LA STAZIONE GEOFISICA IPOGEA DEL BUS DE LA GENZIANA (PIAN CANSIGLIO) Responsabile scientifico: Dott. ssa Carla Braitenberg, Collaboratore: Dott. ssa Barbara Grillo (Dipartimento di Scienze della Terra, Università degli Studi Trieste) Dott. Alberto Piccin Corpo Forestale dello Stato Ministero delle Politiche Agricole Forestali Ufficio Amministrazione Ex A.S.F.D. Vittorio Veneto INTRODUZIONE Il Dipartimento di Scienze della Terra dell Università degli Studi di Trieste ha installato dal 1960 strumenti geofisici clino - estensimetrici in Friuli Venezia Giulia per lo studio delle deformazioni della crosta terrestre. Attualmente le stazioni di misura hanno sede in Grotta Gigante e a Villanova delle Grotte, con un totale di 3 estensimetri orizzontali, un estensimetro verticale, 4 clinometri e 2 pendoli orizzontali di base lunga (100 m). Fino ai primi anni 90 invece esistevano anche altre con sede a Cesclans, Invillino, Gemona, Barcis (Grotta della Vecchia Diga), che sono state chiuse causa riduzione di fondi. Attualmente gli studi sulla deformazione vengono svolti anche nell ambito del progetto di Ricerca S2 Valutazione del potenziale sismogenetico e probabilità dei forti terremoti in Italia 2005-2035, UR 3.2b: Impiego di dati GPS a scala nazionale e GPS/geodetici tradizionali a scala locale per un monitoraggio continuo dell accumulo delle deformazioni, convenzione fra Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia e Dipartimento per la Protezione Civile. Ora grazie alla collaborazione con il Corpo Forestale dello Stato nella figura del Dott. Alberto Piccin è stato possibile durante il mese di ottobre 2005 installare gli stessi strumenti geofisici anche nella Riserva Naturale Ipogea Bus de la Genziana in Pian Cansiglio. Attualmente la stazione è curata dalla Dott. ssa Barbara Grillo. La localizzazione di questa cavità è piuttosto strategica per questi studi, in quanto permette di poter fare una triangolazione con le altre due stazioni e registrare dati che possono completare il quadro geofisico dell Italia del Nord - Est. La cavità infatti si trova in una zona sismica, caratterizzata nel 1936 da un forte terremoto con ipocentro sotto il Cansiglio. 1
Figura 1. Mappa della sismicità in colore verde con le due stazioni geodetiche di Grotta Gigante e Villanova in colore rosso e simbolo a triangolo. Il Cansiglio è quella protuberanza nera che sporge sulla pianura al centro a sinistra. LOCALIZZAZIONE Il Bus de la Genziana è una cavità che si apre in Pian Cansiglio a quota 1020 m a monte del margine della Strada Statale n 422 al Km 23 nel comune di Fregona, provincia di Treviso. E stata catastata con il numero 1000 VTV. Si trova a pochi metri dal confine regionale con il Friuli Venezia Giulia (Fig. 2). Fu scoperta nel 1966 da alcuni operai dell A.N.A.S. in seguito a lavori di allargamento sulla strada Crosetta - Pian Cansiglio. E stata decretata Riserva Naturale Ipogea con il D. M. del 12 luglio 1987 ed è gestita dal Corpo Forestale dello Stato. Figura 2. Localizzazione del Cansiglio 2
I pendoli sono stati posizionati su un diaframma di roccia del secondo pozzo del Ramo dei Laboratori a 30 metri circa di profondità (numero III sezione C-D del rilievo in Fig. 3), zona della cavità normalmente poco visitata (Fig. 4). Figura 3. Rilievo topografico dei primi 45 metri della cavità. Figura 4. Clinometri orizzontali nel Bus de la Genziana. 3
SCOPO DEGLI STRUMENTI Gli strumenti installati al Bus de la Genziana sono clinometri molto sensibili atti a rilevare i movimenti della crosta terrestre. La superficie terrestre si presenta normalmente ferma ed immobile all osservazione umana, mentre in realtà essa si deforma continuamente a causa di molteplici fattori di natura diversa. La scienza che studia la forma e le deformazioni della Terra si chiama Geodesia. Di conseguenza gli strumenti che misurano questi fenomeni si dicono geodetici. La teoria della tettonica a zolle prevede che gli spostamenti relativi delle placche provocano corrugamenti e stiramenti della crosta terrestre in corrispondenza dei bordi delle placche, accompagnati da aumenti degli sforzi interni, detti sforzi tettonici. Il materiale roccioso risponde agli sforzi tettonici deformandosi. Queste deformazioni avvengono molto lentamente e richiedono decine di anni di osservazioni continue per essere rilevate. Quando gli sforzi tettonici superano il valore soglia tipico della roccia, il materiale cede all improvviso, generando un evento sismico. La rottura stessa può avvenire a diversi chilometri di profondità e provoca una deformazione cosismica irreversibile ed istantanea, rilevabile in superficie anche con i pendoli. Altro segnale rilevato è dovuto alle onde sismiche generate durante un evento, che provocano al loro passaggio deformazioni rapide, con periodicità (intervallo di tempo fra un massimo ed il massimo successivo) da frazioni di secondo a decine di secondi. Un ulteriore fenomeno che accompagna un evento sismico è quello delle oscillazioni libere. Eventi sismici di magnitudo considerevole agiscono sul globo terrestre come una sollecitazione ad azione impulsiva con effetti analoghi a quelli della percussione su una campana. La Terra risuona come lo farebbe la campana ed inizia ad oscillare nel suo insieme. La periodicità più bassa di questo movimento è di 54 minuti e consiste anche in questo caso in una deformazione rilevabile in superficie dai pendoli. Anche cause esterne, come le maree marine dell Adriatico, le piene dei fiumi sotterranei, le variazioni di pressione atmosferica e di temperatura provocano una deformazione della roccia, rilevabile dai pendoli. Questi movimenti sono generalmente più lenti delle onde sismiche e si estendono su intervalli temporali da qualche minuto a qualche mese. Variazioni di pressione provocano differenti carichi sul terreno, che reagisce a queste sollecitazioni con una risposta elastica. Analogo è l effetto del carico delle maree marine. La Terra nel suo insieme risente anch essa delle forze di marea, alle quali reagisce con un 4
allungamento diretto verso la Luna e il Sole, rispettivamente, con conseguente deformazione che si ripete ogni 12 h circa, detta marea terrestre. EVENTI TERRESTRI: DEFORMAZIONE COSISMICA Il Friuli è stato scosso nel 2004 dall evento di Bovec del 12 luglio di M=5.1, il cui epicentro e meccanismo focale era pressoché identico alla scossa di M=5.6 del 12 aprile 1998. Ambedue questi eventi hanno provocato non solo uno scuotimento del suolo tramite l emmissione di onde sismiche, ma hanno anche provocato una deformazione permanente del suolo. La strumentazione della stazione di Villanova ha rilevato tale deformazione permanente, visibile sia nelle registrazioni dei clinometri che in quelle degli estensimetri. La deformazione permanente è una informazione complementare ed aggiuntiva rispetto alla caratterizzazione dell evento sismico tramite le onde sismiche generate da esso e rilevate con sismografi. -4000-4250 NS msec msec -4240-4320 -4400 NS -4500 4000 3750 3500-200 -400-600 -6500-6700 -6900-1400 -1600-1800 1000 960 920 60 40 20 0 EW msec S2 S3 S4 PR mb PL mm 1/4/98 11/4/98 M=3.9 21/4/98 1/5/98 M=5.6 M=3.5 M=3.7 M=3.7 M=3.7 M=3.8 6200 6160 6120 6080 6040-80000 -82000-84000 -86000-88000 -2000-2020 -2040-9660 -9680-9700 -9720-9740 -1040-1080 -1120-1160 -1200 Hpa 1000 990 980 970 40 20 0 msec mm M=5.4 1-Jul-04 5-Jul-04 9-Jul-04 13-Jul-04 17-Jul-04 EW S1 S2 S3 S4 PR PL Figura 5. Deformazione cosismica osservata nella stazione di Villanova per gli eventi sismici di Bovec del 1998 e del 2004. 5
ILLUSTRAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE GEODETICA L interpretazione di dati geodetici in termini della deformazione crostale e degli sforzi deve opportunamente anche considerare tutti i fattori ambientali, che potrebbero contribuire ad un segnale registrato quali: la pressione barometrica, l influenza dei corsi d acqua superficiali e sotterranei, la temperatura, la neve ed il carico delle maree dell Adriatico. I pendoli in Genziana consistono in una coppia di clinometri tradizionali (MPT) delle dimensioni verticali di 0.5 m circa all interno di una campana in ghisa per ciascuno, che poggia su roccia compatta. A fianco si trovano gli strumenti di acquisizione dei dati sostenuti da una piccola struttura metallica. La postazione geodetica è stata realizzata nelle seguenti fasi: 1) messa in sicurezza e manutenzione delle scale fino al Ramo dei Laboratori compreso; 2) creazione di sei piccole piazzole piane, che sono i punti dove ora poggiano i piedi delle campane, e della struttura portante su barre filettate per gli strumenti di acquisizione. Questi pendoli si definiscono orizzontali con sospensione del tipo Zöllner: l asta del pendolo con la massa è sospesa orizzontalmente da due fili, uno superiore ed uno inferiore (vedi Fig. 2), in modo che l asta ruoti nel piano orizzontale. La rotazione dell asta avviene attorno ad un asse di rotazione virtuale, che passa per il punto di attacco superiore del filo superiore ed inferiore del filo inferiore. Figura 6. Disegno schematico del clinometro MPT. L acquisizione digitale avviene tramite un trasduttore ad induzione magnetica. 6
L inclinazione dell asse di rotazione virtuale dovuta a movimenti crostali o ad effetti mareali viene registrata da una escursione dell asta con un angolo, che è di diversi ordini di grandezza maggiore dell inclinazione dell asse. Le inclinazioni vengono misurate secondo due componenti, quella NS ed EW, registrate rispettivamente da due pendoli posti nella stazione di misura. Nella Tab. 1 sono elencate le principali caratteristiche strumentali. Il fattore di amplificazione trova un espressione in funzione del periodo di oscillazione del pendolo nel piano orizzontale e verticale. L amplificazione del segnale registrato dipende dalla distanza fra il punto di registrazione e l asse di rotazione attuale del pendolo orizzontale. Per i clinometri MPT, che vengono registrati con un trasduttore ad induzione costruito dalla Ditta Tecniche Avanzate di Trieste, la distanza ammonta a 51,66 cm. Quantity Symbol Value Distance between upper and lower mountings Weight of housing case 50 cm 45 kg Total weight of the pendulum, including the wires m 679 gr. Distance of the centre of gravity from the rear suspension Ra 32.0 cm Distance of the actual axis of rotation from the rear d 3.9 cm suspension Moment of inertia with respect to the actual axis of rotation Jo 5,500 gr cm2 Period of oscillation in the vertical plane, determined Ta 1.3 sec experimentally Period of oscillation in the horizontal plane To maintained to 90 sec Recording: -after 1990: Digital Inductive displacement transducer hourly sampling rate - Tabella 1. Caratteristiche tecniche dei pendoli MPT (in inglese) Attualmente i dati vengono registrati in forma digitale e periodicamente vengono scaricati su computer. In futuro ci si auspica che questa ultima operazione possa essere realizzata mediante accesso remoto. 7
INQUADRAMENTO GEOLOGICO GENERALE DELLA STAZIONE GEODETICA Il Bus de la Genziana, cavità emblema e rappresentativa del carsismo ipogeo del Massiccio del Cansiglio - Cavallo, è un complesso carsico caratterizzato dall'alternarsi di forre, gallerie, pozzi e sale per più di due chilometri complessivi di sviluppo ed una profondità di -587 metri. Si sviluppa stratigraficamente nei depositi bacinali e di scarpata formatisi durante il Cretacico, rispettivamente nella Scaglia solo per i primi 20 metri e nei Calcari della Formazione di Monte Cavallo per tutto il resto. La stazione geodetica si trova su calcare compatto alcuni metri sotto il contatto stratigrafico con la Scaglia con giacitura 190 /5. Questo contatto viene intercettato dalla faglia orientata Nord - Sud, che si prolunga oltre il pozzo profondo 45 m fino alla profondità di 90 metri circa. E una faglia inversa a piano ondulato - da verticale a 70 - con persistenza di circa 100 m. Il carsismo del Bus de la Genziana è inquadrabile come alpino a prevalente condizionamento strutturale e ne è prova la suddivisione della cavità in più tronconi secondo i sistemi di faglie N S, NE SW e NW SE (Vedi sezione geologica e carta strutturale che seguono). Figura 7. Sezione geologica del Bus de la Genziana elaborata sul modello tridimensionale. La zona interessata dalla stazione si trova sopra la scritta P45. [B. Grillo, 2002] 8
Figura 8. Carta strutturale del Bus de la Genziana. Le linee rosse sono le faglie. La stazione si trova vicino la scritta INGRESSO [B. Grillo, 2002]. 9
FOTOGRAFIE 15 OTTOBRE 2005: STRUMENTI IN GENZIANA Figura 9. Fase iniziale della calata degli strumenti in Genziana Figura 10. Entrata nel Ramo dei laboratori 10
Figura 11. Arrivo a destinazione del primo strumento. Fotografato dall alto Figura 12. Operazione di posa conclusa. 11
Figura 13. Il team al completo. Figura 14. Collegamento degli strumenti. 12
RINGRAZIAMENTI: Un particolare ringraziamento va riservato ai volontari del Corpo Nazionale Soccorso Alpino Speleologico della squadra di Pordenone per la disponibilità e professionalità dimostrata per la calata in grotta dei delicati strumenti: Alberto Gattel, Denis Zanette, Gabriele Zanin. Inoltre si ringrazia Carlo Urbanet per l assistenza e collaborazione, Alberto Casagrande, Sergio Masut, Davide Gasparotto e Sergio Zidarich per la meticolosa e preziosa manodopera prestata nella realizzazione della postazione per gli strumenti. NOTA: le foto e i disegni sono proprietà degli Autori 13