Tettonica globale Vulcanismo e sismicità
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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]
