifero etc.) ottenendo una
serie di informazioni distinte. Tutte le informazioni vengono poi aggregate in un sistema che non deve
presentare incongruenze: nel caso emergessero contraddizioni sarà necessario cercare di risalire alle
cause di questi problemi, verificando la correttezza delle analisi e della loro elaborazione.
L’elaborazione dei dati può essere in parte eseguita con strumenti informatici, soprattutto per le
elaborazioni statistiche o qualora si debbano effettuare interpolazioni tra dati puntiformi distribuiti su
ampie aree. In ogni caso, la sintesi dei dati deve essere effettuata alla luce delle conoscenze acquisite
dal geologo.
Durante la realizzazione di una carta geologica può capitare di dover interpretare la geologia in aree
dove i dati a disposizione sono molto scarsi, sia per la mancanza di affioramenti di roccia o di terreno,
sia per altri motivi, quale l’impossibilità di effettuare analisi specifiche. L’elaborazione dei dati a
disposizione non può, in questi casi, prescindere dalla conoscenza del contesto regionale e dalla
sensibilità ed esperienza del geologo che deve proporre soluzioni congruenti con i dati disponibili e
dedurre soluzioni geologicamente valide.
La produzione della carta geologica
Bozze colorate a mano
Produzione informatizzata
Inserimento dati
in un archivio
informatizzato
(GIS)
Produzione tipografica
Interrogazione
archivio
Stampa da plotter
La produzione della carta geologica
La carta geologica, prodotto finale di tutte le attività finora descritte, è tipicamente rappresentata da
una stampa tipografica, spesso accompagnata da un volume di riferimento (“note illustrative”)
contenente spiegazioni e descrizioni non rappresentabili direttamente sulla carta.
Tuttavia, recentemente si sta sempre più privilegiando l’uso di mezzi informatici. Nel corso degli
ultimi anni sono nati dei sistemi di archiviazione dei dati che consentono non solo di disegnare a
video tutti gli elementi geometrici che compongono la carta geologica, ma anche di associare a
questi dati geometrici le loro coordinate geografiche, in modo che abbiano sempre un’esatta
collocazione nello spazio, ed attribuire loro le informazioni che li caratterizzano, quali natura della
roccia, stato di alterazione, etc. Queste banche dati sono inoltre “interrogabili”, cioè è possibile
estrarre i dati richiesti mediante criteri di ricerca definibili dall’utente ed elaborarli attraverso metodi
statistici. Questi sistemi di banche dati sono noti come GIS (Geographic Information System, sistemi
informativi geografici).
L’archiviazione elettronica dei dati geologici è sempre più utilizzata perché presenta una serie di
vantaggi. Innanzitutto consente un facile accesso a dati che, in precedenza, erano conservati in una
serie di documenti cartacei di difficile consultazione. Inoltre, i dati archiviati in modo informatizzato
sono direttamente confrontabili tra di loro, rendendo possibile sovrapporre e paragonare dati
geologici, urbanistici, di uso del suolo, della vegetazione, etc. di uno stesso territorio. Infine, i dati
inseriti in questo sistema possono essere facilmente aggiornati ogni volta che nuove informazioni
vengano rese disponibili, senza dover ridisegnare tutto daccapo.
La possibilità di gestire in un solo sistema dati riferibili a tematiche diverse consente di ottenere
ottimi risultati in diversi campi, quale quello della previsione della pericolosità e del rischio e della
pianificazione territoriale.
La produzione di una carta geologica con strumenti informatici presenta inoltre il vantaggio notevole
di poter produrre sia stampe “classiche” sia carte tematiche, sfruttando la possibilità di interrogare il
sistema estraendo solo i dati necessari.
