La tettonica delle placche

Eugenio Carminati e Michele LustrinoDipartimento 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

densità 2,3-3,3 g/cm3

densità 4-5 g/cm3

(silicati di magnesio)Perovskite

densità10-12 g/cm3

densità13g/cm3

5150 km

2890 km

6371 km6500°C

NUCLEOINTERNO SOLIDO

MANTELLO INFERIORE

NUCLEO ESTERNO LIQUIDOleghe ferrose

Mantello superiore

3000°-4000°C

subduzione

1300°C

30-90 kmLITOSFERA oceanica

Ande

LITOSFERAcontinentale

Africa

Zagros Mar Rosso

Asia 70-200 km

Sud America

Oceano Pacifico

Hawaiipunto caldo

Pacifico

Atlantico

olivinaspinello

astenosfera

400 km

670 km

SubduzioneMarianne

bacino diretroarco

alta velocità

bassa velocità

densità 2,7-3,3 g/cm3

Carminati Eugenio Geologia II Università di Roma “La Sapienza”

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 placcheMargini divergenti Margini convergenti Margini trasformi

L’evoluzione della terra dal Triassico

I terremoti

Come si deformano le rocce?

Temperature di transizione fragile (elasticità-fratturazione)-duttile (comportamento viscoso)

Calcite: 200-250°CQuarzo: 300°CPlagioclasio: 300-400°C

Deformazionefragile

Deformazioneduttile

Deformazioni duttili: le pieghe

Morcles Nappe, Swiss Alps

Tokio, 1923 Chi-Chi, Taiwan, 1999

Chi-Chi, Taiwan, 1999

Deformazione fragile: i terremoti

Le cause dei terremoti

Le grandi catastrofi sono una voce paterna della bonta' di Dio, che cirichiama al fine ultimo della nostra vita.

Roberto De Mattei, Vice presidente del CNR

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

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 l attenzione 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?

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

Le rocce hanno una resistenza alla deformazione limitata. Quando le forze che agiscono sulle rocce la superano, si genera una faglia

I tipi di faglieNormali 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

stick

slip

accumulo

rilasciodi energia

Modello Stick-slip

Il piano di Wadati-Benioff e le zone di subduzione

Stein & Wysession after IRIS

Magnitudo e tempo di ricorrenza

I terremoti più forti del XX e XXI secolo

1) Valdivia, Cile - magnitudo 9,5 - 22 maggio 19602) Stretto di Prince William, Alaska - magnitudo 9,2 - 28

marzo 19643) Sumatra, Indonesia - magnitudo 9,1 - 26 dicembre 20044) Kamchatka, Russia - magnitudo 9,0 - 4 novembre 19525) Sendai, Giappone - magnitudo 9,0 - 11 marzo 20116) Al largo della costa dell'Ecuador - magnitudo 8,8 - 31

gennaio 19067) Concepción, Cile - magnitudo 8,8 - 27 febbraio 20108) Isole Rat, Alaska - magnitudo 8,7 - 4 febbraio 19659) Sumatra, Indonesia - magnitudo 8,7 - 28 marzo 200510) 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 morti2) Sumatra settentrionale, Indonesia (2004) - 227.898

morti (Tsunami)3) Port-au-Prince, Haiti (2010) - 222.570 morti4) Haiyuan, Cina (1920) - 200.000 morti 5) Qinghai, Cina (1927) - 200.000 morti6) Kanto, Giappone (1923) - 143.000 morti7) Messina e Reggio Calabria, Italia (1908) - 120.000

morti8) Ashgabat, Turkmenistan (1948) - 110.000 morti9) Sichuan orientale, Cina (2008) - 88.000 morti10) Muzzarrafad, Pakistan e India (2005) - 86.000 morti

Fonte: USGS

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

Scuotimento del bedrock e di bacini sedimentari

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

Microzonazione sismica

Crespellani et al., 2007

Frana indotta da terremoto a San

Salvador (El Salvador)

Sand blows in New Madrid area (USGS)

Liquefazione

Gli tsunami

Rottura sequenziale �lungo la faglia Anatolica

Come si spiega? Con il trasferimento di

energia da un tratto di faglia a quello successivo

I terremoti generano altri terremoti?

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’uomo1)  Estrazione e pompaggio di fluidi (acqua e idrocarburi2)  Costruzione di dighe3)  Attività minerarie4)  Esplosioni nucleari

I vulcani

Esistono almeno tre tipi di vulcani: I Vulcani di Fango

Esistono almeno tre tipi di vulcani: I Vulcani di Asfalto

Camera Magmatica

Lava Condotto Cratere

Nuvola di cenere e gas

Apertura o rottura nella superficie terrestre che permette al magma di fuoriuscire

Dimensioni?

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?

Da quasi piatti a fianchi molto inclinati Temperature?

Da 500°C a 1200°C

Esistono almeno tre tipi di vulcani: I Vulcani… veri

E’ possibile classificare due tipi principali di vulcani: Vulcani “rossi”

Vulcani “grigi”

Colata effusiva del Kilauea (Hawaii)

Eruzione esplosiva (Papua)

Flusso piroclastico (Sinabung Volcano)

Velocità di risalita dei magmi? Zero ~100 km/h ~0.02-4 km/h il magma non raggiunge la superficie

1 cm

Solo il 10-20% del magma raggiunge la superficie

Temperatura

Pres

sion

e

Solido Liquido Inizio fusione

Fusione completa

Liquido Inizio fusione

Fusione completa

Liquido Inizio fusione

Fusione completa

Curva di SOLIDUS Curva di LIQUIDUS

Tutto solido

Tutto liquido

Decompressione = raffreddamento con fusione! Aumento di temperatura = fusione

Aggiunta di volatili = fusione

Genesi dei magmi per fusione del mantello

Un quantitativo che potrebbe riempire 250-350 milioni di TIR…

In fila farebbero 100 volte il giro dell’Equatore

Quanto magma viene prodotto ogni anno sulla Terra?

Lunghezza: ~65mila km!

~80% delll’attività magmatica lungo le dorsali oceaniche ~15% delll’attività magmatica lungo il Ring of Fire

<5% delll’attività magmatica in zone “intraplacca”

Vulcanismo nelle dorsali medio oceaniche

Temperatura

Pres

sion

e

Curva di SOLIDUS Curva di LIQUIDUS

Tutto solido

Tutto liquido

Decompressione = raffreddamento con fusione!

Genesi dei magmi nelle dorsali

Vulcanismo nelle zone di subduzione

Isole Aleutine

Vulcano Osorno, Chile

Curva di SOLIDUS Curva di LIQUIDUS

Aggiunta di volatili = fusione

Genesi dei magmi nelle subduzioni Temperatura

Pres

sion

e

Tutto solido

Tutto liquido

Idratazione e deidratazione dello slabIdratazione (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

Tonnellate di CO2/giorno Etna

Stromboli

Solfatara Ischia

Pantelleria Ustica

Vulcano Colli Albani

Da: Inguaggiato et al., 2012, G3, doi:10.1029/2011GC003920

Rilascio di volatili…

>44mila Ton/giorno!

Tonnellate di CO2/giorno Etna

Stromboli

Solfatara Ischia

Pantelleria Ustica

Vulcano Colli Albani

Da: Inguaggiato et al., 2012, G3, doi:10.1029/2011GC003920

>44mila Ton/giorno!

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 15 milioni di vetture (solo in Italia)

Rilascio di volatili…

Sismicità e vulcanismo globale

Alcuni database interessanti

Terremoti nel mondo: file per google earthhttp://earthquake.usgs.gov/learn/kml.php

Vulcani nel mondo: file per google earthvolcano.si.edu/ge/GVPWorldVolcanoes.kml

Rischio sismico in Italia

Serpelloni et al., 2001

I terremoti dell’area mediterranea

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.jsphttp://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 suolocon 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

Associati a modeste emissioni di gas (essenzialmente CH4)

Mefite di Ansanto (Alta Irpinia)

Macalube di Aragona

Fiumicino

Vulcani di fango in Italia Generalmente in zone di compressione

Vulcani di fango in Italia Possono essere pericolosi!

27 settembre 2014 Macalube

Vesuvio e Monte Somma

Vesuvio

Monte Somma iniziale

Monte Somma attuale (quel che resta…)

3800 anni fa, Eruzione di Avellino

Impronte di persone in fuga dal Vesuvio sulla cenere ancora soffice.

…il tragitto delle ceneri….

Le ceneri possono essere un problema

Le ceneri vulcaniche possono agire anche come fertilizzanti

Caldera dei Colli Albani

Bordo della caldera

~10 km

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

Volume dei Tefra(in m3)

Periodicità

VEITipo di eruzione(intervallo VEI)

Altezza del pennacchio

Classificazione dei vulcani esplosivi

Giornaliera Settimanale Decine di anni

Centinaia di anni

Migliaia di anni

Decine di migliaia di anni

Hawaiiana Vulcaniana Pliniana

Stromboliana

Hawaiiana Stromboliana Vulcaniana Pliniana

0 1 2 3 4 5 6 7 8

<2 km<10 km

<20 km

<55 km

VEI = Volcanic Explosivity Index

Coefficiente di Rischio Vulcanico CRV = Kt + VEI + log (numero popolazione) Kt = log (1/tempo trascorso dall’ultima eruzione)

Ultima eruzione Kt Almeno 1 tra 0 e 1 anni fa 0 Almeno 1 tra 1 e 10 anni fa -1 Almeno 1 tra 10 e 100 anni fa -2 Almeno 1 tra 100 e 1.000 anni fa -3 Almeno 1 tra 1.000 e 10.000 anni fa -4 Almeno 1 tra 10.000 e 100.000 anni fa -5 Almeno 1 tra 100.000 e 1.000.000 anni fa -6

Scandone et al., 2016 (J. Volcanol. Geotherm. Res., 78, 2, doi 10.1007/s00445-015-0995-y

CRV per i vulcani italiani:

Vulcano Kt Max VEI log popolazione CRV Campi Flegrei -3 7 7 11 Vesuvio -2 6 6 10 Etna 0 5 5 10 Ischia -3 6 4 7 Pantelleria -3 6 4 7 Colli Albani -5 6 5 6 Stromboli 0 4 2 6 Lipari -4 4 4 4 Vulcano -3 4 3 4 Salina -5 4 3 2 Ferdinandea -3 3 0 0

Scandone et al., 2016 (J. Volcanol. Geotherm. Res., 78, 2, doi 10.1007/s00445-015-0995-y

In teoria il massimo CRV è 17 (0+8+9). Il massimo CRV di vulcani attivi è 12-14.

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 SerapeoLe 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 PozzuoliIl 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

Osservatorio Vesuviano (1841)

Ferdinando II

Macedonio Melloni

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

eugenio.carminati@uniroma1.it