GEODINAMICA: STORIA E PROBLEMI
Giorgio Ranalli
Department of Earth Sciences, Carleton University
Ottawa K1S 5B6, Canada
La geodinamica tratta dei processi risultanti in fenomeni geologici a grande scala, quali la deriva dei
continenti, la tettonica a placche, la formazione di catene di montagne, la flessura della litosfera, il
vulcanismo e la sismicita’. Una comprensione di questi fenomeni e’ necessaria per un’analisi corretta di
questioni collegate a risorse ambientali e rischi di catastrofi naturali.
Tre differenti approcci metodologici sono possibili nell’analisi di processi geodinamici:
osservazione (raccolta e analisi dei dati), modelli analogici (costruzione di modelli a scala), e modelli
numerici (generalmente facendo uso dei principi della meccanica dei continui).
Lo sviluppo di questi differenti tipi di approccio sara’ illustrato scegliendo esempi storici che, illustrando
l’evoluzione della scienza, ne mettono in luce le problematiche. Riguardo al ruolo dell’osservazione, verra’
ricordato il lavoro di James Hutton che, alla fine del diciottesimo secolo, propose una Theory of the Earth
contenente alcuni dei principi fondamentali che hanno contribuito ad orientare gli studi geologici nel loro
complesso negli ultimi due secoli. L’approccio analogico verra’ illustrato ricordando gli studi di tettonica
sperimentale di Sir James Hall agli inizi del diciannovesimo secolo, che introdussero il concetto di scale
model nello studio dei processi geodinamici. L’approccio numerico, basato sulla soluzione di equazioni
differenziali – con appropriate condizioni al contorno – descriventi, in maniera approssimata ma quantitativa,
il fenomeno in esame, si e’ sviluppato essenzialmente nell’ultimo mezzo secolo: ne sara’ fornito un esempio
riguardante le determinazione della temperatura nella litosfera, che ha importanti applicazioni nella
produzione di energia geotermica.
Orari e Aule del Corso di Geodinamica (Corso Campus di Ateneo)
Mercoledì 19/05 ore 14-16 Como (sala Riunioni Via Lucini 3)
Giovedì 20/05 ore 17-19 Como (sala Riunioni Via Lucini 3)
Venerdì 21/05 ore 14-16 Varese aula 7M (Padiglione Morselli)
Agli studenti dei Corsi di Valutazione e Controllo Ambientale, Scienze Ambientali e Specialistica in Scienze
Ambientali che parteciperanno a tutte le tre lezioni il CCD di Scienze Ambientali assegnerà 0,6 CFU
opzionali.
SISMOTETTONICA: RELAZIONI TRA CARATTERISTICHE
MECCANICHE DELLA CROSTA TERRESTRE E SISMICITA’
Giorgio Ranalli
Department of Earth Sciences, Carleton University
Ottawa K1S 5B6, Canada
La litosfera terrestre puo’ essere considerata, in prima approssimazione, come la parte piu’ esterna del globo,
dove la temperatura e’ inferiore a circa 1500 K. Essa e’ suddivisa in un numero di placche semirigide che si
muovono l’una rispetto all’altra. Il suo spessore e la sua composizione sono variabili. La litosfera
continentale in genere consiste di una crosta (crust) di uno spessore di 30-40 km e composizione variabile,
sovrastante la parte piu’ alta del mantello (upper mantle lid) di composizione peridotitica, per uno spessore
complessivo di 50-200 km. La litosfera oceanica possiede crosta piu’ sottile (5-8 km) di composizione
basaltica, sovrastante la parte piu’ alta del mantello per uno spessore totale che aumenta regolarmente dalle
dorsali medio-oceaniche (5-20 km) fino a 80-100 km nelle zone a litosfera piu’ antica.
Il comportamento reologico dei materiali litosferici e’ principalmente funzione di composizione,
temperatura, e presenza di fluidi. A temperature inferiori a circa il 50%
del solidus (temperatura di inizio di fusione), il comportamento e’ fragile e puo’ essere descritto da criteri
empirici di rottura di taglio (shear failure criteria) in termini di parametri del mezzo quali coefficiente di
frizione e coesione. La presenza di fluidi (pore fluid pressure) modifica notevolmente le proprieta’ del
mezzo in regime fragile. A temperature piu’ alte (ma sempre inferiori al solidus), il comportamento diviene
duttile e la roccia sottoposta per lungo tempo a sforzi deviatorici anche relativamente bassi si deforma per
flusso (creep) a tasso costante, descrivibile in termini di parametri di flusso quali la viscosita’. La presenza di
faglie a comportamento sismico e’ un esempio del primo caso; la deformazione diffusa nella litosfera
inferiore in zone orogeniche e’ un esempio del secondo.
I parametri che influenzano il grado di sismicita’ di una faglia o di un insieme di faglie possono essere
descritti in maniera statistica o frattale (per esempio, la distribuzione in classi di differente magnitudo –
magnitude frequency distribution), o in maniera deterministica (criterio di Coulomb-Navier,
rappresentazione di Mohr). I fattori piu’ importanti sono la situazione tettonica regionale e il livello di sforzi
locale, l’orientamento e le proprieta’ fisiche del piano di faglia, la profondita’ dell’ipocentro, la temperatura
(che determina lo spessore dell’orizzonte sismogenico), e il livello di pressione dei fluidi contenuti nella
porosita’ delle rocce. L’analisi di questi fattori e’ di indubbia utilita’ per una valutazione del rischio sismico
(seismic hazard). L’informazione geologica e geofisica, tuttavia, e’ soltanto uno degli input necessari; altri
sono di natura ingegneristica (tipo di suolo, qualita’ delle costruzioni) e sociale (densita’ di popolazione,
condizioni di vita). Benche’ la geofisica non sia in grado di produrre una predizione deterministica del
rischio sismico, essa puo’ fornire utili indicazioni sul livello di rischio in varie parti del territorio.
Orari e Aule del Corso di Sismotettonica
Lunedì 24/05 ore 11-13 Como (sala Riunioni Via Lucini 3)
Martedì 25/05 ore 11-13 Como (sala Riunioni Via Lucini 3)
Mercoledì 26/05 ore 14-16 Como (sala Riunioni Via Lucini 3)
Giovedì 27/05 ore 14-16 Como (sala Riunioni Via Lucini 3)
Agli studenti dei Corsi di Valutazione e Controllo Ambientale, Scienze Ambientali e Specialistica in Scienze
Ambientali che parteciperanno a tutte e quattro le lezioni il CCD di Scienze Ambientali assegnerà 1 CFU
opzionale.
