La tettonica delle placche Eugenio Carminati e Michele Lustrino Dipartimento di Scienze della Terra Sapienza Università di Roma
La tettonica delle placche
Eugenio Carminati e Michele LustrinoDipartimento di Scienze della Terra
Sapienza Universit di Roma
Cosa sappiamo della Terra
La propagazione delle onde sismiche
Sismografi e sismogrammi
Linterno della terra
Frutto della differenziazione da una Terra primordiale fusa
densit 2,3-3,3 g/cm3
densit 4-5 g/cm3
(silicati di magnesio)Perovskite
densit10-12 g/cm3
densit13g/cm3
5150 km
2890 km
6371 km6500C
NUCLEOINTERNO SOLIDO
MANTELLO INFERIORE
NUCLEO ESTERNO LIQUIDOleghe ferrose
Mantello superiore
3000-4000C
subduzione
1300C
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 velocit
bassa velocit
densit 2,7-3,3 g/cm3
Carminati Eugenio Geologia II Universit di Roma La Sapienza
La sismicit globale e i limiti di placca
Eventi registrati dal 1960 al 1990
Lanello 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
Levoluzione della terra dal Triassico
I terremoti
Come si deformano le rocce?
Temperature di transizione fragile (elasticit-fratturazione)-duttile (comportamento viscoso)
Calcite: 200-250CQuarzo: 300CPlagioclasio: 300-400C
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, anche detto scuotitore della terra in quanto genera i terremoti
Mitologia greca, sin dallepoca 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 dallepoca 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 (perloppi 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
Perch le faglie?
Spesso, quando si formata una faglia, la natura, che pigra, preferisce riutilizzarla per generare nuovi terremoti piuttosto che svilupparne unaltra spendendo pi 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 pi 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) Concepcin, 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 pi 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 velocit di propagazione delle onde
sismiche
Stein & Wysession 2003
Scuotimento del bedrock e di bacini sedimentari
Consiste nella valutazione della pericolosit sismica locale attraverso lindividuazione 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 instabilit
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:
Attivit vulcanica (generalmente di bassa magnitudo; sono usati anche come indicatori della attivit vulcanica)
Maree
Terremoti indotti dalluomo1) Estrazione e pompaggio di fluidi (acqua e idrocarburi2) Costruzione di dighe3) Attivit 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
Et 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 500C a 1200C
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)
Velocit 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 dellEquatore
Quanto magma viene prodotto ogni anno sulla Terra?
Lunghezza: ~65mila km!
~80% delllattivit magmatica lungo le dorsali oceaniche ~15% delllattivit magmatica lungo il Ring of Fire
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 6075 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 uguale a 440000000 km/30 km = CO2 rilasciata da circa 15 milioni di vetture (solo in Italia)
Rilascio di volatili
Sismicit 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 dellarea mediterranea
Alpi: Sismicit moderata; Appennino: un po di pi
La regione mediterranea
Le subduzioni nel Mediterraneo Centrale
Sismicit 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 pericolosit sismica in Italia
espressa in termini di accelerazione massima del suolocon probabilit 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 dellEmilia (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 dallultima 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)
Periodicit
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
Coefficiente di Rischio Vulcanico CRV = Kt + VEI + log (numero popolazione) Kt = log (1/tempo trascorso dallultima 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 17 (0+8+9). Il massimo CRV di vulcani attivi 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 attivit anche in epoca storica
Il risultato maggiore di questa attivit stata la formazione del Monte Nuovo
William Hamilton, Veduta dal cratere del Monte Nuovo
Ma la attivit vulcanica dei campi Flegrei anche associata a lenti movimenti verticali:
Il bradisismo dal greco bradis (lento) e seisms (movimento)
Macellum o Tempio di Serapide, Pozzuoli
Leffetto 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 quantit 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 nellarea di PozzuoliIl bradisismo positivo quando diretto verso il basso, negativo nel caso opposto.
L'area di Pozzuoli 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 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 ripreso l'abbassamento che tuttora in atto.
1969 1997
Osservatorio Vesuviano (1841)
Ferdinando II
Macedonio Melloni
Primo sismografo elettromagnetico (1856)
Luigi Palmieri
Oggi
Attivit di monitoraggio nella zona di Pozzuoli
Stazioni GPS Stazioni Gravimetriche
Linee di livellazione geodetica Stazioni mareometriche
Grazie per lattenzione