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
QUESTA ARANCIA raggio = 42 mm buccia = 10 mm 1a. La Terra non è un arancia 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 profondità km superficie terrestre litosfera (rigida) Astenosfera crosta 5-70 parte sup. del mantello 10-250 parzialmente fusa zona di transizione: prevalentemente solida fino a 400 mesosfera 700 mantello solido, sino a 2900 km Flusso di calore proveniente da reazioni nel nucleo terrestre e nel mantello
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 oceanica litosfera continentale astenosfera Costituzione croste: continentale = granitica (2,7g/cm 3 ) oceanica = basaltica (3.0 g/cm 3 ) Spessori litosfere: continentale = 100 250 km oceanica = 10-100 km
Granito e basalto 3b. C è crosta e crosta (e c è litosfera e litosfera)
4. I margini continentali non sono dove sembra 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)
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 Sedimenti oceanici Fossa oceanica Rocce e sedimenti fortemente deformati Catena montuosa allungata e parallela alla linea di subduzione, con abbondanti vulcani Crosta oceanica< 10 km Mantello esterno (rigido) Astenosfera 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 plutone Fusione parziale delle rocce in subduzione, con risalita di magmi a formare corpi intrusivi o apparati vulcanici Crosta continentale Astenosfera
Placca di Nazca in subduzione Fossa Placca sudamericana Ande: catena montuosa allungata e parallela alla fossa
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.
litosfera continentale litosfera oceanica litosfera continentale 1 sedimenti oceanici Astenosfera 2 3
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 Margini trasformi si hanno spesso lungo le dorsali mediooceaniche, che sono frammentate ripetutamente da faglie trasformi 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
200 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 180 135 65 (Evoluzione della posizione dei continenti negli ultimi 200 milioni di anni)
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 350 oggi
I fase (350 300 milioni di anni fa): Orogenesi ercinica e formazione del Pangea P A N T A L A S S A America settentrionale America meridionale Groenlandia LAURASIA Europa Africa GONDWANA Paleotetide Asia India PANTALASSA Antartide Australia
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 Ch Co MA MC Vo MR SN MB MI
II fase (280 Ma): formazione della Placca Cimmerica LAURASIA Adria Paleotetide Turchia Iran Africa Placca Cimmerica GONDWANA Neotetide
L avanzata da sud-est della Neotetide
III fase (210 Ma): la fratturazione del Pangea e la formazione dell Oceano Ligure-Piemontese America Settentrionale Oceano Atlantico settentrionale Groenlandia Oceano Ligure- Piemontese Africa Europa Adria Asia Neotetide America Meridionale
LAURASIA Adria Sezione perpendicolare alla frattura di trazione che apre l Oceano Ligure- Piemontese crosta continentale mantello litosferico astenosfera crosta continentale LAURASIA Oceano Ligure-Piemontese crosta oceanica Adria mantello litosferico astenosfera
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 Neotetide Sistema elvetico Francia Sistema austroalpino Spagna Sistema sudalpino Oceano Ligure- Piemontese Adria Sistema Pennidico PLACCA AFRICANA emersa
V fase (130 Ma): si apre l Oceano Atlantico Meridionale e inizia a chiudersi quello Ligure-Piemontese Atlantico settentrionale Nord America Eurasia Tetide Oceano Ligure- Piemontese Adria Sud America Africa India Antartide e Australia
Situazione attuale Situazione circa 130 milioni di anni fa
Oceano Ligure-Piemontese Placca Adria margini tra placche divergenti catena medio-oceanica margini tra placche convergenti fossa oceanica sedimenti oceanici litosfera oceanica astenosfera litosfera continentale astenosfera
Europa Oceano Ligure-Piemontese Adria litosfera continentale litosfera oceanica Astenosfera sedimenti oceanici 1 Cuneo di accrezione 2 Formazione della catena Betico-Alpina 3
VI fase: formazione della catena Betico-Alpina (Betico-Alpina)
Elvetico Austroalpino Penninico Sudalpino
Linea Insubrica Pizzo Bernina Elvetidi = sedimenti e crosta europea Pennidico = sedimenti e crosta Oceano Ligure- Piemontese Austroalpino = sedimenti e crosta Adria Sudalpino = sedimenti e crosta Adria
VII fase: si delinea una nuova fossa tettonica a nord ovest della catena Betico-Alpina 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
30 Milioni di anni fa: apertura dell Oceano Algero-Provenzale
Circa 28 Milioni di anni fa, parte alpina: le Alpi Meridionali assumono vergenza verso sud 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
VIII fase: 10 Milioni di anni fa: apertura dell Oceano tirrenico
Alpi La situazione poco meno di 5 milioni di anni fa. Appennini Si è riaperta la via di comunicazione con l Atlantico Corsica Sardegna Tirreno in espansione 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 Meridionali
Evoluzione tettonica dell Appennino centro settentrionale e delle Prealpi dall Oligocene (30 M anni)
La situazione attuale Le Alpi si muovono verso verso nord Le 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 Il Tirreno si apre lungo la direzione est-ovest La placca Adria si muove verso nord Lo Ionio subduce sotto la Calabria verso nord-ovest
Il sottosuolo della Pianura Padana
Strutture alpine, prealpine ed appenniniche in parte sepolte dai sedimenti della Pianura Padana A = Alpi e Prealpi B = Appennini 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.
S Sezioni geologiche nord-sud attraverso la Pianura lombarda tra Pavia, S. Colombano e la confluenza Adda-Po N Asse della dorsale di S. Colombano
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 Adda BG Oglio MI BS 120 PV S. Colombano Fiume Po Dorsale Pavia - Mantova
Sezione sud nord tra l Appennino Settentrionale, la Pianura Padana e le Alpi Meridionali Pianura Padana Alpi Meridionali
La situazione attuale Le Alpi si muovono verso verso nord Le 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 Il Tirreno si apre lungo la direzione est-ovest La placca Adria si muove verso nord Lo Ionio subduce sotto la Calabria verso nord-ovest