Ente Sistema Edilizia Brescia

Seminario

Nuove tecnologie per il miglioramento sismico degli edifici esistenti

Auditorium Ente Sistema Edilizia Brescia

Via Garzetta, 51, Brescia

3 dicembre 2016

Sismicità e storia geologica dell'Italia

Alberto Clerici

DICATAM – Università di Brescia

Sismicità e storia geologica dell'Italia

Obiettivi:

- Illustrare brevemente come l’evoluzione geologica sia responsabile della

sismicità italiana

- Chiarire alcuni aspetti relativi al fenomeno sismico

1a. La Terra

non è

un’arancia

QUESTA ARANCIA

raggio = 42 mm

buccia = 10 mm

LA TERRA

raggio = 6370 km

parte esterna solida =

litosfera = crosta +

parte superiore del

mantello = 150 km ≈

1 mm nell’arancia

1b. La costituzione della parte

più esterna della Terra

litosfera (rigida)

km

5 - 70

10 - 250

fino a 400

700

profondità

Astenosfera parzialmente fusa

zona di transizione:

prevalentemente solida

crosta

parte sup. del mantello

mantello solido,

sino a 2900 km

superficie terrestre

Flusso di calore

proveniente da reazioni

nel nucleo terrestre e

nel mantello

mesosfera

2. La Teoria della Tettonica a

placche (Wegener, 1912) non è

una teoria

Sono note

in tutto 33

zolle, di cui

7 di

maggiori

dimensioni,

6

intermedie

ed almeno

20 minori

L’insieme delle forme e dei processi che interessano la crosta terrestre sono stati spiegati dalla Teoria della tettonica a placche

Deriva dei continenti e tettonica a placche (Wegener, 1912)

1. I moti convettivi attivi nella astenosfera, insieme a cause astronomiche ed alle diverse velocità

che i punti sulla superficie della terra posti a latitudine diversa posseggono, fanno sì che la

litosfera (crosta + mantello esterno = parte rigida sottile più esterna della Terra) si sia

suddivisa in grandi porzioni, dette placche o zolle

2. Le placche, rigide, possono essere costituite da terre emerse, da oceani o essere miste

3. Le placche, rigide, “galleggiano” sulla astenosfera parzialmente liquida (magma) sede di moti

convettivi.

4. I moti convettivi, insieme alle concause, inducono le placche, oggi come in passato, non solo a

formarsi, ma anche a muoversi reciprocamente le une rispetto alle altre

5. I margini delle placche sono le zone critiche di questi movimenti

6. Tutti i grandi fenomeni (vulcani, terremoti) e le grandi morfologie (catene montuose, fosse

oceaniche, ecc.) presenti sulla crosta terrestre sono spiegati dalla Teoria della tettonica a

placche e dipendono dal tipo di contatto esistente tra due placche vicine

Forme allungate di catene montuose antiche e recenti, dorsali

mediooceaniche, fosse oceaniche

Terremoti allineati lungo linee corrispondenti a catene montuose recenti, dorsali

mediooceaniche (e loro suddivisioni trasversali), fosse oceaniche

La suddivisione dell’unico supercontinenete (Pangea) esistente 180

milioni di anni fa ed i movimenti delle placche sino all’attuale

Oggi, come in passato, la litosfera è sede di continui movimenti reciproci delle diverse porzioni della

litosfera

3a. C’è crosta e crosta (e c’è litosfera e litosfera)

litosfera

continentale

astenosfera

litosfera

oceanica

Spessori litosfere:

continentale = 100 – 250 km

oceanica = 10 - 100 km

Costituzione croste:

continentale = granitica (2,7g/cm3)

oceanica = basaltica (3.0 g/cm3)

Granito e basalto

3b. C’è crosta e crosta (e

c’è litosfera e litosfera)

Il limite tra continente e oceano non

corrisponde alla posizione della linea di

costa; normalmente la crosta continentale

si estende in mare per decine o centinaia di

chilometri e termina ad una profondità

compresa tra 1000 e 2000 m (alla base

della scarpata continentale)

4. I margini continentali non sono dove sembra

5. In Geologia un oceano può non essere oceanico

Si definisce “oceano” una porzione di litosfera sommersa dall’acqua marina in cui sono

presenti vulcani attivi (spesso allineati lungo una dorsale, la “catena mediooceanica”), da

cui fuoriesce continuamente magma che, raffreddandosi, forma nuova crosta oceanica. Le

dimensioni, peraltro mutevoli nel tempo geologico, non contano.

dorsale

Margini divergenti

L’allontanamento tra due placche si ha

sostanzialmente lungo le catene

vulcaniche mediooceaniche dove il

magma risale continuamente e

nuova crosta (basaltica) viene

continuamente formata, come

avviene, ad esempio, lungo tutto

l’Oceano Atlantico (Islanda

compresa).

Tipi di margini tra placche e attività sismica

Schema semplificato di margini convergenti con subduzione di placca oceanica

(caso della costa pacifica sudamericana)La convergenza tra placche con subduzione di un margine rispetto all’altro si verifica quando

una placca oceanica si sposta verso una continentale, come avviene lungo tutto il margine

pacifico dell’America meridionale Catena montuosa

allungata e parallela

alla linea di subduzione,

con abbondanti vulcani

Fusione parziale

delle rocce in

subduzione, con

risalita di magmi a

formare corpi

intrusivi o apparati

vulcanici

plutone

La subduzione non avviene con

regolarità nel tempo, né coinvolgendo

tutta la porzione di litosfera qui

rappresentata, ma piuttosto con fasi di

staticità ed accelerazioni e interessando

porzioni di litosfera.

Tutta la zona è sismogenetica con

ipocentri via via più profondi

Rocce e sedimenti

fortemente deformatiFossa

oceanica

Sedimenti oceanici

Crosta oceanica< 10 km

Mantello esterno (rigido)

Astenosfera

Astenosfera

Crosta

continentale

Placca di Nazca

in subduzione

Fossa

Ande: catena

montuosa

allungata e

parallela alla

fossa

Placca sud-

americana

Il Cile ha una lunga storia di forti terremoti,

tra cui:

1960 di M = 9.5 nel Cile meridionale

(massima Magnitudo assoluta)

2010, M = 8.8, Maule (Cile centrale), che ha

provocato una rottura di una sezione

lunga ~ 400 km del bordo di placca

1 aprile 2014, M = 8,2 localizzato al largo

delle coste settentrionali del Cile

settembre 2015, M = 8.3

Terremoti di magnitudo >= 4.7 avvenuti dopo la scossa principale M = 8.3, indicata

con il cerchio celeste e avvenuta il 16 settembre 2015 (Fonte dati: USGS).

Il terremoto del 16 settembre 2015 conferma ancora una volta come solo una seria

prevenzione può difendere dai danni dei terremoti.

Il Cile, dopo il disastroso terremoto del 1960 di magnitudo 9.5, ha adottato norme per

le costruzioni molto rigorose, per le quali tutti gli edifici devono resistere a

magnitudo molto elevate. Ha anche introdotto norme per invogliare la popolazione

ad adeguare la propria abitazione.

Di fatto oggi il Cile ha una vulnerabilità degli edifici molto bassa, ma anche una

popolazione educata al terremoto e questo spiega il bassissimo numero di vittime

nonostante una magnitudo così elevata (in termini di energia, il terremoto del

settembre 2015 è stato circa 5000 volte maggiore di quello avvenuto in Emilia il 20

maggio 2012.

Dagli anni ’60 il Cile è dotato anche di un buon sistema di allerta rapida per gli

tsunami, notevolmente migliorato negli ultimi anni, dopo che in occasione del

terremoto del 2010 (M 8.8) ci furono notevoli problemi nell’allerta.

Margini convergenti senza subduzione

Se sono due placche continentali a convergere, nessuna delle due riesce ad

infilarsi sotto l’altra e si ha la formazione di una catena montuosa parallela al

margine tra le placche (cioè un’orogenesi di tipo alpino-himalayano)

Schema semplificato di margini convergenti con subduzione e successiva orogenesi

La convergenza con orogenesi si verifica quando due zolle continentali entrano in

contatto, come avviene lungo tutta la catena Alpino-Himalayana; questo tipo di

contatto tra margini può verificarsi successivamente ad un più o meno lungo

periodo di subduzione che porta all’esaurimento della crosta oceanica.

Se le spinte orizzontali continuano dopo la

subduzione di tutta la crosta oceanica, si ha

il contatto tra le due croste continentali.

Poiché entrambe hanno la stessa densità, la

subduzione è solo parziale e si hanno

invece piegamenti, fagliamenti,

sovrascorrimenti di porzioni di crosta

continentale, di crosta oceanica e di

sedimenti oceanici con la formazione di

catene montuose a geologia complessa.

Astenosfera

litosfera

continentale

litosfera

oceanica

sedimenti

oceanici

1

2

3

litosfera

continentale

I movimenti convergenti avvengono in parte senza sollecitazione sismiche e in parte con sismi, rilevati

solo strumentalmente o più o meno violenti, che si generano lungo faglie

Lo scorrimento laterale tra placche si ha in tutti gli altri casi

quando, cioè, le forze che tendono a muovere le placche agiscono

in direzione sostanzialmente parallela all’andamento dei margini

E’ una faglia trasforme anche la Faglia di S. Andreas che, con le sue

vicarianti, mette a contatto la placca pacifica con quella del continente

nord americano; il movimento della California avviene verso nord con

una velocità (mediata sugli ultimi 200 anni) di circa 6.5 cm/anno.

Naturalmente esistono situazioni intermedie con margini transpressivi e

transtensivi

Margini trasformi si hanno spesso lungo le dorsali

mediooceaniche, che sono frammentate ripetutamente da

faglie trasformi

200

180

135 65

(Evoluzione della

posizione dei

continenti negli

ultimi 200

milioni di anni)

Quindi, tutti i movimenti

tra le placche

comportano che i

margini tra queste siano,

in alternativa:

divergenti, convergenti,

trasformi.

In ogni caso i margini

sono sede preferenziale

dell’attività sismica

Breve, parziale e imprecisa storia geologica di dove siamo

1. Breve: perché non dobbiamo diventare specialisti

2. Parziale: perché trascuriamo tutto ciò che è avvenuto prima di 350 milioni di anni fa

e gli eventi più recenti

3. Imprecisa: perché non accenniamo ad una quantità di eventi minori

4700 oggi350

I fase (350 ÷ 300 milioni di anni fa):

Orogenesi ercinica e formazione del Pangea

PANTALASSA

P

A

N

T

A

L

A

S

S

A

EuropaAmerica

settentrionale

Asia

Groenlandia

LAURASIA

America

meridionale

Antartide

Africa

India

Australia

GONDWANA

Paleotetide

I rilievi testimoni della catena montuosa formatasi durante l’orogenesi ercinica, tra 350 e 300

milioni di anni fa nell’Europa occidentale e centrale: MI = Meseta Iberica; Ch = Carrantuohill;

Co = Cornovaglia; MA Massiccio Armoricano; MC = Massiccio Centrale; MR = Massiccio

Renano; Vo = Vosgi; SN = Selva Nera; MB = Massiccio Boemo

MA

MI

MRMB

Co

Ch

Vo SN

MC

II fase (280 Ma): formazione della Placca Cimmerica

Placca

Cimmerica

Adria

LAURASIA

GONDWANA

Paleotetide

TurchiaIran

Africa

Neotetide

L’avanzata da sud-est

della Neotetide

III fase (210 Ma): la fratturazione del Pangea e la formazione

dell’Oceano Ligure-Piemontese

Oceano

Ligure-

Piemontese

Oceano

Atlantico

settentrionale

Adria

Neotetide

Asia

Europa

Groenlandia

America

Settentrionale

America

Meridionale

Africa

crosta oceanica

Sezione perpendicolare alla

frattura di trazione che

apre l’Oceano Ligure-

Piemontese

mantello litosferico

astenosfera

LAURASIA Adria

mantello litosferico

astenosfera

LAURASIAAdriaOceano Ligure-Piemontese

crosta continentale

crosta continentale

Neotetide

Oceano Ligure- Piemontese

Sistema Pennidico

IV fase: sul fondo oceanico, ma anche sulla parte

sommersa dei continenti, si depositano sedimenti

e resti di organismi animali e vegetali

PLACCA EUROPEA

emersa

PLACCA AFRICANA

emersa

Adria

Spagna

Francia

Sistema elvetico

Sistema sudalpino

Sistema austroalpino

V fase (130 Ma): si apre l’Oceano Atlantico Meridionale e inizia a chiudersi

quello Ligure-Piemontese

Tetide

Atlantico

settentrionale

Africa

Antartide e Australia

IndiaSud

America

Nord

AmericaEurasia

Adria

Oceano Ligure-

Piemontese

Situazione attuale Situazione circa 130 milioni di anni fa

margini tra placche

divergenti

catena medio-oceanica

margini tra

placche

convergenti

Placca AdriaOceano Ligure-Piemontese

fossa

oceanica

sedimenti oceanici

astenosfera

litosfera

continentale

astenosfera

litosfera oceanica

Oceano Ligure-Piemontese Adria

Astenosfera

litosfera

continentale

litosfera

oceanica

sedimenti

oceanici

1

2

3

Europa

Cuneo di

accrezione

Formazione

della catena

Betico-Alpina

VI fase:

formazione della

catena Betico-Alpina

(Betico-Alpina)

Sudalpino

Austroalpino

Penninico

Elvetico

Pizzo Bernina

Linea Insubrica

Sudalpino =

sedimenti e

crosta Adria

Austroalpino =

sedimenti e

crosta AdriaPennidico =

sedimenti e

crosta Oceano

Ligure-

Piemontese

Elvetidi =

sedimenti e

crosta

europea

ADRIA

L’estesa catena montuosa “betico-alpina” formatasi a seguito del contatto tra le placche africana ed

europea. Il processo orogenetico era iniziato decine di milioni di anni prima. Si formarono le Alpi

vere e proprie ed altri rilievi che poi andarono a costituire la porzione settentrionale della Corsica,

la parte centrale e meridionale dell’attuale Calabria, la Sicilia nord-orientale, le Kabilie algerine, le

Baleari e la Catena Betica nel sud della Spagna

VII fase:

si delinea una nuova fossa

tettonica a nord ovest

della catena Betico-Alpina

30 Milioni di anni fa: apertura dell’Oceano Algero-Provenzale

Il cuneo di rocce africane continua il suo movimento verso nord al di sopra della crosta

continentale europea in subduzione verso sud.

La parte assiale e settentrionale delle Alpi continua a deformarsi verso nord,

mentre la parte più meridionale (Alpi meridionali) e superficiale si ripiega verso sud

Circa 28 Milioni di anni fa, parte alpina:

le Alpi Meridionali assumono vergenza verso sud

VIII fase: 10 Milioni di anni fa: apertura dell’Oceano tirrenico

Alpi

Appennini

Corsica

Sardegna

La situazione poco meno di

5 milioni di anni fa.

Si è riaperta la via di

comunicazione con

l’Atlantico

La catena appenninica

continua la sua crescita ed

il suo spostamento verso

est.

La Pianura Padana è sotto

il livello del mare, chiusa

tra Appennini e Alpi

MeridionaliTirreno in

espansione

Evoluzione tettonica dell’Appennino centro settentrionale e delle Prealpi

dall’Oligocene (30 M anni)

La situazione

attualeLe Alpi Meridionali si

muovono verso sud

L’Appennino

settentrionale si

muove verso nord,

quello centrale

verso est e quello

meridionale verso

sud-est La catena

dinarica si

muove

verso ovest

La placca

Adria si

muove verso

nord

Il Tirreno si apre lungo

la direzione est-ovest

Lo Ionio subduce

sotto la Calabria

verso nord-ovest

Le Alpi si muovono

verso verso nord

Il sottosuolo della

Pianura Padana

A = Alpi e Prealpi

B = Appennini

Strutture alpine, prealpine ed appenniniche in parte sepolte dai

sedimenti della Pianura Padana

Principali linee di sovrascorrimento, di distensione, di taglio

Sezione sud – nord tra

l’Appennino Settentrionale, la Pianura Padana e le Alpi Meridionali

Alpi Meridionali

Pianura Padana

Isocinetiche [mm/anno]

in Pianura Padana

Variazioni nel tempo dell’altimetria: la porzione orientale della Pianura è soggetta a subsidenza

naturale, accelerata da interventi antropici, primo fra tutti il prelievo di fluidi in profondità; le Alpi

sono in crescita (1 mm/anno) e così (mediamente) gli Appennini

Stralcio da: European-Mediterranean Seismic Hazard Map

(European Seismological Commission, 2003)

Rilievi isolati di origine tettonica nella Pianura Padana

Nella Pianura sono presenti alcuni rilievi isolati, posti presso il margine oppure nel

mezzo della stessa, nettamente contrastanti con la regolarità e la bassa acclività

generale, aventi origine tettonica.

In Lombardia vi sono:

• i rilievi di Capriano del Colle, Castenedolo, Ciliverghe e Pievedizio (Provincia di

Brescia) costituiti da alluvioni recenti deformate ed innalzate da movimenti

tettonici recenti delle Alpi Meridionali.

• il rilievo di S. Colombano, nella bassa lodigiana, costituito da rocce prequaternarie,

dovuto a sollevamenti tettonici recenti legati alla spinta in atto verso Nord della

catena appenninica;

Monte Netto - Capriano del Colle

La collina di San Colombano al Lambro

Una evidenza delle spinte appenniniche è costituita dal Colle di San Colombano, ad est di Pavia,

una collina di 144 m di altezza che si eleva nettamente nel cuore della Pianura Padana, che in

quest’area ha gradienti morfologici di pochi punti per mille ed una quota di circa 70 m s.l.m.

Ad est di questa vi sono i più modesti rilievi di Casalpusterlengo e di Pizzighettone, aventi la stessa

origine.

Il Colle di S. Colombano rappresenta la manifestazione visibile in superficie di una dorsale sepolta

allungata est – ovest in sollevamento, costituita da una piega (anticlinale), riconosciuta,

soprattutto grazie ad indagini sismiche per ricerche di idrocarburi, tra il pavese ed il

mantovano.

Il nucleo della struttura è costituito da marne del Miocene sommitale (6 Ma – depositi marini), su

cui si sono deposte argille e calcari pliocenici (marini) e quaternari, e coperture alluvionali

(depositi continentali). Risultano piegati anche i depositi quaternari.

Sezioni geologiche nord-sud attraverso la Pianura lombarda tra

Pavia, S. Colombano e la confluenza Adda-Po

Asse della dorsale

di S. Colombano

NS

La stessa causa tettonica è responsabile anche del percorso seguito dai

corsi d’acqua alpini

I principali corsi d’acqua alpini come, tra i maggiori, il Ticino, l’Adda e l’Oglio, raggiunta la

pianura, percorrono un tratto con direzione sostanzialmente nord-sud poi deviano in

modo netto verso est.

L’angolo che formano tra i due tratti arriva a 120° e, apparentemente, non trova spiegazioni

geomorfologiche, idrauliche o antropiche.

La causa è la migrazione verso nord del margine appenninico, con relativo sollevamento del

substrato roccioso sepolto sotto i sedimenti della pianura e, conseguentemente, della

pianura stessa.

Margine

meridionale della

Pianura, verso la

catena appenninica

Margine

settentrionale della

Pianura, verso la

catena prealpina

Direzione delle spinte appenniniche Direzione delle spinte prealpine

Sistema dinamico: cause tettoniche

Ticino

MI

BG

BS

Adda

Oglio

PV S. Colombano

Fiume Po

120°

Dorsale Pavia - Mantova

Sezione sud – nord tra

l’Appennino Settentrionale, la Pianura Padana e le Alpi Meridionali

Alpi MeridionaliPianura Padana

La situazione

attualeLe Alpi Meridionali si

muovono verso sud

L’Appennino

settentrionale si

muove verso nord,

quello centrale

verso est e quello

meridionale verso

sud-est La catena

dinarica si

muove

verso ovest

La placca

Adria si

muove verso

nord

Il Tirreno si apre lungo

la direzione est-ovest

Lo Ionio subduce

sotto la Calabria

verso nord-ovest

Le Alpi si muovono

verso verso nord