La tettonica delle placche
Eugenio Carminati e Michele Lustrino
Dipartimento di Scienze della Terra
Sapienza Università di Roma
Cosa sappiamo della Terra
La propagazione delle onde sismiche
Sismografi e sismogrammi
L’interno della terra
Frutto della differenziazione da una Terra primordiale fusa
Carminati Eugenio
Geologia II
Università di Roma “La Sapienza”
Pacifico
LITOSFERA oceanica
30-90 km
densità 2,7-3,3 g/cm3
Mantello superiore
subduzione
Oceano Pacifico
MANTELLO INFERIORE
1300°C
Ande
densità 4-5 g/cm3
(silicati di magnesio)
Perovsk ite
Hawaii
punto caldo
alta velocità
2890 km
3000°-4000°C
Sud
America
bassa velocità
astenosfera
olivina
spinello
400 km
NUCLEO
INTERNO SOLIDO
Subduzione
Marianne
6371 km
6500°C
densità13g/cm3
670 km
Atlantico
5150 km
NUCLEO ESTERNO LIQUIDO
leghe ferrose
bacino di
retroarco
densità10-12 g/cm3
LITOSFERA
continentale
Asia
Africa
Zagros
Mar Rosso
densità 2,3-3,3 g/cm3
70-200 km
La sismicità globale e i limiti di placca
Eventi registrati dal 1960 al 1990
L’anello di fuoco del Pacifico
Vulcanismo calcalino di
tipo prevalentemente
esplosivo
Le placche principali
I tre tipi di movimenti delle placche
Margini divergenti Margini convergenti Margini trasformi
L’evoluzione della terra dal Triassico
I terremoti
Come si deformano le rocce?
Deformazione
fragile
Temperature di transizione fragile
(elasticità-fratturazione)-duttile
(comportamento viscoso)
Deformazione
duttile
Calcite: 200-250°C
Quarzo: 300°C
Plagioclasio: 300-400°C
Deformazioni duttili: le pieghe
Morcles Nappe, Swiss Alps
Deformazione fragile: i terremoti
Tokio, 1923
Chi-Chi, Taiwan, 1999
Chi-Chi, Taiwan, 1999
Le cause dei terremoti
Poseidone, dio dei mari, è anche detto scuotitore della terra in
quanto genera i terremoti
Mitologia greca, sin dall’epoca Micenea
Otto possenti elefanti fanno da pilastri alla Terra; se e quando uno
di loro si stancava scuoteva la testa provocando il terremoto.
Mitologia Indu, sin dall’epoca Micenea
Le grandi catastrofi sono una voce paterna della bonta' di Dio, che ci
richiama al fine ultimo della nostra vita.
Roberto De Mattei, Vice presidente del CNR
1906 SAN FRANCISCO
(magnitudo 7.8)
~ 4 m di scorrimento lungo 450 km della
faglia di San Andreas ~2500 morti,
~28,000 edifici distrutti (perloppiù dal
fuoco)
Ha catalizzato lattenzione sul fatto che ci
fosse una relazione tra terremoti e faglie
Statua di Louis Agassiz
(1807-1873; famoso
geologo, di origine
svizzera ma molto
attivo negli stati uniti)
dopo il terremoto di
San Francisco del 1906
Perché le faglie?
Le rocce hanno
una resistenza
alla deformazione
limitata. Quando
le forze che
agiscono sulle
rocce la
superano, si
genera una faglia
Spesso, quando si è formata una faglia, la natura, che è pigra,
preferisce riutilizzarla per generare nuovi terremoti piuttosto che
svilupparne un’altra spendendo più energia
Normali
I tipi di faglie
Inverse
Trascorrenti
Alcuni esempi di faglie
El Salvador, faglie normali
Faglia inversa di Glarus, Alpi Svizzere
Dolomiti, faglia inversa
Las-Vegas-Nevada, trascorrenza destra
Accumulo e rilascio di energia
accumulo
stick
slip
rilascio
di energia
Modello
Stick-slip
Il piano di Wadati-Benioff e le zone di
subduzione
Magnitudo e tempo di ricorrenza
Stein & Wysession after IRIS
I terremoti più forti del XX e XXI secolo
1) Valdivia, Cile - magnitudo 9,5 - 22 maggio 1960
2) Stretto di Prince William, Alaska - magnitudo 9,2 - 28
marzo 1964
3) Sumatra, Indonesia - magnitudo 9,1 - 26 dicembre 2004
4) Kamchatka, Russia - magnitudo 9,0 - 4 novembre 1952
5) Sendai, Giappone - magnitudo 9,0 - 11 marzo 2011
6) Al largo della costa dell'Ecuador - magnitudo 8,8 - 31
gennaio 1906
7) Concepción, Cile - magnitudo 8,8 - 27 febbraio 2010
8) Isole Rat, Alaska - magnitudo 8,7 - 4 febbraio 1965
9) Sumatra, Indonesia - magnitudo 8,7 - 28 marzo 2005
10) Haiyuan, Cina - magnitudo 8,6 - 16 dicembre 1920
Fonte: USGS
I terremoti più forti del XX e XXI secolo
1) Tangshan, Cina (1976) - 255.000 morti
2) Sumatra settentrionale, Indonesia (2004) - 227.898
morti (Tsunami)
3) Port-au-Prince, Haiti (2010) - 222.570 morti
4) Haiyuan, Cina (1920) - 200.000 morti
5) Qinghai, Cina (1927) - 200.000 morti
6) Kanto, Giappone (1923) - 143.000 morti
7) Messina e Reggio Calabria, Italia (1908) - 120.000
morti
8) Ashgabat, Turkmenistan (1948) - 110.000 morti
9) Sichuan orientale, Cina (2008) - 88.000 morti
10) Muzzarrafad, Pakistan e India (2005) - 86.000 morti
Fonte: USGS
Scuotimento del bedrock e di bacini sedimentari
1989 LOMA PRIETA,
Le case sono collassate nel
distretto Marina di San
Francisco a causa della
amplificazione dello
scuotimento per la presenza
di sedimenti a bassa velocità
di propagazione delle onde
sismiche
Stein & Wysession 2003
Microzonazione sismica
Consiste nella
valutazione della
pericolosità sismica
locale attraverso
l’individuazione di
zone del territorio
caratterizzate da
comportamento
sismico omogeneo;
individua e caratterizza
le zone stabili, le zone
stabili suscettibili di
amplificazione locale
del moto sismico e le
zone suscettibili di
instabilità
Crespellani et al., 2007
Frana indotta da
terremoto a San
Salvador (El
Salvador)
Liquefazione
Sand blows in New Madrid area (USGS)
Gli tsunami
I terremoti generano
altri terremoti?
Rottura sequenziale lungo la faglia Anatolica
Come si spiega?
Con il trasferimento di
energia da un tratto
di faglia a quello
successivo
Altre cause naturali dei terremoti?
Oltre alle interazioni tra placche litosferiche i terremoti
possono essere generati da:
• Attività vulcanica (generalmente di bassa magnitudo;
sono usati anche come indicatori della attività vulcanica)
• Maree
Terremoti indotti dall’uomo
1)
2)
3)
4)
Estrazione e pompaggio di fluidi (acqua e idrocarburi
Costruzione di dighe
Attività minerarie
Esplosioni nucleari
I vulcani
Esistono almeno tre tipi di vulcani:
I Vulcani di Fango
Esistono almeno tre tipi di vulcani:
I Vulcani di Asfalto
Esistono almeno tre tipi di vulcani:
I Vulcani… veri
Apertura o rottura nella superficie terrestre che
permette al magma di fuoriuscire
Dimensioni?
Nuvola di cenere e gas
Cratere
Lava
Condotto
da pochi m2a milioni di km2
Età e durata?
esistono da 4.4 Ga e
possono vivere da pochi
giorni a milioni di anni
La loro forma?
Camera
Magmatica
Da quasi piatti a fianchi
molto inclinati
Temperature?
Da 500°C a 1200°C
E’ possibile classificare due tipi
principali di vulcani: Vulcani “grigi”
Vulcani “rossi”
Eruzione esplosiva (Papua)
Colata effusiva del Kilauea (Hawaii)
Flusso piroclastico (Sinabung Volcano)
Velocità di risalita dei magmi?
~100 km/h
~0.02-4 km/h
Zero
il magma non raggiunge la
superficie
1
cm
Solo il 10-20% del magma
raggiunge la superficie
Genesi dei magmi per fusione del mantello
Temperatura
Curva di
SOLIDUS
Decompressione =
raffreddamento con
fusione!
Aumento di
temperatura = fusione
Aggiunta di volatili =
fusione
Solido
Pressione
Curva di
LIQUIDUS
Inizio
fusione
Fusione
completa
Inizio
Fusione
fusione completa
Tutto
solido
Liquido
Tutto
liquido
Liquido
Liquido
Inizio Fusione
fusione completa
Quanto magma viene prodotto ogni
anno sulla Terra?
Un quantitativo che potrebbe riempire
250-350 milioni di TIR…
In fila farebbero 100 volte il giro dell’Equatore
~80% delll’attività magmatica lungo le dorsali oceaniche
~15% delll’attività magmatica lungo il Ring of Fire
<5% delll’attività magmatica in zone “intraplacca”
Lunghezza: ~65mila km!
Vulcanismo nelle dorsali medio oceaniche
Genesi dei magmi nelle dorsali
Temperatura
Curva di
SOLIDUS
Decompressione =
raffreddamento con
fusione!
Tutto
liquido
Pressione
Curva di
LIQUIDUS
Tutto
solido
Vulcanismo nelle zone di subduzione
Isole Aleutine
Vulcano Osorno, Chile
Genesi dei magmi nelle subduzioni
Temperatura
Curva di
SOLIDUS
Tutto
liquido
Pressione
Curva di
LIQUIDUS
Aggiunta di volatili =
fusione
Tutto
solido
Idratazione e deidratazione dello slab
Idratazione (della crosta e serpentinizzazione): 1) alla dorsale; 2) al trench
Deidratazione della crosta tra 60–75 km (eclogitizzazione)
Deidratazione del mantello serpentinizzato tra 110 e 130 km
Angibust et al., 2012
Rilascio di volatili…
Tonnellate di CO2/giorno
Etna
>44mila
Ton/giorno!
Solfatara
Ischia
Stromboli
Pantelleria
Ustica
Vulcano
Colli Albani
Da: Inguaggiato et al., 2012, G3, doi:10.1029/2011GC003920
Rilascio di volatili…
Tonnellate di CO2/giorno
Etna
>44mila
Ton/giorno!
Solfatara
Ischia
Stromboli
Pantelleria
Ustica
Vulcano
Colli Albani
In media le vetture di ultima generazione emettono 100 g CO2/km
44000000000g / 100g/km=CO2 rilasciata dopo ~440 milioni di km.
Ipotizzando che ogni auto percorra 30 km al giorno, la CO2 rilasciata dai
vulcani italiani è uguale a 440000000 km/30 km = CO2 rilasciata da circa
Da:
2012, G3, doi:10.1029/2011GC003920
15Inguaggiato
milioni etdial.,vetture
(solo in Italia)
Sismicità e vulcanismo globale
Alcuni database interessanti
Terremoti nel mondo: file per google earth
http://earthquake.usgs.gov/learn/kml.php
Vulcani nel mondo: file per google earth
volcano.si.edu/ge/GVPWorldVolcanoes.kml
Rischio sismico in Italia
I terremoti dell’area mediterranea
Serpelloni et al., 2001
Alpi: Sismicità moderata; Appennino: un po’ di più
La regione mediterranea
Le subduzioni nel Mediterraneo
Centrale
Sismicità strumentale in Italia (1981-1997)
http://iside.rm.ingv.it/
iside/standard/index.jsp
http://csi.rm.ingv.it/
Terremoti storici
http://emidius.mi.ingv.it/
CPTI15-DBMI15/
Sorgenti sismogenetiche
Diss
working
group
http://diss.rm.ingv.it/diss/
Mappa della pericolosità sismica in Italia
espressa in
termini di
accelerazione
massima del
suolo
con probabilità
di eccedenza del
10% in 50 anni
riferita a suoli
rigidi
INGV, 2004
http://esse1-gis.mi.ingv.it/
Il terremoto del Friuli (1976)
Il terremoto dellAquila (2009)
Cosentino et al., 2010
Il terremoto
dell’Emilia (2012)
Tsunami lungo le coste italiane
Tinti et al., 2004
Rischio vulcanico in Italia
Vulcani di fango in Italia
Generalmente in zone di compressione
Mefite di Ansanto
(Alta Irpinia)
Fiumicino
Macalube
di Aragona
Associati a modeste emissioni
di gas (essenzialmente CH4)
Vulcani di fango in Italia
Possono essere pericolosi!
27 settembre 2014
Macalube
Vesuvio e Monte Somma
Monte Somma iniziale
Monte Somma attuale
(quel che resta…)
Vesuvio
Impronte di
persone in fuga
dal Vesuvio sulla
cenere ancora
soffice.
3800 anni fa,
Eruzione di
Avellino
…il tragitto delle ceneri….
Le ceneri possono essere un problema
Le ceneri vulcaniche possono agire
anche come fertilizzanti
Bordo della
caldera
~10 km
Caldera dei Colli Albani
Non tutti i vulcani sono pericolosi allo
stesso modo.
Coefficiente di Rischio Vulcanico
(CRV)
CRV = Kt + VEI + log(numero popolazione)
Kt = log (1/tempo trascorso dall’ultima eruzione)
VEI = Volcanic Explosivity Index
numero popolazione = Danni potenziali
Scandone et al., 2016 (J. Volcanol. Geotherm. Res., 78, 2, doi 10.1007/s00445-015-0995-y
Classificazione dei vulcani esplosivi
VEI = Volcanic Explosivity Index
Volume
dei Tefra
(in m3)
Periodicità
Giornaliera Settimanale
0 1 2 3
VEI
Tipo di eruzione
(intervallo VEI)
Hawaiiana
Decine
di anni
Centinaia
di anni
4 5
Vulcaniana
Migliaia
di anni
6
7
Decine di migliaia di
anni
8
Pliniana
Stromboliana
<55 km
<20 km
Altezza del
pennacchio
<2 km
Hawaiiana
<10 km
Stromboliana
Vulcaniana
Pliniana
Coefficiente di Rischio Vulcanico
CRV = Kt + VEI + log (numero popolazione)
Kt = log (1/tempo trascorso dall’ultima eruzione)
Ultima eruzione
Almeno 1 tra 0 e 1 anni fa
Almeno 1 tra 1 e 10 anni fa
Almeno 1 tra 10 e 100 anni fa
Almeno 1 tra 100 e 1.000 anni fa
Almeno 1 tra 1.000 e 10.000 anni fa
Almeno 1 tra 10.000 e 100.000 anni fa
Almeno 1 tra 100.000 e 1.000.000 anni fa
Kt
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
Scandone et al., 2016 (J. Volcanol. Geotherm. Res., 78, 2, doi 10.1007/s00445-015-0995-y
CRV per i vulcani italiani:
In teoria il massimo CRV è 17 (0+8+9).
Il massimo CRV di vulcani attivi è 12-14.
Vulcano
Kt Max VEI
Campi Flegrei
Vesuvio
Etna
Ischia
Pantelleria
Colli Albani
Stromboli
Lipari
Vulcano
Salina
Ferdinandea
-3
-2
0
-3
-3
-5
0
-4
-3
-5
-3
7
6
5
6
6
6
4
4
4
4
3
log popolazione CRV
7
6
5
4
4
5
2
4
3
3
0
11
10
10
7
7
6
6
4
4
2
0
Scandone et al., 2016 (J. Volcanol. Geotherm. Res., 78, 2, doi 10.1007/s00445-015-0995-y
Scandone et al., 2016 (J. Volcanol. Geotherm. Res., 78, 2, doi 10.1007/s00445-015-0995-y
Scandone et al., 2016 (J. Volcanol. Geotherm. Res., 78, 2, doi 10.1007/s00445-015-0995-y
I Campi Flegrei sono entrati in attività anche in epoca storica
<<II dì (...) XXIX di Settembre del MDXXXVIII (...) circa una hora di notte (...) cominciarono a
vedersi in quel luogo, ch'è tra il sudatoio et tre pergule, certe fiamme di foco le quali cominciaro dal
detto Sudatoio et andavano verso tre Pergole. Et ivi fermatosi cioè in quella valletta ch'è tra monte
Barbaro et quel monticello che si denomina dal Pericolo, per la quale valletta s'andava al lago Averno
et alli bagni in brieve spacio el fuoco pigliò tanta forza che nella medesma notte eruppe nel medesmo
luogo la terra, et eruttò tanta copia di cenere et di saxi pomicei mischiati con acqua che coperse tutto
quel paese.>>
(M. A. delli Falconi, Dell'incendio di Pozzuolo, 1538).
Il risultato maggiore di questa attività
è stata la formazione del Monte Nuovo
William Hamilton, Veduta dal
cratere del Monte Nuovo
Ma la attività vulcanica dei campi Flegrei è
anche associata a lenti movimenti verticali:
Il bradisismo
dal greco bradiùs (lento) e seismòs (movimento)
Macellum o Tempio di Serapide, Pozzuoli
L’effetto del bradisismo sul Serapeo
Le tre colonne che fanno parte del tempio presentano a circa m. 3.60 dalla base, e per una fascia di
m. 2.70, una grossa quantità di fori praticati da molluschi marini (litodomi), a testimonianza di un
lungo periodo di sommersione delle stesse e che si pensa sia durato dal II sec. a.C. al 1000 d.C..
La lunga fase di subsidenza
I movimenti verticali nell’area di Pozzuoli
Il bradisismo è positivo quando è diretto verso il basso, negativo nel caso opposto.
L'area di Pozzuoli è stata caratterizzata fino al 1968 da un fenomeno di bradisismo positivo, quindi sono seguiti due
periodi di inversione : il primo dal 1970 al 1972 con un innalzamento di 170 cm. ed il successivo dal 1982 al 1984
con un innalzamento di 182 cm.. Nella primavera del 1983 il sollevamento è stato accompagnato da una crisi sismica:
i terremoti avvenivano principalmente nella fascia costiera nei pressi di Pozzuoli. Molti edifici furono danneggiati dal
sisma, buona parte della popolazione fu costretta ad evacuare e fu fondato un nuovo quartiere di Pozzuoli a
Monteruscello. Dal 1984 è ripreso l'abbassamento che è tuttora in atto.
1969
1997
Macedonio Melloni
Osservatorio
Vesuviano
(1841)
Ferdinando II
Primo sismografo
elettromagnetico (1856)
Luigi Palmieri
Oggi
Attività di monitoraggio nella zona di Pozzuoli
Stazioni GPS
Stazioni Gravimetriche
Linee di livellazione geodetica Stazioni mareometriche
Grazie per l’attenzione
[email protected]
