venerdì 22 luglio 2016

I Colli Albani e la "possibile" ripresa della attività vulcanica: un falso problema, almeno per ora (non date retta ai catastrofisti!!)


Che i Colli Albani siano un apparato vulcanico dormiente e non un vulcano spento è una questione scientificamente assodata ma forse fino ad oggi poco nota al grande pubblico. Torno ad occuparmene 6 anni dopo aver scritto un post in materia, perchè in questi giorni è uscito un lavoro che ne parla e ne descrive il possibile futuro. Un lavoro necessario in quanto il rischio vulcanico non va preso sotto gamba (come continua ad essere fatto purtroppo per esempio a Napoli e dintorni per Vesuvio e Campi Flegrei) ed è quindi necessaria una esatta valutazione del rischio potenziale (ricordandosi comunque che è difficile fare delle predizioni sul futuro di un vulcano). In buona sostanza viene confermato che i Colli Albani stanno dando dei sintomi di un possibile risveglio, ma i post catastrofisti apparsi in vari siti su una possibile eruzione che si leggono in rete sono assolutamente fuori luogo, almeno per il presente.

Qualche anno fa scrissi un post sui Colli Albani, facendo notare diverse cose: innanzitutto che la distanza che ci separa dall'ultima eruzione è minore del massimo intervallo fra due fasi di attività, e quindi questo apparato vulcanico è da considerarsi non come un vulcano "spento", ma “dormiente” e, pertanto, potenzialmente capace di tornare in attività.
Inoltre ci sono testimonianze piuttosto importanti di una possibile (anzi, direi di più, probabile) attività ai tempi della Roma repubblicana, con eventi legati però più alle fasi finali di degassazione dell'ultima fase parossisitica che ad attività magmatica (annoto che non tutti sono d'accordo su questo, c'è chi le considera pure leggende. Personalmente tendo ad accreditarle come reali).
Scrissi anche che se da un lato è il criterio temporale a costringere la Scienza a non considerare “spento” il vulcano, dall’altro ci sono evidenti segni che confermano lo status di “apparato dormiente
  • il continuo sollevamento dell'area
  • le periodiche crisi sismiche (con sequenze più tipiche di aree vulcaniche che di aree tettoniche)
  • gli elevati valori di emissione di gas (i cui picchi coincidono con episodi sismici o di sollevamento più intenso)
Un lavoro recentemente uscito ad opera di ricercatori dell’INGV ha fatto il punto della situazione e consente una migliore valutazione del rischio vulcanico a loro dovuto, ricordando che se il rischio Vesuvio / Campi Flegrei riguarda l’area napoletana, sulle pendici dei Colli Albani c’è Roma [1].

Le province magmatiche plio . quaternarie dell'Italia Centrale
VULCANOLOGIA DEI COLLI ALBANI. Iniziamo inquadrando nel tempo e nello spazio l’attività vulcanica nei Colli Albani. Questo apparato fa parte della Provincia Magmatica Romana, la cui attività è iniziata nei monti Sabatini circa 800.000 anni fa e 600.000 anni fa a Bolsena e nei Colli Albani; solo ai Cimini ci sono segni di attività più antica. Nella Provincia Romana sono compresi altri centri minori. Significativamente si deve notare che l’inizio dell’attività nella Provincia Romana ha di poco preceduto la fine di quella della Provincia Toscana, cominciata 14 milioni di anni fa per concludersi con le ultime fasi del Monte Amiata circa 200.000 anni fa.
Questi magmi si sono messi in posto lungo la fascia costiera del Mare Tirreno da quando si è instaurato nell’area un regime tettonico distensivo. Altrettanto significativamente i vulcani della Provincia Magmatica Romana sono separati dai vulcani della Campania dalla linea Ancona - Anzio, che è una delle principali strutture geologiche a livello della geologia mediterranea.

Questa sezione è riferita alla Provincia Campana
ma vale anche per la Provincia Romana 
Si tratta di magmi a carattere ultrapotassico. È un magmatismo piuttosto raro a trovarsi, e deriva da una fusione molto parziale del mantello terrestre, probabilmente innescata dalla subduzione della crosta della zolla adriatica sotto il margine europeo (che come è noto, è stato un pò sbriciolato dall’apertura dei bacini del Mediterraneo occidentale negli ultimi 30 milioni di anni). In questo quadro sarebbero dunque inquadrati in un sistema di arco magmatico. Altri Autori considerano invece questi magmi come un effetto di un rift che si sta aprendo. Delle due ipotesi personalmente preferisco la prima, illustrata nella figura qui a fianco, che è riferita alla provincia campana, am è anche valida per la Provincia romana.
Una cosa interessante è che la maggior parte dei cicli eruttivi nella provincia magmatica laziale sono avvenuti in modo regolare e, soprattutto, mostrano una estrema sincronia fra i vari apparati, i quali però non sono legati dalla stessa evoluzione magmatica nel tempo. Quindi qualsiasi la causa che ha provocato tale sincronia non la possiamo individuare a livello delle camere magmatiche, ma è un qualcosa che agisce in profondità, permettendo in una vasta area la formazione e/o la risalita dei magmi [2].

Le varie fasi di attività e riposo dei Colli Albani, da [3]
LA STORIA DEI COLLI ALBANI. Per le datazioni dei Colli Albani la letteratura scientifica è pressoché unanime: l’attività è iniziata 608.000 anni fa, ed è composta da 11 periodi principali che si verificano con una certa regolarità, all’incirca ogni 45.000 anni, come si vede da questa immagine. I cicli durano qualche migliaio di anni, per cui tra la fine di uno di essi e l’inizio di quello successivo decorrono circa 15.000 anni di "silenzio". L’ultimo ciclo è iniziato circa 36.000 anni fa e quindi, come ho detto all'inizio, l’intervallo fra un ciclo e l’altro è più lungo del tempo trascorso dall’ultima attività; per questo il criterio temporale non consente di definirlo come un vulcano “spento”.
La storia eruttiva del complesso è stata suddivisa in 3 fasi di attività [3]:
  1. Tuscolano-Artemisio: tra 600 e 350 mila anni fa, durante la quale si sono formate diverse caldere
  2. Monte delle Faete: tra 310 e 240 mila anni fa, caratterizzata da attività esplosiva ed effusiva
  3. l’attività recente (degli utlimi 200.000 anni), caratterizzata da attività magmatica diffusa e la formazione di numerosi piccoli crateri dovuti all’interazione fra le acque presenti nel sottosuolo e il magma.
Fondamentalmente l’intensità dell’attività era diminuita nel tempo, ma nelle ultimissime fasi questa tendenza si è invertita.
Le prime due fasi sono responsabili della maggior parte dell’attività, mentre l’ultima ha toccato essenzialmente l’area a SW delle vecchie caldere e si è ulteriormente espansa all’esterno di queste, sempre nell’area a SW.
anche a Bolsena l’attività si è spostata con il tempo verso W

LA GEOLOGIA DELL'AREA. Gli studi precedenti hanno evidenziato diverse cose:
  • la tomografia sismica evidenzia sotto al vulcano tra i 5 e i 10 km di profondità una zona a bassa velocità delle onde sismiche, interpretabile come una camera magmatica ancora calda
  • un sollevamento regionale di circa 45 metri negli ultimi 250.000 anni, probabilmente dovuto ad iniezioni di magma nella crosta
  • in particolare nei Colli Albani c’è stato un sollevamento di circa 50 cm a partire dal 1960, particolarmente evidente durante la crisi sismica del 1990–1991. Il tasso di sollevamento tra il 1993 e il 2000 è stato di ben 2.5 mm/anno [4]
Questo sollevamento è stato interpretato come l’effetto di iniezione di magmi nella camera magmatica sottostante
tutto il settore occidentale delle vecchie caldere è stato interessato da una robusta sismicità, in cui alcune scosse hanno espresso una M superiore a 4 (ed essendo superficiali hanno provocato risentimenti fino al VII grado della scala Mercalli)

LE CONFERME RECENTI. I dati illustrati nel lavoro uscito in questi giorni confermano il quadro precedente, dimostrando inoltre che c’è una stretta correlazione temporale fra i centri eruttivi degli ultimi 200.000 anni e il settore caratterizzato dal massimo sollevamento (un altro indizio importante delle relazioni fra quanto avviene in superficie e quanto avviene in profondità). lo si vede da questa carta, sempre da [1], in cui giallo, arancione e rosso sono le aree a sollevamento crescente.
Vediamo che solo una zona mostra degli abbassamenti, ed è lungo il bordo orientale delle vecchie caldere.
Inoltre tra il 2001 e il 2010 il tasso di sollevamento è rimasto sui valori ottenuti per il decennio precedente.
Viene confermato un intervallo di circa 40.000 anni fra le varie fasi di attività e la datazione a 36.000 anni fa dell’inizio dell’ultimo ciclo.

IL FUTURO. In base a questi calcoli se l’attività dei Colli Albani proseguisse come nel passato, oggi saremmo all’incirca all’inizio della fase di ricarica della camera magmatica che precederebbe la dodicesima fase di attività. La domanda quindi è se ci sono sintomi che possono far pensare ad un risveglio del vulcano.
Bene, visti i fenomeni che ho descritto prima, la risposta è affermativa: è molto difficile correlare il sollevamento a qualcosa di diverso.
Ma c’è di più:
Qualche anno fa fu suggerito che la nuova risalita di magma avrebbe potuto modificare il regime di sforzo tettonico dell’area.
E questo si è puntualmente verificato: diversi indicatori (movimento di faglie, stratigrafie di pozzi e persino dei manufatti, come un acquedotto del II secolo dC) evidenziano che fino ad un recentissimo passato (almeno fino all’età romana) la deformazione nell’area era guidata da un regime trascorrente. Gli eventi sismici attuali invece denotano una deformazione estensionale [5].
Sono tutti segni di un risveglio del vulcano. Soprattutto sono, significativamente, segni indipendenti l’uno dall’altro. Pertanto le possibilità che in futuro avvengano eruzioni nei Colli Albani sono piuttosto alte.

Ma quando succederà?
Catastrofisti, calmatevi!
Come si legge in un ottimo comunicato dell’INGV (a proposito, un sincero “in bocca al lupo” al nuovo presidente, Carlo Doglioni, che finalmente viene dal mondo accademico delle Scienze della Terra) non c’è niente che induca a pensare ad una eruzione in un futuro prossimo, perchè per ottenere la ricarica della camera magmatica fino a valori tali da far raggiungere poi al magma la superficie ci vorrà qualche migliaio di anni.
Ciononostante, una rete di strumenti e di rilevamenti per monitorare la situazione è sicuramente necessaria.
Insomma, per adesso niente rischi se non qualche terremoto di una certa intensità perchè piuttosto superficiale, contro il quale basta avere un discreto livello di costruzioni.
Sarà comunque importante, secondo me, una valutazione del rischio di emissioni di CO2, che possono essere pericolose in quanto il gas è più pesante dell’aria e rimane in superficie, rendendo pericoloso, in caso di sue fuoriuscite, il trovarsi in depressioni di piccole dimensioni.
È successo per esempio tra il 1999 e il 2000, causando la morte di diversi capi di bestiame, mentre nel 2010 fu sgomberata una casa per emissioni di gas sulfurei, in prossimità di Ciampino.
[1] Marra et al. (2016) Assessing the volcanic hazard for Rome: 40Ar/39Ar and In-SAR constraints on the most recent eruptive activity and present-day uplift at Colli Albani Volcanic District Geophys. Res. Lett., 43, doi:10.1002/2016GL069518.

[2] Marra et al. (2004) Recurrence of volcanic activity along the Roman comagmatic province (Tyrrhenian margin of Italy) and its tectonic significance, Tectonics, 23, TC4013, doi:10.1029/2003TC001600.

[3] Freda et al (2006) Eruptive history and petrologic evolution of the Albano multiple maar (Alban Hills, Central Italy) Bull Volcanol 68: 567–591

[4] Salvi et al (2004), Inflation rate of the Colli Albani volcanic complex retrived by the permanent scatters SAR interferometry technique, Geophys. Res. Lett., 31, L12606, doi:10.1029/2004GL020253

[5] Frepoli et al. (2010), Seismicity, seismogenic structures and crustal stress field in the greater area of Rome (Central Italy), J. Geophys. Res., 115, B12303, doi:10.1029/2009JB006322.


giovedì 14 luglio 2016

le influenze naturali e quelle antropiche che hanno guidato le estinzioni della megafauna alla fine del Pleistocene


È noto che in molte aree particolarmente nelle alte latitudini, l'arrivo di Homo sapiens abbia più o meno coinciso con l'estinzione della megafauna. Questo è avvenuto in diversi luoghi tra 60.000 e 11.600 anni fa. In epoche più tarde una forte diminuzione della biodiversità è stata causata dall'uso intensivo del territorio a scopi agricoli (in particolare come conseguenza di ampie deforestazioni). Negli ultimi secoli le bonifiche hanno fatto il resto. Il risultato è che in zone “ampiamente civilizzate” non esistono più animali selvatici di stazza superiore al metro, per non parlare dei carnivori, per i quali il limite dimensionale è ancora più basso. Ma se per le vicende oloceniche e storiche la mano umana è particolarmente evidente, per quelle precedenti la situazione è molto dibattuta. Specialmente per le estinzioni di fine pleistocene ci sono da considerare anche altri fattori, in particolare i robusti cambiamenti climatici che hanno accompagnato la fase di deglaciazione tra l'ultimo massimo glaciale e l’inizio dell’olocene.

Heinrich Harder (1858-1935): i paleoindiani cacciano un glyptodonte
La causa delle estinzioni della megafauna del tardo Pleistocene (da 60 a 11.600 anni fa) rimane dibattuta: è indiscutibile che le fasi più importanti di questo fenomeno, almeno nelle Americhe possono sembrare coincidenti a grandi linee sia con l'arrivo degli esseri umani che con cambiamenti climatici.
Naturalmente, il fatto che due fenomeni avvengano esattamente l'uno dopo l'altro ne suggerisce un rapporto causa – effetto, ma fino a quando questo non viene dimostrato c'è sempre la possibilità che la coincidenza sia casuale (ad esempio la famosa relazione fra vaccini e autismo è solo una coincidenza, semplicemente perché le vaccinazioni vanno fatte ad una determinata età che, casualmente, precede quella in cui vengono fuori, per tutte altre cause, le prime tracce di questa grave sindrome).
Bisogna inoltre ricordare che le estinzioni della megafauna alla fine del Pleistocene sono state meno severe di quelle provocate nei millenni successivi dall'agricoltura, con la sua conseguente occupazione del territorio e deforestazione pressochè totale avvenuta in Europa, Mediterraneo e altre aree.
Questo aspetto è facilmente dimostrabile guardando il Nordamerica precolombiano, dove la rada popolazione di cacciatori – raccoglitori ha permesso la sopravvivenza di una megafauna di dimensioni ben maggiori di quella dell'agricola Europa e lo dimostrano le foreste pluviali equatoriali dove l'agricoltura era poco, se non per niente, praticata.
Nelle Americhe c'è un legame temporale fra l'arrivo degli uomini e le estinzioni della megafauna, ma, per esempio, una severa fase di estinzione è coeva con la fine della cultura Clovis, avvenute entrambe all'inizio di una fase secca e fredda come lo Younger Dryas (e così suggerendo un legame fra questi avvenimenti e l'instaurazione di nuove condizioni climatiche).
In America meridionale la situazione è in qualche modo diversa a causa delle condizioni climatiche e geografiche completamente differenti.

La macrofauna, inoltre, è molto più sensibile ai cambiamenti climatici (e a quelli ambientali in generale) a causa del sui ritmi di riproduzione e sostituzione rispetto ad animali di piccole dimensioni: la gestazione di 2 anni e il raggiungimento della maturità sessuale a 10 di un elefante sono estremamente differenti dalla gestazione di 20 giorni del topo, il quale raggiunge la fertilità dopo appena due mesi.
In mezzo ci sono tanti ritmi riproduttivi diversi.
Questo fa sì che se è estremamente difficile eradicare una popolazione di topi, una popolazione composta da pochi individui a lenta crescita è estremamente più sensibile ai cambiamenti ambientali, incluso un sovrasfruttamento a fini di caccia del suo stock.

A questo scopo è estremamente interessante un lavoro uscito da poco su “Scientific Advances” [1] che si occupa del tardo pleistocene del Sudamerica, dove la perdita di macrofauna è stata particolarmente abbondante: 52 generi, ossia l'83% del totale.
In particolare la Patagonia ha un ottimo record fossile e a causa dell'altalena climatica offre la possibilità di studiare in un clima che spesso è stato nettamente diverso da quello dell'emisfero settentrionale (il fenomeno è comunemente descritto come "l'altalena climatica").

Cronologia climatica e delle estinzioni da [1]
LA STORIA CLIMATICA DELLA PATAGONIA è, confrontandola con le vicende artiche, un classico esempio dell'altalena climatica. Infatti:
  • la massima estensione dei ghiacci è avvenuta circa 28.000 anni fa, ben 8.000 anni prima dell'ultimo massimo glaciale nell'emisfero settentrionale
  • quando l'emisfero settentrionale viveva il caldo e umido stadio di Bolling – Allerod, tra 14 e 12.600 anni fa l'emisfero meridionale era preda dell'inversione fredda antartica (in sigla ACR), una fase contraddistinta da un forte abbassamento delle temperature e da un nuovo, temporaneo, avanzamento dei ghiacciai
  • circa 12.600 anni fa ci fu un rapido riscaldamento, con conseguente ritiro dei ghiacciai. Questo riscaldamento ha coinciso con qualche secolo di clima secco e ventoso, con sicictà frequenti specialmente nella stagione estiva
  • da 12.300 anni fa in poi ritornarono condizioni umide e si espanse la foresta a faggio meridionale
  • 11.400 anni fa è arrivato il picco del riscaldamento olocenico

L'ARRIVO DEGLI UOMINI IN PATAGONIA: in Patagonia le tracce umane più vecchie si trovano nella sua parte occidentale, circa 14.600 anni fa, immediatamente prima dell'ACR.
13.200 anni fa fu occupato l'altipiano centrale, come la parte meridionale. In pochi secoli gli uomini arrivarono nella Terra del fuoco, anche se sembra che fuori dall'altipiano centrale gli insediamenti fossero scarsi almeno fino al riscaldamento dell'inizio dell'olocene.

LA COESISTENZA FRA UOMINI E MACROFAUNA IN PATAGONIA. La principale fase di estinzione si colloca invece in una piccola finestra temporale che va da 12.500 a 12.200 anni fa. Si nota chiaramente quindi che:
  • gli esseri umani erano presenti nell'area da parecchio tempo prima
  • siamo nel periodo secco e ventoso che ha contraddistinto la fine della inversione fredda antartica e quindi prima dell'espansione della foresta a faggio meridionale

Per cui ci sono oltre 2000 anni di differenza fra l'arrivo degli uomini e l'estinzione della macrofauna, che dunque hanno potuto convivere, più o meno tranquillamente, per millenni durante il freddo dell'ACR.

LE ESTINZIONI DELLA MACROFAUNA NELL'EMISFERO SETTENTRIONALE E IN QUELLO MERIDIONALE. Questa stretta associazione fra estinzione della megafauna patagonica con la fase calda intervenuta dopo l'ACR trova importanti analoghi con l'America settentrionale: anche qui troviamo fasi ad alto tasso di estinzione nella macrofauna in coincidenza con momenti caldi e secchi, però sfalsati nei tempi a causa dell'altalena climatica. In particolare al nord le estinzioni sono distribuite fra 14.600 e 12.800 anni fa, durante un intervallo caldo. A queste è seguita una diminuzione del tasso di estinzione fino al suo nuovo picco, che si trova a 11.600 anni fa, all’inizio dell’olocene.
Il picco di estinzione patagonico però avviene, nel rispetto dell'altalena climatica, qualche centinaia di anni dopo la fine del picco nordamericano.
Nell'emisfero settentrionale c'è poi la complicazione della fase fredda e secca dello Younger Dryas, la cui durata è stimata in circa 1300 anni. Questa fase fredda e secca che ha caratterizzato il clima dell’emisfero settentrionale da 12.800 a 11.500 è molto probabilmente la chiave scatenante dell’origine dell’agricoltura nel vicino oriente e nella Cina settentrionale

LE RELAZIONI FRA POPOLAMENTO UMANO ED ESTINZIONI DI FINE PLEISTOCENEA questo punto, esaminando nello specifico le estinzioni alla fine del Pleistocene, bisogna fare alcune considerazioni.
La prima è che l’aumento delle temperature porta anche alla comparsa di nuovi ceppi patogeni provenienti dalle aree più calde per i quali le popolazioni spesso non hanno efficienti strumenti di contrasto (è un problema particolarmente sentito anche oggi con il riscaldamento in atto, nelle aree polari per l’arrivo di patogeni dalle medie latitudini, dalle nostre parti per l’arrivo di patogeni tropicali)
La seconda è che dobbiamo scindere il problema tra due tipi di faune:
  • ci sono faune che hanno una stretta parentela con popolazioni che vivono a latitudine più bassa: magari sono considerate specie diverse (per un rapido adattamento evolutivo di quelle delle alte latitudini a condizioni più estreme e a un diverso modo di nutrizione). È il concetto di metapopolazione: un insieme di subpopolazioni (alle volte considerabili come specie diverse, sia pure molto vicine) geograficamente separate tra di loro. In genere sono forme di medie dimensioni come i camelidi del sudamerica o, a nord, bisonti, uri e cervidi.
  • ci sono faune che hanno una specializzazione estrema per le zone più fredde senza equivalenti a latitudini inferiori 

All'estinzione per varie cause delle specie (o popolazioni) delle alte latitudini, nel primo caso queste vengono sostituite da individui della stessa metapopolazione provenienti da latitudini più basse, che seguono lo spostamento delle fasce climatiche.
Questo dovrebbe essere successo durante tutte le precedenti terminazioni dei massimi glaciali ma stavolta però qualcosa non ha funzionato.
L'ipotesi è che l'insediamento di popolazioni umane abbia impedito il processo a causa dello sfruttamento eccessivo con la caccia di questi stock, che ne ha impedito la stabilizzazione: i nuovi arrivati venivano sistematicamente cacciati perché in numero esiguo anche rispetto alle esigenze umane, che probabilmente erano cresciute a causa della crescita della popolazione (crescita che nel caso della Patagonia sembra accertata in base ad analisi genetiche).
Oppure la semplice presenza umana è stata un elemento di disturbo che non ha consentito questa espansione.
In questa visione l'umanità non è stata la causa delle estinzioni, ma del mancato ripopolamento.

Per quanto riguarda invece i mammut la storia probabilmente è diversa. Animali in grado di nutrirsi nella tundra, ma chiaramente a disagio nelle aree boscate, l'avanzata delle foreste a spese della tundra ha parecchio inciso sull'areale della specie. Questo è molto valido specialmente in Europa, dove durante lo stadio di Bolling – Allerod la tundra aveva lasciato il posto alle foreste persino nelle Isole Britanniche. Ma in Asia la tundra è rimasta e, difatti, popolazioni di mammut sono rimaste vive fino al 1600 AC! Ma dove? Sull'isola di Wrangel (altro aspetto a cui vorrei dedicare un post apposito), che si trova a un centinaio di km a nord della costa siberiana nordorientale e cioè in zone non raggiunte dall'uomo e dove la loro fine è stata più che altro dovuta alla ridotta popolazione che ha causato l'affermazione di mutazioni genetiche dannose [2]
Quindi in questo caso, come nel caso degli altri proboscidati scomparsi di recente, ma anche di altri grandi mammiferi come il rinoceronte lanuto, il problema è diverso, stretti da un ritmo di riproduzione (e quindi di adattamento) troppo lento e dal sovrasfruttamento degli stock da parte dei cacciatori: l'estinzione dei proboscidati infatti ha dimensioni globali se si eccettuano le foreste tropicali dove le occasioni di sostentamento per l’umanità erano però ben diverse da quelle delle latitudini più alte, dove una dieta a base di carne era molto più necessaria sia per le calorie che per la semplice poca disponibilità di prodotti vegetali idonei. Gli ultimi mammut infatti si sono concentrati in un’area ristretta dove l’uomo non era presente.

Quindi, come succede spesso, tra le due soluzioni semplici e assolute e cioè “è colpa dell’Uomo” e “l’uomo non c’entra niente” la realtà parrebbe molto più complessa e sfumata: sia il complesso dei cambiamenti climatici che la novità della presenza umana hanno contribuito, in tempi e modi diversi alle estinzioni di fine pleistocene.
Per le altre estinzioni degli ultimi 60.000 anni immagino che si debba osservare caso per caso e, soprattutto, avvicinarsi al problema partendo dalle osservazioni e senza utilizzare preconcetti.

[1] Metcalf et al. (2016) Synergistic roles of climate warming and human occupation in Patagonian megafaunal extinctions during the Last Deglaciation  2 : e1501682
[2] Nystrom et al. (2012) Microsatellite genotyping reveals end-Pleistocene decline in mammoth autosomal genetic variation Molecular Ecology (2012) 21, 3391–3402




giovedì 30 giugno 2016

Le deformazioni e la storia della placca indo-australiana nell'Oceano Indiano orientale



Qualche tempo fa ho scritto un post sulla complessa storia dell’apertura dell’Oceano Indiano, in particolare di quello Occidentale. Oggi parlo invece della parte nordorientale di questo bacino, perché presenta delle caratteristiche molto peculiari dal punto di vista geostorico, sismico e tettonico, caratteristiche evidenziate in particolare dal famoso terremoto dell’11 aprile 2012, il più forte evento trascorrente e intraplacca mai registrato. In particolare, riagganciandomi al post precedente a questo, si nota come anche nell’Oceano Indiano orientale la deformazione è guidata da faglie che arrivano nelle profondità del mantello superiore e quindi è influenzata pesantemente da situazioni strutturali preesistenti.


L'Oceano indiano di NW, con i 3 grandi eventi intraplacca degli ultimi anni 
I TERREMOTI INTRAPLACCA NELL'OCEANO INDIANO ORIENTALE. L’11 Aprile del 2012 un fortissimo terremoto ha interessato l’oceano Indiano a largo delle coste di Sumatra, caratterizzato da una serie di aspetti che hanno fatto parecchio “rumore”:
  • l’aumento della sismicità di fondo in tutto il mondo nelle due settimane successive
  • la magnitudo di 8.7, un record assoluto per una faglia trascorrente, e un valore che si pensava di non poter neanche raggiungere per un evento di questo meccanismo
  • la posizione dell’epicentro, in mezzo all’oceano e lontano dal limite fra la zolla indo - australiana e quella euroasiatica

Insomma, un terremoto piuttosto - come dire - originale....
È stato un evento molto complesso, con 4 rotture di 4 faglie diverse in poco meno di 3 minuti (l’evento è durato in tutto 160 secondi), tutte trascorrenti. All’inizio sembrò una rottura di una faglia orientata NNE-SSW ma la realtà è invece molto più complessa e sembra quasi superare la fantasia di un regista specializzato in film catastrofici [1]:
  • la rottura iniziale avvenne a NE su una faglia orientata WNW–ESE che è finita dopo circa circa 50 secondi, lungo un segmento lungo 150 km
  • 40 secondi dopo l’inizio dell’evento, e quindi 10 secondi prima della fine della prima rottura, la radiazione sismica comincia ad essere emessa da una faglia perpendicolare alla prima
  • a 70 secondi dall’inizio finisce la seconda rottura e ne inizia una terza, parallela a questa, che prosegue fino a 145 secondi dall’inizio
  • a quel punto entra in gioco una quarta rottura, su una faglia parallela alla prima, per altri 15 secondi

Due ore dopo un altro forte evento (M 8.2) ha interessato un’area adiacente.
Il terremoto dell’11 aprile 2012 non è stato negli ultimi anni l’unico sisma importante in mezzo all’oceano Indiano orientale lontano dai limiti di zolla riconosciuti: altri 2 eventi piuttosto forti lo hanno interessato di recente:
  • il terremoto delle isole Cocos del 18 giugno 2000 (Mw 7.9)
  • e, pochi mesi fa, il 2 marzo 2016 un altro evento di M 7.8 ha interessato un’area più o meno a metà strada fra i due eventi precedenti

Carta da [3] con le faglie del bacino di Warthon.
Le aree tratteggiate sono quelle in cui troviamo
ancora tracce della dorsale oceanica non più attiva 
Anche il terremoto delle isole Cocos è consistito in due sub-eventi con la rottura di due piani di faglia ortogonali fra loro, di cui il maggiore è avvenuto in una vecchia zona di frattura, formatasi quando in questo bacino era attiva la formazione di crosta oceanica [2].
Il terremoto del marzo scorso ha poca bibliografia, perchè è troppo recente. L’USGS riporta un meccanismo trascorrente orientato WNW - ESE, perfettamente in armonia con gli altri due.

Sulle faglie NNE - SSW ci sono ipotesi diverse: per alcuni Autori si tratta di faglie nuove, per altri della ripresa del movimento sui vecchie faglie trasformi.
La spiegazione di questa serie di terremoti in qualche modo anomali sta nella complessità della geologia regionale di quell’area e nel fatto che la zolla indo - australiana non è esattamnte un tutt’uno.
Nel Bacino di Warthon le faglie sono in numero impressionante; lungo alcune di esse troviamo deformazioni nei sedimenti recenti, per cui si sono mosse poco tempo fa o sono ancora in attività, mentre altre presentano deformazioni solo nei sedimenti al di sotto di un certo livello e quindi la loro attività è cessata da tempo. 
Le faglie orientate WNW - ENE sono impostate sui segmenti della valle assiale di una vecchia dorsale medio - oceanica che ha formato la crosta a E della dorsale di 90°E: in quest'area l'attività è cessata circa 35 milioni di anni fa e in buona parte questa croista piuttosto giovane è già stata subdotta sotto l’Indonesia. Le vediamo in questa carta da [3], dove ho evidenziato con il reticolo le tracce rimaste della dorsale mediooceanica di Warthon.
E ora attenzione ad un apetto interessante: nell’area la profondità della Moho è poco meno di 10 km e lo spessore crustale è solo di 3.5–4.5 km. Ne segue che, tanto per ritornare nell’argomento del post precedente, anche in questo caso le faglie che vediamo in superficie arrivano molto in profondità, interessando il mantello superiore.

La carta di [5] con la placca del Capricorno
e le 3 aree di margine "diffuso"
all'interno della placca indo - austrlaiana
LA STORIA DELL'OCEANO INDIANO ORIENTALE. Già John T. Wilson in un leggendario articolo del 1960 inserì un limite fra la zolla indiana e quella australiana che oggi non appare realistico, ma all’epoca l’espansione dei fondi oceanici era solo predetta e la conoscenza delle caratteristiche della superficie terrestre coperta dal mare erano piuttosto scarse.
Comunque fin dalle prime campagne oceanografiche qualcuno capì che nell’Oceano indiano le cose non tornavano molto, e già nel 1985 fu proposto che la parte indiana e quella australiana della zolla fossero due entità distinte [4], ribadendo, seppure in modo un pò diverso, il pensiero di Wilson. Il problema è che non si trova un limite certo. Venne proposto quello che era impensabile all’inizio della storia della Tettonica delle placche, ma oggi ormai accettato anche altrove: che alle volte il limite fra due zolle non sia netto, ma “diffuso”.
Nella carta che ho messo all’inizio del post si vedono alcune caratteristiche salienti di quest’area:
  • la subduzione della litosfera dell’Oceano indiano tra il golfo del Bengala e l’Indonesia fino alle Piccole Isole della Sonda
  • la dorsale di 90°E che è la traccia del punto caldo delle Kerguelen, che parte dai basalti di Rahjimahal nell’India orientale. La traccia del movimento della zolla indoaustraliana tra Rahjimahal e le Kerguelen si interrompe all’altezza delle Andamane perchè una parte è andata in subduzione nella fossa sotto questo arcipelago
  • i 3 terremoti che ho indicato sopra più la terribile scossa di Sumatra del 2004 e un forte evento pochi giorni prima di quello delle Cocos del 2000

Quest’altra carta qui accanto è del 1998 [5] e individua la placca del Capricorno come una sub-placca di quella Indo - Australiana e 3 aree di “margine di placca diffuso” (DPB) che la circondano, e precisamente:
  • una piccola area a W dello Sri - Lanka che accomoda una estensione
  • una grande area a S delle Chagos, anche questa accomodante una estensione
  • un’area ancora più grande a NE che invece accomoda una compressione

130 Milioni di anni fa, quindi nel Cretaceo inferiore, iniziò l'attività della dorsale indiana di SE e il blocco formato da Australia e Antartide si separò da quello formato da India e aree associate (Seychelles, Sri Lanka, Madagascar, Laxmi ridge). Questa separazione è avvenuta poco dopo (o durante) le fasi inziali della attività del plateau delle Kerguelen ed è parzialmente ancora oggi visibile nel bacino di Warthon.
Nel Terziario inferiore tre principali avvenimenti interessano l’area:  
  • lo scontro fra India ed Eurasia
  • la separazione fra Australia e Antartide
  • la cessazione della formazione di crosta oceanica nel bacino di Warthon circa 35 milioni di anni fa

In particolare la fine dell’espansione del bacino di Wathon sancisce l’unione della placca indiana con quella australiana. In queste due carte, tratte da [6], si nota la situazione prima e dopo la cessazione dell’espansione nel bacino di Warthon.
Carte da [6]:
sopra: nell'Eocene è ancora attiva la dorsale di Warthon: 
l'India si separa da Australia e Antartide ancora unite
sotto: la dorsale di Warthon si esaurisce, nasce la dorsale dell'Oceano Indiano sudorientale
e si separano Australia e Antartide mentre si ferma il moto tra India e Australia

LA PLACCA INDOAUSTRALIANA È UNA PLACCA UNICA O NO? Le cose non finiscono qui e, soprattutto, la domanda è se la zolla indoaustraliana possa ancora essere considerata un elemento unico (e se lo è stato davvero negli ultimi 35 milioni di anni)
Innanzitutto tutta l’area intorno ai due lati della dorsale di 90°E è sottoposta a compressione, ma le condizioni sono molto diverse [7]
  • ad Ovest la deformazione forma dei sovrascorrimenti con delle faglie orientate E-W (ben visibili nel Golfo del Bengala, dove questa situazione è iniziata circa 8 milioni di anni fa) e la compressione è praticamente in direzione N-S
  • ad Est, e quindi a sud dell’Indonesia, la direzione massima dello sforzo è ruotata rispetto all’altra parte, in direzione NW-SE e usa per quello le vecchie zone di frattura nate durante la formazione della crosta oceanica del bacino di Warthon

In buona sostanza è ormai accettata l’esistenza della subplacca del Capricorno, che occupa la parte SW della placca indoaustraliana tra la dorsale dell’Indiano centrale e quella di 90°E, lungo la quale c’è il margine diffuso con la zolla australiana.

Da ultimo mi si coinsenta una osservazione: nella carta del bacino di Warthon si vede come i segmenti della vecchia dorsale sono molto corti quanto sempre più lontani fra loro avvicinandosi alla Dorsale dei 90°E. Insomma, il rigetto di queste faglie trasformi è enorme rispetto alle lunghezze dell'asse della dorsale, al punto tale che se si guarda solo la carta dell'età degli oceani la dorsale sembra avere un orientamento N-S anzichè E-W: siccome siamo accanto alla zona di debolezza rappresentatata dalla dorsale di 90°E sono portato a pensare che queste faglie trasformi siano state riprese come faglie trascorrenti che assorbono la diversa velocità della parte indiana della placca indo - australiana rispetto a quella che si trova a sud dell'Indonesia 



[1] Yuo et al  (2012) En echelon and orthogonal fault ruptures of the 11 April 2012 great intraplate earthquakes Nature 490. 245 - 249
[2] Robinson et al (2001) Simultaneous Rupture Along Two Conjugate Planes of the Wharton Basin Earthquake Science 292, 1145 - 1148
[3]J acob et al (2014) Revisiting the structure, age, and evolution of the Wharton Basin to better understand subduction under Indonesia Journal of Geophysuical Research: Solid Earth 119, 169–190
[4] Wiens et al (1985) A diffuse plate boundary model for Indian Ocean Tectonics Geophysical Research letters 12, 429 - 432
[5] Gordon et al (1998), Evidence for long-term diffuse deformation of the lithosphere of the equatorial Indian Ocean: Nature, v. 395, p. 370– 374
[6] Muller et al (2016) Ocean Basin Evolution and Global-Scale Plate Reorganization Events Since Pangea Breakup Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 44, 107–38
[7]Qin e Singh (2015) Seismic evidence of a two-layer lithospheric deformation in the Indian Ocean Nature Communications DOI 10.1038/ncomms9298



giovedì 23 giugno 2016

Le cicatrici che la tettonica a zolle lascia nel mantello e la loro influenza sulla Tettonica delle Placche


Una delle cose più curiose della tettonica a zolle è il ripetersi nelle stesse aree di cicli di apertura e chiusura di bacini oceanici. Negli anni passati è diventato normale pensare che in molti casi la crosta reagisce riattivando faglie preesistenti come reazione a nuove situazioni tettoniche: come un manufatto si rompe per dei suoi difetti, che causano delle debolezze, anche le vecchie faglie sono state normalmente considerate come linee di debolezza e di rottura preferenziale. Però certe cose non tornavano molto, in particolare la forte attività sismica all'interno di alcune placche. Di fatto, solo di recente è stata prestata attenzione al ruolo nella tettonica a zolle delle tante "cicatrici" presenti nel mantello, ricordo di margini di zolla ormai non più attivi da centinaia di milioni di anni, dei quali spesso esiste una traccia superficiale. Un lavoro sperimentale su materiali in laboratorio ha dimostrato che le discontinuità nel mantello superiore possono guidare la deformazione a livello crustale e superficiale (e, soprattutto, che sono quelle profonde la causa di quelle superficiali). Ci sono alcuni esempi interessanti nel passato e nel presente.

La Pangea nel Permiano: una zona di taglio interessa
l'area della catena ercinica da poco formatasi, da [1]
OCEANI CHE SI APRONO E SI CHIUDONO “DI CONTINUO”Nel Carbonifero il continente meridionale di Gondwana si è saldato alla Euromerica formando il nucleo della Pangea. L'unione del Gondwana con la Laurasia (nome assunto dalla Euromerica dopo l'aggiunta dei blocchi che ora compongono buona parte dell'Asia) è durata pochissimo, come ho fatto notare in questo post: l’area orogenica è stata quasi immediatamente interessata nel Permiano dalla formazione di una faglia trascorrente (sul cui rigetto ancora ci sono opinioni contrastanti), e a partire dal Triassico ha subito uno smembramento da cui sono nate le attuali aree mediterranea e caraibica. Di fatto in quei momenti è iniziata la storia dell’Oceano Atlantico, che ha iniziato ad aprirsi in direzione E-W proprio lungo la giovane catena ercinica, frammentandola nella sua parte meridionale. Poi però l’apertura dell’oceano è proseguita in direzione N-S e vediamo come, in particolare, l’apertura dell’Atlantico Settentrionale abbia diviso la fascia orogenica paleozoica caledoniana, che troviamo in entrambe le sue sponde (con gli Appalachi negli USA e le Caledonidi in Scozia e Norvegia.
Questo episodio non è altro che l'ultima separazione fra Laurentia (il nucleo dell’America Settentrionale) e parecchie zone ora comprese nell’Europa, in particolare quelle che fanno parte di Baltica, che hanno visto nel passato ripetuti cicli di unione e separazione.
Questo si è verificato, come ho raccontato qui, anche all’interno di Baltica stessa oltre 2 miliardi di anni fa.
Il Mar Rosso e la Rift Valley si sono aperti lungo una delle fasce che compongono l’orogenesi panafricana, quella che ha formato il Gondwana.
In sostanza, in molti casi è provata una serie di aperture e chiusure di oceani più o meno fra le stesse masse continentali che erano andate precedentemente in collisione, e quindi certe aree della superficie terrestre sono più interessate di altre dagli eventi della tettonica a placche.

Dorsali oceaniche, faglie trasformi e trascorrenti, zone di subduzione e collisioni continentali spiegano i processi di deformazione rigida lungo i limiti delle varie placche che formano la litosfera terrestre. Di fatto i limiti di zolla rappresentano le fasce sismiche principali e più attive della Terra, ma non spiegano né le deformazioni, né la sismicità che in alcuni casi troviamo all’interno delle zolle. E neanche perché ad un certo punto una zolla si frattura fino alla formazione, talvolta, di un oceano.
È il famoso dilemma di “prima l’uovo o prima la gallina?” e cioè il continente si rompe perché vi arriva sotto materiale dal mantello inferiore o l’arrivo del materiale è dovuto alla decompressione provocata dalla rottura?

La distribuzione delle suture dell'ultimo miliardo di anni, in un lavoro del 1977 [2]
CICATRICI NEL MANTELLO: i dati di riflessione sismica hanno identificato in molte aree del mondo la presenza di vecchi piani di subduzione nella parte superiore del mantello, quella che forma insieme alla crosta alla litosfera. Le troviamo ad esempio nel Canada, nelle Alpi, nei Pirenei, nel Mare del Nord e nei suoi dintorni. Queste strutture arrivano parecchio in profondità; la loro presenza era già nota negli anni ‘90, ma fino ad oggi non hanno ricevuto la stessa attenzione che è stata rivolta alle discontinuità più superficiali.
Insomma, il mantello superiore è tutt’altro che omogeneo e queste discontinuità, che riflettono le onde sismiche. sono di tre tipi, ben sintetizzati da Steer, Knapp e Brown nel 1998 [3]:

  • riflettori inclinati, come la struttura di Flamman, in Scozia, che è il residuo della zona di subduzione al lato della catena caledoniana. Alcuni di questi sono antichissimi, come quello sotto il golfo di Botnia
  • riflettori diffusi o isolati, di difficile interpretazione
  • riflettori orizzontali: potrebbero essere delle vecchie Moho, ma è probabile che siano la spia della presenza di corpi magmatici in profondità. Per esempio una struttura molto grande del genere a NE della Scozia potrebbe rappresentare le radici dei basalti della provincia magmatica dell'Atlantico settentrionale (NAIP), che al passaggio Paleocene - Eocene hanno preceduto l’apertura dell’Atlantico settentrionale o di quelli dello Skagerrak, messi in posto all'inizio del Carbonifero.

Una delle fasi della deformazione nel modello di
Heron et al 2016 [4] e rappresentazione della litosfera
Un gruppo di ricerca inglese ha illustrato con un articolo su Nature Communications, il cui primo autore è Philip J. Heron, i risultati di una serie di esperimenti in laboratorio con dei blocchi che simulano la litosfera terrestre, che hanno dimostrato come le discontinuità nel mantello superiore possano influenzare la tettonica a larga scala [4].
Insomma, le zone di sutura continuano ad avere nel tempo un potenziale preferenziale di tornare nuovamente ad essere limiti di zolla rispetto al resto della litosfera, e in qualche modo guidano i fenomeni che accadono in superficie.  
Questo non risolve purtroppo il dilemma dell'uovo e della gallina, che probabilmente ha soluzioni diverse caso per caso: in alcuni casi è la rottura che provoca il richiamo di materiale mantellico, mentre in altri è il materiale mantellico in risalita che provoca la rottura. Però, sicuramente, questa visione sposta considerevolmente il problema dal punto di vista della sua localizzazione, trasferendolo a profondità maggiori di quelle della crosta.

UN ESEMPIO PRATICO ATTUALE. Gli autori di questo lavoro passano poi sul pratico, portando un esempio piuttosto stringente, al limite settentrionale del Tibet, quello con il bacino del Tarim. Si tratta di un lineamento decisamente importante perchè corrisponde alla sutura lungo la quale si sono scontrati il blocco del Tarim e quello del Tibet nel Paleozoico superiore.
La cicatrice lasciata nel mantello superiore e cioè il contatto fra le due zolle è rimasta e così, quando l’India ha iniziato ad incunearsi nel continente asiatico la vecchia sutura ha ripreso la sua attività ed è diventata la faglia di Altyn Tagh, una trascorrente sinistra che assorbe gran parte della deformazione con un rigetto di centinaia di km: in pratica l’India preme sul Tibet, il quale a sua volta scorre lungo il vecchio limite di zolla con il Tarim, in direzione NE.
Se si considera tutta l’area come facente parte della placca euroasiatica si tratta dunque di un esempio di sismicità intraplacca, anche se il tutto avviene su un vecchio limite fra zolle.
Il limite Tibet - Tarim e la faglia di Altyn Tagh, da [5] 

ALTRI POSSIBILI ESEMPI ATTUALI. A questo punto mi metto io a proporre alcuni esempi che in qualche modo ricalcano quello di Heron e soci.
Il primo ci viene proprio dalla cronaca sismica recente. Parlo della sequenza sismica che ha scosso il Giappone meridionale nell'aprile scorso, di cui ho parlato qui. La sismicità di Kyushu si esplica intorno alla linea tettonica mediana. Come nel caso della faglia di Altyn Tagh anche qui abbiamo una vecchia cicatrice di uno scontro fra zolle che viene ripreso come faglia trascorrente

Il secondo è di pochi anni più vecchio: già nel 1984 alcuni Autori avanzarono l’idea che la zolla indo - australiana si stia rompendo per le diverse condizioni tettoniche tra la sua parte occidentale, con l’India che si incunea nel continente Euroasiatico, la zona centrale che si sta scontrando con l’Eurasia in Indonesia e quella orientale, dalle dinamiche complessissime tra Nuova Zelanda, isole Tonga e Nuova Guinea [6]. Una conferma di questa ipotesi è venuta con il terremoto del 11 aprile 2012, dalla magnitudo record per un evento trascorrente (8.7!), il quale non è avvenuto proprio lì per un puro caso, ma perché lì c'è una dorsale medio-oceanica ormai inattiva (e dalla vita breve), che ovviamente è l'espressione superficiale di una cicatrice profonda
Probabilmente sono le stesse tensioni che provocano dei forti terremoti all'interno dell'Australia, che negli ultimi 40 è stata colpita da una serie di numerosi eventi a M spesso superiore a 6 (questi eventi avvengono in pieno deserto, e quindi nessuno se li fila fra i media non scientifici e non lasciano un forte ricordo). In questa figura vediamo due carte:

  • a destra una carta strutturale del continente - isola
  • a sinistra quella della sismicità ricavata con l’Iris Earthquake Browser: sono indicati i sismi a M uguale o maggiore di 5 dal 1970.


Si può facilmente notare come questi eventi si addensino lungo degli orogeni antichissimi

  • nella parte centrale del continente lungo l’orogene di Paterson, vecchio di oltre 500 milioni di anni
  • nella parte SW lungo l’orogene di Albany–Fraser e quello di Pinjarra, che di anni ne hanno oltre un miliardo
Evidentemente queste zone ancora oggi mostrano una certa debolezza che si manifesta in quanto la zolla indo - australiana ha parecchie tensioni interne.e i motivi dei grandi terrmotn nuovo studio sulle radici profonde della riattivazione di vecchie strutture: Non ho trovato grossi dati in rete ma immagino che anche a questi orogeni corrispondano nel mantello sottostante delle cicatrici.

E VENIAMO ORA ALL'ITALIA. C'è dalle nostre parti qualcosa di simile? In un Paese dove geologicamente c'è praticamente di tutto, di faglie che riprendono vecchie debolezze il nostro territorio è probabilmente fra quelli più forniti, ma ce n'è in particolare una, la scarpata ibleo - maltese che ci interessa per questo ragionamento: oggi provvede a limitare la zona di subduzione dell'arco Calabro - Peloritano come transfer fra la crosta continentale siciliana e il piano di subduzione dell'arco calabro - peloritano, ma già nel Triassico aveva la sua funzione di collegamento fra la crosta continentale e quella jonica. 
Già questo secondo particolare ci dice che siamo davanti ad una struttura ben radicata in profondità (e, probabilmente, l'apertura di quel settore della Tetide è avvenuto lungo una linea di debolezza ancora preesistente). Anche la scarpata ibleo - maltese, quindi, ha i numeri per essere l'espressione superficiale di una cicatrice ben più profonda.

[1] Muttoni et al 2003 Early Permian Pangea ‘B’ to Late Permian Pangea ‘A’Earth and Planetary Science Letters 215 (2003) 379-394
[2]Burke, Dewey e Kidd (1977) World distribution of sutures — the sites of former oceans. Tectonophysics 40, 69-99
[3] Steer et al (1998). Super-deep reflection profiling: exploring the continental mantle lid. Tectonophysics 286, 111,121
[4] Heron et al (2016). Lasting mantle scars lead to perennial plate tectonics. Nature communications DOI: 10.1038/ncomms11834
[5] Gillespie et al (2015). Mesozoic reactivation of the Beishan, southern Central Asian Orogenic Belt: Insights from low-temperature thermochronology. Gondwana Research (in press)
[6] Wiens et al (1986). Plate tectonic models for Indian Ocean “intraplate” deformation. Tectonophysics 132, 37-48