martedì 9 febbraio 2016

La bufala delle lattine nel terremoto di Tainan e alcune altre riflessioni su edilizia e terremoti


Le immagini delle latte di olio annegate nel cemento in uno degli edifici crollati a Tainan nel terremoto del 5 febbraio e considerate parte delle colonne portanti e quindi causa del crollo sono state prontamente rilanciate in tutto il mondo, destando l'ovvio scalpore. Ma si tratta di un errore in quanto non erano contenute in delle colonne ma si tratta di un espediente tecnico e architettonico che serviva ad alleggerire una struttura non portante e quindi non hanno avuto nessun crollo. È comunque interessante, oltrechè pieno di immagini significative, il rapporto preliminare del dopo terremoto, ad opera di Yi-Hsuan Tu, professore di architettura dell'università nazionale taiwanese che fa il punto sullo stato delle costruzioni. Il rapporto, che è stato diffuso in Italia grazie al buon Mucciarelli,  è disponibile qui, e si presta a tutta una serie di commenti.

Inizio con la questione delle lattine di olio nel cemento. Le foto, fra le quali questa, hanno fatto il giro del mondo e sono state riprese da commentatori autorevolissimi come Dave Petley. Però, appunto, come fa rilevare Marco Mucciarelli, non si tratta di materiali che riempivano colonne portanti, ma di un espediente a metà fra necessità tecnica di ridurre il peso di alcune strutture non portanti e il design. 
Data l'importanza dei commentatori l'avevo rilanciata anche io, sia pure restando perplesso principalmente per due fattori:
  1. francamente la liquefazione mi sembrava spiegare piuttosto bene i problemi 
  2. la seconda che per fare una cosa del genere ci vogliono diverse persone che poi diventano (scomodi) testimoni

Di fatto questo espediente architettonico è stato largamente usato nell'isola e non riguarda solo il Weiguan Jinlong, il palazzo incriminato, la cui costruzione oltretutto risale al 1983, quindi ben prima del terremoto del 1999, dopo il quale operazioni del genere sono state espressamente vietate. 

L'IMPORTANZA DEGLI STANDARD EDILIZI. Sottolineo di nuovo come la scossa sia stata piuttosto significativa: nel terremoto di Tainan (scientificamente noto come “M6.4 - 28km NE of Pingtung, Taiwan del 5 febbraio 2016”) l'accelerazione di picco del suolo (quella che nelle carte dello scuotimento “fa” il grado nella scala Mercalli – o, meglio, MCS – ed è indicata come PGA – peak ground acceleration) ha superato il 35% di quella di gravità, ponendosi nella parte bassa dell'VIII grado, appunto nella scala MCS. 
Quindi non è stata una passeggiata di salute ma il dato significativo è che con uno scuotimento del genere in una città di 2 milioni di abitanti solo 10 edifici hanno riportato danni più o meno gravi crollando o venendo dichiarati inagibili.

È evidente che la maggior parte delle costruzioni rispettavano standard edilizi piuttosto severi. In questo caso bisogna sottolineare che la crescita della città è avvenuta in gran parte dopo il 2000. cosa è cambiato da allora? Semplice, che il 20 settembre 1999 a sud di Taipei c'è stato un fortissimo terremoto (M7.6) il cui ipocentro era ad appena a 5 km di profondità. Ci furono oltre 2000 morti e 50.000 edifici distrutti, compresi quelli in cemento.
A quel punto furono emesse delle norme edilizie piuttosto rigide e dato che a Tainan c'è stata una attenzione speciale in quanto all'epoca erano già arrivati i primi dati sulle deformazioni che stanno rialzando il terrazzo su cui è costruito il nucleo cittadino di cui ho parlato ieri (al proposito speriamo giungano presto i dati sui movimenti cosismici). Il terremoto dell'altro giorno è stato un ottimo banco di prova e difatti la maggior parte dei crolli riguarda edifici costruiti prima di quelle norme.

GLI EDIFICI COLLASSATI. Il professor Yi-Hsuan Tu nel rapporto indica che non più di 10 edifici in cemento armato sono stati interessati da collassi significativi, mentre non evidenzia quanti edifici a mattoni sono stati danneggiati (viene solo confermato che alcuni hanno avuto problemi); comunque il numero totale degli edifici poco danneggiati è basso, anche se non specificato e la stragrande maggioranza dei palazzi appare intatta.
Ci sono poi degli edifici inclinati, che non a caso sono tutti collocati vicino al fiume Yansuei: la liquefazione del terreno è considerata la causa del problema. Di recente oltre ai terremoti emiliani del 2012, alla liquefazione del terreno sono stati attribuiti molti dei forti danni dovuti al terremoto di Christchurch del 21 febbraio 2011 (ne ho parlato qui).
Altra particolarità è che la maggior parte degli edifici danneggiati si trova nella parte orientale della città e viene confermato che a parte quegli edifici, nel resto della città si sono registrate soltanto 2 vittime.

Quindi è chiaro che oltre al fattore costruttivo, la collocazione geografica (e quindi geologica) abbia rivestito un ruolo significativo nell'aumentare l'esposizione al rischio degli edifici.

ESAMINIAMO ORA ALCUNI EDIFICI CROLLATI. Il King’s Town Bank building è stato costruito circa 20 anni fa e come si vede ha completamente perso i 3 piani inferiori.
Lo Street building, demolito per questioni di sicurezza, e il Tachi market risalgono agli anni '80 hanno perso il piano inferiore adibito a magazzino commerciale. Quindi, come nel caso del King's Town Bank, il collasso ha riguardato un livello con poche e grandi sale e non la parte superiore adatta ad appartamenti o uffici. È interessante notare come in questo edificio erano state realizzate nel 2013 delle colonne per rinforzarne la struttura, probabilmente a seguito di uno studio sulla vulnerabilità.
Il caso più eclatante è quello del Wei-guan Golden Dragon Building, quello delle lattine, per intendersi. Lo vediamo prima del disastro. Anche questo edificio risale a circa il 2000.
Secondo l'Independent le banche rifiutavano i mutui per comprare appartamenti in questo edifico perché era noto come non sicuro.

Insomma, i crolli riguardano edifici costruiti prima della stretta normativa a seguito del terremoto del 1999.
Una parte significativa del rapporto riguarda l'edilizia scolastica: gli edifici non a norma sono stati sottoposti a lavori che hanno permesso di resistere al sisma: nessuna scuola o ospedale è stato danneggiato.

CONSIDERAZIONI IMPORTANTI UTILI ANCHE PER NOI.
Oltre a ribadire che anche il caso di Tainan dimostra come non sia il terremoto ad uccidere, ma i killer sono gli standard edilizi insufficienti e/o la posizione sbagliata degli edifici, ci sono da fare delle considerazioni importanti sull'Italia.

La prima è sugli "edifici sensibili". Ci sono tre classi di edifici che devono essere obbligatoriamente resistere ad un sisma:  
  1. le scuole, perché proteggere la popolazione giovane è fondamentale (San Giuliano di Puglia docet...) e perché sono ideali per sistemare gli sfollati
  2. gli ospedali, sia perché in caso di terremoto ce n'è bisogno sia perché con tutto quello che c'è da fare pensare anche a sgomberarli è un grosso problema
  3. i centri di protezione civile, perché snodi nevralgici della macchina dei soccorsi

Purtroppo in molti caso sono stati fra i pochi edifici danneggiati o distrutti da sismi recenti. È necessario adeguare queste strutture in base alla pericolosità sismica e non in base alla zonazione per comune, ma in base a quella particolare del sito in cui sono costruiti (e in caso di problemi troppo difficili da risolvere delocalizzazione obbligatoria.

Nelle operazioni immobiliari è di legge inserire una certificazione sulla classe di appartenenza dell'immobile dal punto di vista del rendimento energetico. Sarebbe interessante inserire anche le condizioni dell'immobile dal punto di vista antisismico. Ma tanto, come per la classificazione energetica, la cosa verrebbe percepita come uno dei soliti “lacci e lacciuoli” burocratici che tartassano gli italiani e ostacolano lo sviluppo...


lunedì 8 febbraio 2016

Il terremoto di Taiwan del 5 febbraio: una situazione geologica particolare e un monito per l'Italia


Il terremoto del 5 febbraio a Tainan, SW di Taiwan, si presta a diverse considerazioni. Una prima, scientifica, perché la zona è contraddistinta da forti movimenti tettonici asismici, una situazione particolare ma analoga ad altre aree del mondo. Una seconda è che la scoperta di questi movimenti è stata tenuta di conto dai regolamenti edilizi in quanto nonostante il tumultuoso aumento di popolazione, quasi triplicata in 20 anni, senza il collasso del complesso di 4 edifici ci sarebbero state davvero pochissime vittime nonostante una scossa non fortissima, ma che in alte nazioni (cito non a caso l'Italia, avrebbe provocato davvero tanti morti e sfollati, dimostrando quindi che il killer non è il terremoto, ma lo sono le pratiche edilizie non adeguate. Questo a monito per quei deficienti di politici e lobbisti vari che hanno fatto di tutto per evitare la riclassificazione in termini di normative antisismiche più stringenti in varie parti del nostro Paese. 

Nella zona di collisione di Taiwan abbiamo una veloce convergenza fra la zolla del mare delle Filippine e quella euroasiatica che le scorre sotto [1]. La storia geologica di quest'area è molto complessa e esula dalla materia di questo post. Accenno solo al fatto che il contesto tettonico è differente da quello del resto del margine continentale pacifico dell'Asia: dall'Alaska alla Kamchatka, al Giappone la zolla pacifica scende sotto l'Eurasi; nell'area di Taiwan, dove tra le due zolle principali si frappone quella delle Filippine, la subduzione è rivolta verso est, verso il Pacifico perchè è l'Eurasia che scende sotto alle Filippine, con la progressiva chiusura del Mar Cinese Meridionale. Questo braccio di crosta oceanica nella zona più settentrionale si è già chiuso e circa 6 milioni di anni fa è avvenuta la collisione fra l'arco di Luzon e il margine continentale cinese, con la formazione delle montagne della zona orientale di Taiwan. di conseguenza la catena di Taiwan è contraddistinta da una polarità inversa a quelle del Giappone: i sovrascorrimenti principali immergono verso il Pacifico anzichè verso l'Asia, e Taiwan si sta muovendo in direzione SW rispetto al continente.

Immagine da [2]: I. terrazzo di Tainan II. piana di Tawan
III. terrazzo di Chungchou
IL CASO PARTICOLARE DI TAINAN. La città si trova nella pianura costiera sudoccidentale di Taiwan, tra la piattaforma continentale della Cina meridionale (lo stretto di Taiwan) e la catena collisionale che forma la parte orientale dell'isola, dove è evidente il classico prisma di accrezione.
Fino a qualche anno fa solo la zona orientale di Taiwan era considerata a forte rischio sismico, ma da un pò di tempo gli scienziati hanno capito che tutta l'isola è interessata da forti movimenti tettonici che la mettono a rischio.
Vediamo in figura 2 la situazione geografica: la maggior parte della città è stata costruita sul terrazzo di Tainan, un'area pianeggiante rialzata rispetto a quelle circostanti di una trentina di metri, lungo circa 12.5 km e largo 4, orientata all'incirca N/S [2]
Questo terrazzo è limitato a W dalla faglia di Tainan, ad E da quella di Houchiali dove comincia la piana di Tawan. A sua volta questa zona ribassata è separata dal terrazzo di Chungchou dalla omonima faglia. Tutte e tre le faglie sono molto inclinate e quindi possono essere considerate dei sovrascorrimenti. In particolare la più occidentale, quella di Tainan, è considerata l'espressione superficiale del limite del fronte deformativo tra la placca euroasiatica e quella del mare delle Filippine.  
 .
Le deformazioni verticali misurate
tra il 2007 e il 2009 lungo la linea
A-A' della figura precedente,
sempre modificata da [2] 
Negli anni '90 rilievi radar da satellite hanno evidenziato che quella zona era tutt'altro che stabile come invece si credeva: in particolare presentava una deformazione continua con la quale il terrazzo si rialza al ritmo di 1.5 cm/anno, mentre le misure GPS evidenziavano  una componente orizzontale di più di 1 cm/anno verso WSW rispetto alle isole Penghu, poste nello stretto di Taiwan, che fanno parte dell'Asia stabile [3]. Vediamo nell'immagine qui accanto la deformazione verticale fra il 2007 e il 2009.
Il bassopiano di Tawan si stia abbassando di circa 0,5 cm/anno, ma non mi è chiaro se questo movimento abbia una origine tettonica e/o presenti una subsidenza a causa della deposizione di sedimenti.

È importante osservare che questi movimenti non possono essere associati a una deformazione provocata da terremoti e che la loro origine è puramente locale. La prima interpretazione è stata quella dell'accumulo di deformazione sopra ad una piega anticlinale in formazione.
Da quell'epoca si sono moltiplicati gli studi, anche perchè nel mare vicino sono stati trovati buoni giacimenti di idrocarburi e c'è una certa abbondanza di profili sismici a riflessione.

Quindi il terrazzo di Tainan è l'espressione morfologica di una struttura in formazione sottostante, collegata al fronte della deformazione che sta proseguendo fra Taiwan e la Cina continentale e il suo sviluppo è guidato dalle due faglie che la limitano (Tainan e Houchiali), le quali si muovono in modo asismico da parechcio tempo (nel mondo ci sono varie aree che presentano situazioni simili, in cui lungo le faglie i movimenti sono continui e asismici). 
Negli ultimi modelli sotto la zona di Tainan è indicata una superficie suborizzontale a circa 3.5 km di profondità la cui attività controlla le tre faglie superficiali.
La stessa situazione è descritta in un'area poco più a sud in un lavoro in uscita in questi giorni [3].
Il meccanismo del terremoto del 5 febbraio 2016 di M 6.4 è quello di una faglia inversa a media angolazione a circa 20 km di profondità. Il meccanismo focale indica una rottura su un piano di faglia orientato circa NW/SE che immerge verso NE. La deformazione superficiale è quindi l'effetto di queste deformazioni profonde.
Sarò davvero interessante capire come il terrazzo ha reagito durante il terremoto, in particolare se ha accentuato l'innalzamento o se, al contrario, il sisma ne ha provocato un abbassamento. Penso che fra un pò di tempo ne sapremo qualcosa propri perchè l''area è abbindantemente monitorata.

la liquefazione del terreno sottostante appare la causa 
più probabile per l'incilnazione di questo palazzo
IL TERREMOTO E LA RISPOSTA DEGLI EDIFICI DI TAINAN: UNA RIFLESSIONE VALIDA PER L'ITALIA. Un aspetto interessante di questo terremoto è stato la risposta degli edifici. È importante ricordarsi che non sono i terremoti a fare vittime, ma l'edilizia non adeguata (come hanno terribilmente dimostrato in Italia San Giuliano di Puglia e L'Aquila). 
Quando furono scoperte, le deformazioni che interessavano l'area di Tainan hanno suscitato una forte apprensione dal lato del rischio sismico. All'epoca la città contava solo 700.000 abitanti contro i 2 milioni di oggi e un terremoto in cui l'accelerazione cosismica ha raggiunto il valore del 40% rispetto alla accelerazione di gravità solo un singolo complesso di 4 edifici è collassato: tutte le vittime sono state registrate qui, a parte due morti, colpiti dalla caduta di detriti e non si hanno notizie di massicci sfollamenti. Ergo, le strutture di tutti gli altri edifici della città sono state realizzate in modo da resistere al terremoto. Una ottima lezione per tutti (specialmente in Italia): un terremoto come questo non desta particolari apprensioni in zone caratterizzate da buone pratiche edilizie, che vanno dalla struttura ben progettata ed eseguita alla giusta localizzazione degli edifici.
Per spiegare i pochi crolli avvenuti ci sono 3 possibilità:
  • cattive pratiche edilizie
  • accelerazione delle onde sismiche
  • liquefazione del terreno 

Per l'edificio di questa immagine la liquefazione sembra la causa più probabile.


EDIT: stanno facendo il giro del mondo le foto delle colonne in cemento dai palazzi collassati. Direi che le responsabilità dei costruttori sono evidenti... Dire che annegare nel cemento delle colonne dei contenitori per cibo o olio usate sia delinquenziale è dire poco...
edit II: giunge una smentita da parte della commissione tecnica che indaga. Si tratta di controsoffitti che erano stati alleggeriti. 
Domani scriverò delle precisazioni

[1] Lin et al 2003 Cenozoic stratigraphy and subsidence history of the South China Sea margin in the Taiwan region Basin Research 15, 453–478
[2] Huang et al 2009 Active deformation of Tainan tableland of southwestern Taiwan based on geodetic measurements and SAR interferometry Tectonophysics 466, 322–334
[3] Ching et al. 2015 Rapid deformation rates due to development of diapiric anticline in southwestern Taiwan from geodetic observations, Tectonophysics (in press)

venerdì 5 febbraio 2016

A Firenze si studiano il crollo della diga del Fundao in Brasile del 5 novembre 2015 e l'evoluzione delle deformazioni in quel bacino minerario


Il crollo in Brasile della diga di Fundao, nello Stato di Mineas Gerais, avvenuto all'inizio di novembre 2015, ha avuto una ampia risonanza mediatica internazionale. La diga fa parte - insieme ad altre 4, che non hanno subìto danni nell'occasione - del sistema di estrazione di metalli ferrosi del sito minerario di Germano (l'estrazione di metalli ferrosi è una delle principali voci dell'economia brasiliana) ed è stato messo in opera dalla Samarco, un gigante dell'industria mineraria brasiliana. Tutto sommato il bilancio in vite umane poteva essere peggiore (fosse avvenuto di notte...) ma a preoccupare oggi sono l'inquinamento dovuto alle acque che erano contenute nel bacino, nelle quali sono presenti i residui della attività mineraria e che si sono in parte riversate anche in mare e i rischi di una ripetizione dell'evento a causa di eventuali problemi alle altre dighe del sistema. In questo caso parlo di questo disastro perché Geoapp, una società spin-off dell'Università di Firenze, sta attivamente collaborando con Samarco, avendo attivato successivamente all'evento il monitoraggio delle deformazioni di questa e delle altre dighe del bacino e ha potuto studiare tutti i movimenti pregressi dei 6 mesi precedenti al disastro grazie alla disponibilità di immagini satellitari.

Geoapp è lo spin-off dell'Università di Firenze, nato dalle esperienze del gruppo di Geologia Applicata del Dipartimento di Scienze della Terra; si occupa del monitoraggio delle zone a rischio frana. 
Si può pensare che solo gli enti pubblici in particolare Regioni o Comuni, siano interessati a questi monitoraggi, ma ciò non risponde a verità: anche soggetti privati possono avere interessi primari in questo, per esempio aziende proprietarie o concessionarie di dighe (e relativi invasi) o di coltivazioni minerarie a cielo aperto. Geoapp si rivolge principalmente al settore del controllo delle miniere a cielo aperto. 
In Italia ci sono molte cave (talvolta con dei problemi di stabilità del fronte), ma non grandi miniere a cielo aperto per l'estrazione di minerali come ferro, rame, carbone o diamanti, che invece sono presenti in numerose nazioni, in diversi continenti, dalle Americhe alla Siberia, all'Africa e all'Australia. 

Le miniere a cielo aperto sono spesso teatro di incidenti. Solo negli ultimi anni in Nuova Guinea e in Birmania cedimenti delle pareti dei fronti di alcune miniere hanno provocato molti morti, per non parlare di una imponente frana nella miniera di rame di Bingham Canyon nello Utah. Quindi il loro monitoraggio è una parte attiva della sicurezza di questi impianti.

Per studiare le deformazioni del terreno in una zona soggetta a frane viene largamente usata una vasta gamma di strumenti a terra, alcuni dei quali si basano sulla copertura satellitare. Con le tecnologie attuali è anche possibile monitorare continuamente in remoto la situazione. Ne ho parlato ad esempio a proposito della sorveglianza ad opera del Dipartimento di Scienze della Terra dell'università di Firenze della frana di Ricasoli, nelle colline intorno a Montevarchi e del relitto della Costa Concordia al Giglio. Oltre allo studio delle deformazioni tramite le strumentazioni che misurano cambiamenti di distanze, inclinazioni e deformazioni di terreno e manufatti, un ausilio importante è rappresentato anche dalle immagini aree, ricavabili da satelliti, aerei e droni: appositi software confrontano fra loro fotografie scattate in momenti diversi, evidenziando cambiamenti millimetrici della situazione.

Le immagini pregresse di una zona interessata successivamente da un dissesto hanno spesso mostrato delle influenze antropiche (lavori, disboscamenti e quant'altro) che sono successivamente state interpretate come fattori innescanti l'evento. Però – cosa importante, ben nota agli specialisti ma non al grande pubblico – anche alle immagini pregresse si possono applicare gli stessi software usati per quelle scattate successivamente al disastro.
Questo è un aspetto estremamente utile: a meno che quell'area non fosse già monitorata in precedenza, i geologi vi arrivano a cose fatte e l'analisi delle immagini pregresse si rivela spesso utile tanto quanto quella delle immagini scattate in tempo reale: in molte occasioni può permettere di capire direttamente come e perchè si è verificato un dissesto, durante fasi preparatorie spesso passate inosservate perché praticamente invisibili.  

La diga prima del crollo con Google Earth
Il 5 novembre è collassata la diga del Fundao, una delle cinque costruite nel sito minerario di Germano in Brasile, nello stato di Mineas Gerais, causando lo svuotamento del bacino a monte della diga con lo sversamento a valle della diga di 65 milioni di metri cubi di materiale, un misto di fango e residui di lavorazione dei minerali di ferro estratti nella miniera. L'inondazione generata da questo materiale a valle della diga ha causato la morte di 17 persone nel paese di Bento Rodriguez, oltre che a un problema di inquinamento del fiume Doce, arrivato fino al mare e che è attualmente in corso di investigazione.
È un disastro la cui notizia ha fatto il giro del mondo.

Nella settimana del 16 novembre 2015, una decina di giorni dopo l'incidente, personale di Geoapp ha effettuato una missione nel sito di Germano per supportare il team locale di Samarco, proprietaria della miniera con l'obbiettivo di valutare il rischio residuo dopo l'incidente e la comprensione della dinamica degli avvenimenti.
Geoapp ha supportato e sta attualmente supportando gli ingegneri geotecnici di Samarco: questo grave incidente ha ovviamente provocato molte apprensioni sullo stato delle altre dighe del sistema e quindi Geoapp ha contribuito alla progettazione e alla messa in opera urgente di un sistema di monitoraggio preposto a controllarne la stabilità. Si tratta di una rete di interferometri collegati fra loro e con un server centrale remoto che in tempo reale forniscono dati sulla posizione (e quindi sulle deformazioni) del sito in cui sono impiantati. 

Questo però riguarda il presente ed il futuro. Ma – purtroppo – siccome  non esisteva un sistema di monitoraggio preesistente, non c'erano i dati che avrebbero permesso di capire le cause dell'innesco di questo disastro, molto utili per capire se anche le altre 4 dighe facenti parte del complesso presentino rischi simili.
Per fortuna, erano disponibili le immagini radar dell'area acquisite dal satellite dell'Agenzia Spaziale Europea Sentinel tra maggio 2015 fino al 4 novembre. Geoapp, con il supporto di TeleRilevamento Europa, società specializzata nell'elaborazione di immagini radar satellitari (un'altro eccellente esempio di spin-off, in questo caso del Politecnico di Milano), ha potuto analizzarle mediante interferometria radar satellitare. Come da aspettative, questi dati hanno rappresentano un elemento fondamentale ed unico per la comprensione della dinamica dell'evento e quindi in un breve lasso di tempo sono stati presentati a Samarco i risultati dell'analisi delle deformazioni delle dighe del complesso minerario nei 6 mesi precedenti al collasso della diga Fundao.
I tecnici di Geoapp sono attualmente impegnati nell'interpretazione dei dati radar terrestri e nella loro integrazione con dati satellitari e con strumenti ottici (laser e stazioni totali) per continuare a tenere sotto stretta sorveglianza la situazione.

mercoledì 3 febbraio 2016

La storia dell'Oceano Indiano e come l'hanno influenzata le Large Igneous Provinces del Mesozoico


Nel mio libro “Il Meteorite e il Vulcano” ho parlato del ruolo molto importante svolto dai Trappi del Deccan nell'estinzione di fine  Cretaceo. Oggi analizzo l'evoluzione dell'Oceano indiano, una storia piuttosto complessa, tutt'altro che lineare come per esempio quella dell'Atlantico e faccio notare che non solo i basalti del Deccan, ma anche tutte le altre Large Igneous Provinces mesozoiche dell'area, si sono messe in posto più o meno in coincidenza con le più importanti modifiche nello sviluppo di questo importante oceano.

Il concetto che abbiamo sull'apertura di un bacino oceanico ci viene soprattutto dalla storia dell'Atlantico (soprattutto delle parti più settentrionali e meridionali, mentre in quella centrale le cose sono andate in maniera un pò più complessa).
A differenza di quella dell'Atlantico, l'apertura dell'Oceano indiano è stato un processo polifasico in cui sono spesso cambiate la configurazione delle masse continentali e le zone di apertura, alcune delle quali sono durate davvero poco, e sono state sostituite: ne consegue un complesso mosaico di dorsali e di bacini. 
Tutte queste riorganizzazioni nelle zone di apertura che si sono alternate nel tempo sono state accompagnate dalla messa in posto di imponenti serie magmatiche, le Large Igneous Provinces (LIP). Ricordo che una LIP è la messa in posto di una quantità immensa di magmi (da parecchie centinaia di migliaia a qualche milione di km cubici in poco tempo), ma se in tutto l'Atlantico i punti caldi che le hanno generate sono più o meno allineati in corrispondenza della zona assiale dell'Oceano, la distribuzione dei punti caldi nell'Oceano Indiano è più complessa e solo alcuni di questi sono posti lungo le attuali dorsali oceaniche. 
Una bella sintesi sulla storia dell'Oceano indiano è stata scritta nel 2013 [1]: tra gli autori troviamo Sankar Chatterjee, uno dei massimi studiosi dell'India mesozoica e Christopher Scotese, davvero un “guru” della paleogeografia.

Per capire meglio come stanno le cose è meglio iniziare da una breve descrizione delle maggiori strutture coinvolte in questa storia.

MASSE CONTINENTALI:
  • EURASIA: tutta l'area continentale a N dell'Himalaya e – in generale – dell'allineamento montuoso che dalla Turchia arriva al Pakistan attraverso i monti Zagros in Iran 
  • INDIA: l'attuale subcontinente indiano. È importante notare che nella (piuttosto verosimile) ipotesi dell'”India più grande” una certa parte di questo continente è attualmente scomparsa sotto l'Eurasia. La vediamo in questa figura tratta da [2]

  • KOHISTAN – LADAKH: un arco vulcanico Cretaceo, posto sopra una zona di subduzione infraoceanica, che si trovava da qualche parte nella Tetide tra l'India e l'Eurasia
  • SRI – LANKA: la grande isola a SE dell'India: per un pò di tempo si è comportata come una zolla a se stante
  • SEYCHELLES - MAURITUA: un piccolo frammento continentale isolato nell'Oceano, che all'inizio faceva parte del blocco dell'India ma che poi se ne è staccato, diventando parte della zolla africana. Mauritia è il nome di questo blocco in una pubblicazione di Trond Torsvik [3] e quindi quando parlerò di Seychelles, va considerato sinonimo anche di Mauritia 
  • LAXMI RIDGE: un alto del basamento oceanico fatto di crosta continentale che si trova nel Mare Arabico, a una distanza di circa 600 km dalle coste indiane; lungo circa 700 km e largo 100, è sepolto sotto i sedimenti provenienti dall'Indo  
  • AUSTRALIA, ANTARTIDE, AFRICA: gli altri continenti intorno all'Oceano Indiano. L'Arabia faceva parte dell'Africa e non dell'Asia  


I PUNTI CALDI E I MOVIMENTI DELLE ZOLLE SOPRA DI LORO
giallo: isola Bouvet, basalti di Karoo e della Regina Maud
nero: isole Kerguelen, trappi di Rajmahal e dorsale di 90°E
verde: isola Marion, basalti del Madagascar e Conrad rise
viola: vulcaniti di Sonmat
rosso: isola Reunion, trappi del Deccan e dorsale Maldive-Chagos

PUNTI CALDI E LORO TRACCE: L'apertura dell'Oceano Indiano è stata accompagnata dalla messa in posto di diverse Large Igneous Provinces, la cui attività principale è avvenuta più o meno durante le fasi di riassetto delle zone di espansione.
Siccome le zolle si muovono mentre i plumes rimangono nella stessa posizione, dopo l'evento magmatico principale una dorsale segnala lo spostamento della zolla sopra la zona di risalita dei magmi. I maggiori plumes, le loro tracce e le dorsali oceaniche sono visibili in questa figura (si vede che la computer graphics non è il mio forte....)
  • l'isola di Bouvet tra Africa e Antardide è il punto dove ora si trova il plume che ha formato 183 MA fa i basalti del Karoo in Sudafrica e quelli della Terra della Regina Maud in Antartide 
  • la dorsale di 90°E collega i trappi di Raimahal di 125 Ma fa, nell'India orientale, con il plateau delle Kergueen
  • una zona di rialzi collega il Madagascar all'isola di Marion, sulla dorsale indiana di SW e troviamo analoghi rialzi tra questa e l'Antartide, come il rialzo di Conrad. È la traccia dell'attività del plume responsabile 90 milioni di anni fa della formazione dei basalti del Madagascar (indicati nella prossima immagine come  “Morondava”)
  • nel mare arabico ci sono le coperture dei basalti di Somnat (70 Ma)
  • la traccia Deccan – Reunion collega i basalti del Deccan (65 Ma) con l'isola di Reunion

Large Igneous Provinces e fratturazione del Gondwana
per Morondava si deve intendere Madagascar
GIURASSICO INFERIORE: LE PRIME FASI DI APERTURA (BASALTI DI KAROO E DORSALE INDIANA DI SW). La storia dell'Oceano Indiano è iniziata alla fine del Giurassico inferiore, nel Toarciano, 183 milioni di anni fa, quando una imponente serie di eruzioni in quelle che oggi sono il Sudafrica e l'Antartide orientale formò i basalti di Karoo – Dronning Maud e Ferrar. Come tutti i punti caldi legati a questa storia a parte quello delle Kerguelen e quello di Somnat, il pennacchio che ha originato i basalti di Karoo è ancora attivo (ora corrisponde all'isola Bouvet). 
Meno di 20 milioni di anni dopo il Gondwana si è diviso in due blocci, quello occidentale (America meridionale +Africa) e quello orientale (India + Australia + Antartide+ altri blocchetti) e iniziò tra Africa e Antartide l'attività della dorsale indiana sudoccidentale e nel bacino davanti alla Somalia

Hot spot di Bouvet, basalti di Keroo e della Regina Maud:
separazione fra W e E Gondwana
CRETACEO INFERIORE: IL GONDWANA ORIENTALE SI ROMPE (KERGUELEN HOTSPOT E DORSALE INDIANA DI SE). 130 Milioni di anni fa l'Australia e l'Antartide si separarono dal complesso formato dall'India e aree associate (Seychelles, Sri Lanka, Madagascar, Laxmi ridge). Iniziò l'attività della dorsale indiana di SE, mentre cessa l'espansione nel bacino della Somalia, che da quel momento possiamo considerare come parte della zolla africana. Questa separazione è avvenuta poco dopo (o durante) le fasi inziali della attività del plateau delle Kerguelen, rappresentata dai trappi di Rajmahal, nell'india orientale. Il movimento della zolla Indo – Australiana su questa zona di risalita ha formato la lunga dorsale di 90°E Insieme ai basalti di somnat è l'unico plume coinvolto nella formazione dell'oceano indiano che non è più attualmente attivo. In quel momento anche lo Sri Lanka cerca di separarsi dall'India, ma il rift viene abortito dopo non più di 5 milioni di anni. Da allora l'isola è rimasta parte integrante della zolla indiana. 

Le due zone di subduzione nel Cretaceo, da [4]
LE ZONE DI SUBDUZIONE TRA INDIA ED EURASIA NEL CRETACEO. Durante il Cretaceo l'india si è mossa verso nord a circa 3–5 cm/anno, ma ha accelerato improvvisamente a 20 cm/anno (velocità quasi fantascientifica!) dal tardo Cretaceo (~67 Ma) all'inizo dell'Eocene (~50 Ma). Questo fenomeno è probabilmente legato al passaggio sopra il plume di Deccan – Reunion, che ha eroso la parte inferiore del mantello superiore: la traccia attuale di questo avvenimento la vediamo perché lo spessore della litosfera sotto l'India è molto minore rispetto a quello degli altri frammenti del Gondwana [5]. 
L'apertura dell'Oceano indiano stava provocando la chiusura del settore più sudorientale della Tetide, l'oceano post fra le terre appartenute al Gondwana e l'Eurasia.
Vi erano due zone di subduzione: una lungo il margine SW dell'Eurasia, che era simile a quello attuale andino, mentre in mezzo all'oceano se ne trovava una sconda, sopra alla quale si era impostato l'arco del Kohistan – Ladakh (da ora in sigla KLA), una grande figura della Neotetide del Cretaceo, il prolungamento SE dell'arco dell'Oman. Entrambe le subduzioni erano dirette verso NE.

La paleogeografia del Cretaceo con due zone di subduzione, una nell'oceano aperto e la seconda lungo il continente è più o meno simile a quella che troviamo adesso a sud del Giappone, da cui si dirama l'arco intraoceanico di Izu – Bonin – Marianne, parallela a quella lungo il margine continentale tra le isole Ryukyu e le Filippine. La differenza fondamentale fra l'odierno NW del Pacifico e la Tetide del Cretaceo è che al largo delle Izu – Bonin – Marianne c'è solo il Pacifico, mentre nel Cretaceo sull'arco intraocenico incombeva una enorme massa continentale in veloce movimento verso gli archi.

IL GRANDE RIASSETTO DEL CRETACEO SUPERIORE. Per qualche decina di milioni di anni l'assetto non è cambiato. Il Cretaceo superiore è stato invece un momento di grandi cambiamenti, accompagnati da fenomeni vulcanici tra 90 e 65 milioni di anni fa. 
90 Milioni di anni fa il Madagascar si separa dal blocco
formato ancora da India, Sri Lanka, Laxmi e Seychelles
  • 90 Ma fa (Turoniano) BASALTI DEL MADAGASCAR E ISOLAMENTO DI QUESTA ISOLA: il blocco composto da Sri Lanka, India, Laxmi Ridge e Seychelles si stacca dal Madagascar, segnando l'apertura del bacino delle Mascarene tra Madagascar e Seychelles - Mauritia. Questo evento è stato accompagnato dalla messa in posto della Grande Provincia Magmatica del Madagascar, i cui prodotti, oltre che in questa isola, sono ora distribuiti tra il SW Indiano e l'oceano tra il Madagascar e l'Antartide
  • per il secondo evento bisogna interrompere momentaneamente la narrazione delle aperture perché è – probabilmente – un evento compressivo. Dico probabilmente perché fino ad oggi i dati sono stati un po' contrastanti e c'è un forte dibattito: alcuni Autori preferiscono un quadro secondo il quale l'India si scontra con il KLA nel Cretaceo e poi i due blocchi uniti vanno a scontrarsi con l'Eurasia. Per altri Autori il KLA si è scontrato prima con l'Eurasia e poi l'India lo ha definitivamente schiacciato nell'Eocene quando anch'essa è arrivata a scontrarsi con l'Eurasia. Una volta preferivo leggermente la seconda soluzione;, anche perché la difficoltà del “prima con l'India” stava soprattutto nella necessità, visti i dati paleomagnetici sulla latitudine, di una velocità notevole della placca indiana nel Cretaceo, vicina ai 20 cm/anno, un dato che appariva irrealistico; bene, ora sembra proprio che sia andata così. Inoltre questo spiega meglio l'improvvisa comparsa in India nel Maastrichtiano superiore di alcune faune chiaramente africane: grazie alle fasi a livello marino molto basso del Maastrichtiano superiore la presenza del KLA che attraverso l'arco dell'Oman si collega all'Africa e all'Arabia potrebbe aver favorito queste migrazioni. Pertanto in questo post adotto la descrizione di Chatterjie & c. e quindi che l'India e il KLA si sono uniti nel tardo Cretaceo (Santoniano, 84 milioni di anni fa), per scontrarsi uniti contro l'Eurasia circa 20 milioni di anni dopo. Comunque anche ora sta uscendo un lavoro secondo il quale il Kohistan si è scontrato con l'India nell'Eocene, ben dopo il suo scontro con l'Eurasia [6]. Per un riepilogo del dibattito vedi [7]
Il passaggio tra espansione tra India e blocco Laxmi - Seychelles e formazione della dorsale Carlsberg: con la nuova fase di separazione
Laxmi entra nuovamente a far parte dell'India, mentre le Seychelles diventano parte della zolla africana
  • 73 milioni di anni fa (Campaniano superiore) VULCANITI DI SOMNAT E DISTACCO DI LAXMI E SEYCHELLES DALL'INDIA: le Seychelles e il Laxmi si staccano dall'India lungo il rift di Gop, dove si forma una nuova dorsale oceanica, la Palitana, che produce nuova crosta oceanica. Immediatamente a nord si mette in posto una serie di basalti che ora occupano parte del fondo settentrionale del mare Arabico, le vulcaniti di Somnat
  • 65 milioni di anni fa, BASALTI DEL DECCAN E DISTACCO DELLE SEYCHELLES: al passaggio K/T boundary le cose ricambiano ancora. Sono appena avvenute le eruzioni che hanno formato in India i trappi del Deccan; le dimensioni odierne di questa immensa copertura basaltica sono probabilmente un po' sottostimate in quanto li troviamo pure alle Seychelles (in mare sotto Saya de Malha) e quindi si sono messi in posto su entrambi i lati del giovane bacino formato dalla dorsale di Palitana (se non addirittura al suo interno). A questo punto cessa l'espansione sia della dorsale di Palitana che del bacino delle Mascarene e inizia l'attività della dorsale di Carlsberg. La conseguenza principale è che l'espansione che avveniva ad W delle Seychelles si sposta ad est di questo blocco e quindi bacino delle Mascarene e blocco delle Seychelles diventano parte integrante della placca africana, come era successo già per il bacino somalo

IL TERZIARIO: durante il Terziario avvengono due altri eventi fondamentali: 

  • l'India si scontra con l'Asia nell'eocene (circa 50 milioni di anni fa), incuneandosi dentro il continente, cosa che continua a fare ancora adesso. Il contatto segna una forte diminuzione della sua velocità, che passa a meno di 5 cm/anno
  • Australia e Antartide si separano, e la dorsale dell'Indiano di sud – est si collega con la dorsale pacifica meridionale. La separazione fra questi due continenti è un processo un po' strano, perché è rimasta latente dal Campaniano all'Eocene medio quando, 45 milioni di anni fa l'Australia schizza via improvvisamente verso nord e non è stata accompagnata da particolari manifestazioni vulcaniche. La separazione interessa anche il plateau delle Kerguelen, di cui una parte, la Broken ridge, è rimasta solidale con l'Australia
[1] Chatterjee et al (2013) The longest voyage: Tectonic, magmatic, and paleoclimatic evolution of the Indian plate during its northward flight from Gondwana to Asia Gondwana Research 23, 238–267
[2] Klootwjik et (1985) The Himalayan arc: large-scale continental subduction, oroclinal bending and back-arc spreading. Earth and Planetary Science Letters 75, 167–183
[3] Torsvik et al 2013 A Precambrian microcontinent in the Indian Ocean Nature Geoscience 6, 223–227
[4] Burg, J.P., 2011. The Asia–Kohistan–India collision: review and discussion. In: Brown, D., Ryan, P.D. (Eds.), Arc–Continent Collision, Frontiers in Earth Sciences. Springer- Verlag, Berlin, Germany, pp. 279–309
[5] Kumar et al 2013 Imaging the lithosphere-asthenosphere boundary of the Indian plate using converted wave techniques Journal of Geophysical Research: Solid Earth 118, 5307–5319
[6]  Sun et al 2016 Provenance change of sediment input in the northeastern foreland of Pamir related to collision of the Indian plate with the Kohistan-Ladakh arc at around 47 Ma Tectonics - in stampa
[7] Rehman et al 2011 Timing of collision of the Kohistan–Ladakh Arc with India and Asia: Debate Island Arc 20, 308–328

domenica 17 gennaio 2016

l'origine dei cavalli tra continenti che si dividono e continenti che si uniscono


Cavalli, tapiri e rinoceronti formano l'ordine dei perissodattili, i mammiferi ungulati con un numero di dita dispari per arto. I mammiferi ungulati a numero di dita pari sono gli Artiodattili, un gruppo molto composito che va dai suini ai cervidi ai bovidi agli ippopotami fino alle balene (e per questo oggi si chiamano Cetartiodattili) insomma .. una vasta genia).
L'origine dei Perissodattili è piuttosto dibattuta e sono state proposte diverse localizzazioni in merito (India, Africa, Laurasia). Vediamo lo stato dell'arte della ricerca in proposito anche perchè è un quadro piuttosto complesso che deve considerare oltre ai dati paleontologici e genetici quelli tettonici derivati da frammentazioni e scontri dei continenti.

LE INCERTEZZE SULLA ORIGINE DEI DESMOSTILI, MAMMIFERI SEMIACQUATICI DEL TERZIARIO

In un post precedente ho parlato dei Desmostili, un ordine estinto di mammiferi acquatici, tradizionalmente inserito insieme a Proboscidati e Sirenidi nei Tethytheria (anche se ora sarebbe meglio parlare di Afroteri, i mammiferi placentati derivati dai primi placentati arrivati in Africa nel Cretaceo) attraverso gli antracobunidi, una famiglia di grandi mammiferi conosciuta soltanto nell'Eocene dell'Asia meridionale. 
La cosa è stata stabilita grazie a delle relazioni nella struttura ossea (in particolare denti e parte del cranio), ed è stata rafforzata di recente con le analisi dei rapporti isotopici di Ossigeno e Carbonio dei fossili, le quali fanno pensare che gli Antracobunidi vivessere in un ambiente umido come i Tapiri o addirittura in un fiume, come gli Ippopotami; una ulteriore conferma deriva dalla morfologia delle ossa lunghe. Chiaramente una vita nei fiumi rappresenta una ottima indicazione della parentela fra questi animali e i Desmostili, ma presenta due problemi paleogeografici:
  • come abbiamo visto in quel post, i Desmostili erano distribuiti nel Pacifico settentrionale tra le coste della Cina e quelle del Messico, piuttosto distanti dall'Africa
  • la presenza di afroteri in India (gli antracobunidi, appunto) è un po' problematica dal punto di vista dei movimenti dei continenti, perché la separazione fra il blocco formato da India / Madagascar / Antartide ed Australia dall'Africa è avvenuto prima di quanto i dati genetici (e i fossili) prevedono l'arrivo in Africa dei mammiferi placentati (a meno di qualche fortuito collegamento provvisorio durante la deriva verso NE dell'India)

Probabilmente c'è un errore in questa ricostruzione, che viene riconosciuto proprio dagli studi più recenti sugli Antracobunidi, di cui fino a qualche tempo fa c'erano davvero pochi fossili (praticamente solo qualche dente e mascella o poco di più),  Fino a qualche tempo fa di fossili di Antracobunidi ce n'erano pochi, ma recentemente sono venuti alla luce reperti in cui si vedono altre parti ossee di cui si è occupato un folto gruppo di ricercatori che nel 2014 ha pubblicato un articolo [1]: l'assetto e la forma dei denti di questi Antracobunidi sarebbero molto simili a quelle dei primi Perissodattili, la famiglia che include cavalli, rinoceronti e tapiri. In particolare in uno dei primi esponenti di antracobunidi riconosciuti, il Cambaytherium, ha delle caratteristiche tali da farne uno dei primi perissodattili, mentre le somiglianze fra Antracobunidi e afroteri come i Proboscidati rappresentano soltanto delle convergenze evolutive.

L'ipotesi della derivazione dei Desmostili dai Perissodattili o dai loro antenati porterebbe alla conclusione che oltre ai Proboscidati con i sirenidi e gli Artiodattili con i cetacei, anche i Perissodattili hanno dato vita a dei discendenti adatti alla vita marina (anche se, come abbiamo visto, i Desmostili non vivevano esclusivamente in mare come gli altri due gruppi (insomma, una trasformazione meno completa in animali marini, come quella dei pinnipedi).

LE POSSIBILI ZONE DI ORIGINE E ASCENDENZE DEI PERISSODATTILI

L'area di origine e la parentela dei Perissodattili rappresentano un argomento piuttosto dibattuto. Il problema fondamentale è che "veri" Perissodatti, Artiodattili e Primati basali compaiono improvvisamente all'inizio dell'Eocene (o, tuttalpiù, nella parte finale estrema del Paleocene).
In particolare per l'origine dei Perissodattili sono state avanzate 3 ipotesi, da esaminare osservando la paleogeografia del Paleocene:
  • Origine in India: l'associazione fra Cambaytherium, Antracobunidi e Perissodattili dimostrerebbe la loro origine da un gruppo di placentati arrivati in India prima della frammentazione del Gondwana.
  • Origine in Africa: i Perissodattili sarebbero afroteri, quindi mammiferi derivati dai primi placentati arrivti in Africa nel Cretaceo e quindi sono parenti stretti degli elefanti
  • Origine in Laurasia: i perissodattili si sarebbero originati nel continente settentrionale che comprendeva America Settentrionale ed Eurasia, tranne l'India e sarebbero derivati da alcuni condilartri, denominazione che comprende una lunga serie di mammiferi ungulati primitivi ben noti tra Cretaceo superiore e Terziario inferiore

L'ipotesi “out from India: come è noto l'India faceva parte del continente meridionale, il Gondwana, che si è rotto nel Mesozoico. In particolare il blocco che comprendeva India, Madagascar e Seychelles si è staccato dall'Africa più di 150 Milioni di anni fa, mentre l'India ha cominciato a scontrarsi e incunearsi nell'Asia in un momento ancora non ben definito tra Paleocene ed Eocene.
C'è un ampio consenso sull'origine indiana di alcuni anfibi come le Cecilie e certe rane, che si sarebbero dispersi in Eurasia dopo la collisione dell'India. Ma come ho detto all'inizio del post l'India si è staccata troppo presto dall'Africa perché i primi veri placentati vi potessero arrivare. Inoltre non ci sono fossili di veri placentati durante la sua deriva, anche se abbiamo forme come Deccanolestes, che sono strettamente imparentate con loro. 
Per alcuni Autori durante il suo moto l'India abbia avuto un incontro ravvicinato con l'Africa Orientale o l'Arabia quando si sarebbe scontrata con l'arco insulare del Kohistan, posto nell'oceano che la separava dall'Eurasia e i cui resti formano parte della catena himalayana [2].

L'ipotesi Africana compare in molti alberi morfologici ricavati dai fossili. Già nel 1989 fu proposta una parentela stretta fra Perissodattili e Iracidi, piccoli mammiferi africani. Anche nel 2014 gli antenati dei cavalli sono stati collegati ai proboscidati sulla base di analisi sulle somiglianze dei fossili [3].

L'ipotesi della loro origine nel continente settentrionale è ben delineata dai dati genetici, per i quali i perissodattili sono laurasiateri.
Sono stati proposti come parenti stretti diversi gruppi di Condilartri. La questione dei condilartri è molto complessa: probabilmente si tratta di varie forme non necessariamente in relazione: in pratica sotto questa denominazione sarebbe stato compreso “di tutto, di più”.

L'origine africana potrebbe essere una buona spiegazione del fatto che, i perissodattili sono il gruppo più vicino dal punto di vista genetico agli estinti ungulati endemici del sudamerica, i litopterni e i notoungulati [4] (ne ho parlato qui); inotre, anche alcune ricostruzioni paleontologiche propongono un collegamento fra Notoungulati e Afroteri [5]. Ma se i dati genetici rappresentano un punto fermo, questi dimostrano che i perissodattili sono laurasiateri e quindi hanno avuto origine nel continente settentrionale da un gruppo di condilarti che in qualche modo è antenato anche dei notoungulati.

La mia opinione è che quando i dati genetici sono incontrovertibili (come lo è il collocamento dei Perissodattili nei Laurasiateri), è un po' difficile andargli contro. Inoltre una delle più recenti e autorevoli ricostruzioni pone la divergenza degli antenati di Perissodattili, Artiodattili e Carnivori nel Cretaceo superiore (per l'esattezza nel Campaniano, circa 80 milioni di anni fa) [6], giusto il momento in cui si perde il collegamento terrestre fra Africa e Sudamerica con l'apertura del settore tra Brasile e Guinea dell'Atlantico Meridionale.
La migliore spiegazione delle somiglianze fra Afroteri e Perissodattili è dunque una evoluzione convergente di alcune caratteristiche.

LA SOLUZIONE DEFINITIVA: I PERISSODATTILI, COME I PRIMATI E GLI ARTIODATTILI SONO COMPARSI IN ASIA ORIENTALE AL LIIMITE PALEOCENE - EOCENE

Perissodattili, Artiodattili e Primati sono apparsi piuttosto improvvisamente al passaggio Paleocene – Eocene. invece ci sono poche indicazioni sul dove, ma l'ipotesi più logica è che siano comparsi nell'asia Orientale. Per fortuna il limite Paleocene – Eocene è contraddistinto da un indicatore stratigrafico ben distinguibile, una variazione improvvisa e temporanea del rapporto fra gli isotopi 12 e 13 del carbonio, il δ13C, nota come CIE (Carbon Isotopic Excursion) la cui probabile origine sono le emisisoni di CO2 della Provincia Magmatica dell'Atlantico Settentrionale, dopo la quale Europa e America del nord hanno inziato a separarsi. In corrispondenza c'è stato anche un massimo termico, per cui questo orizzonte si chiama PETM (Paleocene Eocene Thermal Maximum, massimo termico al passaggio Paleocene – Eocene). Ne ho parlato qui.
Ebbene, la presenza delle prime forme appartenenti a questi gruppi di mammiferi compare in Cina alla base della CIE, mentre in America Settentrionale (Polecat Bench, Bighorn basin) compare durante la CIE ed è quindi leggermente successiva.

La prima presenza di questi gruppi in India la troviamo circa un milione di anni dopo nei sedimenti del Bacino di Cambay, vicino alla costa settentrionale dell'India a nord di Mumbay; si tratta di una sequenza che ha riempito una fossa tettonica associata alla separazione dell'India da Madagascar e Seychelles. L'ambiente era quello della foresta tropicale (l'India era più a sud di dove è oggi e quindi quell'area era più vicina all'equatore).
Questo suggerisce una migrazione dall'Asia verso l'India poco dopo il PETM. La stessa cosa si vede un po' più a nord nel Pakistan.
L'ambiente tropicale dell'India è stato davvero una occasione eccellente di sviluppo per i mammiferi asiatici che vi sono arrivati sfruttandp con una ampia diversificazione quell'ambiente, come appunto dovrebbe essere successo per i Perissodattili [7].

L'età più recente dei fossili indiani è un'altra dimostrazione che l'ipotesi “out of India” non è corretta, ma riveste una grande importanza per le ricostruzioni della collisione fra India ed Eurasia, perché sancisce la presenza quantomeno di un ponte fra le due masse che stavano per scontrarsi, formatosi più o meno subito dopo il passaggio Paleocene – Eocene.
Anche se non è sicuro che si tratti di un contato fra i due continenti in quanto poteva benissimo esserci u primo collegamento quando l'India si è scontrata con il Kohistan, un arco magmatico piuttosto importante che è esistito tra questi due continenti: i rapporti fra India, Kohistan e Eurasia e la sequenza dello scontro sono ancora ampio oggetto di dibattito. Ne ho parlato qui.

[1] Cooper et al (2014) Anthracobunids from the Middle Eocene of India and Pakistan Are Stem Perissodactyls. PLoS ONE 9(10): e109232. doi:10.1371/journal.pone.0109232
[2] Chatterjee, S., Scotese, C.R., 2010. The wandering Indian plate and its changing biogeography during the Late Cretaceous–Early Tertiary period. In: Bandopadhyay, S. (Ed.), New Aspects of Mesozoic Biogeography. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, Germany, pp. 105–126.
[3] Gheerbrant et al (2014) Ocepeia (Middle Paleocene of Morocco): The Oldest Skull of an Afrotherian Mammal. PLoS ONE 9(2): e89739. doi:10.1371/journal.pone.0089739
[4] Buckley (2015) Ancient collagen reveals evolutionary history of the endemic South American ‘ungulates’. Proc. R. Soc. B 282: 20142671
[5] Agnolin e Chimento (2011) Afrotherian affinities for endemic South American “ungulates” Mammalian Biology 76 (2011) 101–108
trovare bowen e quell'altro
[6] Meredith et al (2011) Impacts of the Cretaceous Terrestrial Revolution and KPg Extinction on Mammal Diversification
[7] Rose et al 2014 Early Eocene fossils suggest that the mammalian order Perissodactyla originated in India Nature Communications 5:5570 DOI: 10.1038/ncomms6570


mercoledì 6 gennaio 2016

Perchè quello di stamattina in Corea del Nord è stato sicuramente un test nucleare


Stamattina il mondo ha saputo che la Corea del Nord ha effettuato un altro test nucleare. Vediamo perché è sicuro che anche oggi nello stesso poligono si è ripetuto quanto accaduto già nel 2006, 2009 e 2013.
Un sismologo (ma anche un geologo quando esce dall'università) è capace di interpretare un sismogramma (naturalmente con maggiore o minore cognizione di causa). Diciamo comunque che quantomeno deve capire delle informazioni di base, e cioè se si tratta di un terremoto naturale o di un terremoto artificiale e più o meno se si tratta i un evento vicino o di uno lontano.

Questi aspetti sono ben distinguibili sfruttando il fatto che da un terremoto si propagano all'interno della Terra due tipi di onde:
le onde P e le onde S (Primarie e Secondarie). Si chiamano così perché le P son più veloci e arrivano prima delle onde S. Le vediamo in queste immagini tratte dal sito dell'INGV.


A sinistra le onde P, a destra le onde S, dal sito dell'INGV
  • onde P (primarie):  al loro passaggio le rocce si comprimono e si dilatano continuamente. Sono anche dette longitudinali perché fanno oscillare le particelle di roccia che attraversano nella direzione in cui si propagano si propagano come le onde sonore nell'aria
  • onde S (o secondarie) non causano variazioni di volume al loro passaggio; si propagano allo stesso modo di una corda agitata orizzontalmente e l'oscillazione delle particelle di roccia avviene trasversalmente rispetto alla loro direzione di propagazione
Una cosa interessante è che le onde P si propagano anche nei fluidi, dove le onde S non si propagano.

Quando le onde P e le onde S incontrano la superficie terrestre da quel punto si propagano altre onde:
  • le onde di Rayleigh: un modello di come funzionano sono le onde che che si propagano dal punto in cui un sasso cade in uno stagno
  • le onde di Love: fanno vibrare il terreno sul piano orizzontale. Il movimento delle particelle attraversate da queste onde è trasversale e orizzontale rispetto alla direzione di propagazione delle onde

Le onde di Rayleigh e quelle di Love sono quelle che provocano i danni dei terremoti ma per questa trattazione ci servono solo le onde P e le onde S.

Per capire quanto distante sia avvenuto un terremoto la discriminante più intuitiva è la differenza fra il tempo di arrivo delle onde P e delle onde S: maggiore la distanza, maggiore la differenza fra l'arrivo dei due treni principali.

Un altro aspetto interessante è che come le onde luminose le onde sismiche quando attraversano una discontinuità che ne cambia la velocità subiscono una rifrazione (come la diversa velocità della luce in aria e in acqua deforma la vista per esempio di un palo conficcato nel fondo marino). Naturalmente ci possono anche essere delle riflessioni: insomma, certe superfici possono fare da specchio.

La cosa che distingue le onde sismiche dalle altre onde è che quando un'onda sismica (sia P che S) incontra una discontinuità genera teoricamente 4 onde diverse: una P riflessa, una P rifratta, una S riflessa e una S rifratta. Quindi un terremoto forte scatena la formazione di una quantità pazzesca di onde, vista la complessità della crosta: in teoria OGNI cambio di litologia provoca la formazione di 8 onde diverse....
come un'onda sismica ne origina due riflesse due rifratte 
Un terremoto naturale è in genere dovuto allo scorrimento lungo una faglia (che appunto si definisce come “una frattura della crosta lungo la quale si è avuto uno scorrimento fra i due blocchi contrapposti”). Sono i cosiddetti terremoti tettonici (una definizione abbastanza oscena, ma vabbé... non me ne viene un'altra...).
Ne consegue, per tutta una serie di motivi, che le onde S saranno più forti delle onde P.
Pertanto un sismogramma di un terremoto tettonico vedrà prima l'arrivo di onde P, più deboli, a cui seguono le onde S, ben più forti. 
Inoltre un terremoto dura per un certo periodo di tempo in cui continua a produrre onde sismiche, che infatti formano dei treni d'onda.
Vulcani, frane ed altri crolli possono a loro volta produrre terremoti ma il loro risentimento rimane confinato in aree ristrette.

Vediamo questo sismogramma di un terremoto lontano in cui si distingue chiaramente il treno principale di onde P più debole che precede quello più forte delle onde S.



Se il terremoto è sufficientemente forte e non troppo lontano possono essere addirittura percepiti i due treni principali distinti come due terrmoti diversi: è successo per esempio a Reggio Calabria nel terremoto del Tirreno del 5 maggio 2005.

Un sismogramma di una esplosione artificiale (nel caso odierno quello di una esplosione nucleare) differisce differisce molto da quello di terremoto tettonico: principalmente perchè produce direttamente solo onde P senza la contestuale formazione di onde S e poi perché abbiamo una onda prodotta in un preciso e definito istante.

Questo infatti è il sismogramma di stamattina ottenuto dalla stazione cinese di Mudanjiang, circa 200 km a NW del poligono nordcoreano.
La registrazione dell'osservatorio di Mudanjiang, Heilongjiang Province, Cina,
 presentato dal consorzio IRIS (Incorporated Reaearch Institutions for Seismology)

Si nota che all'inizio è arrivata solo una forte onda P senza altre onde (che è stata interpretata come Pn, onda partita dal luogo dell'esplosione e riflessa dalla Moho, la discontinuità che separa la crosta terrestre dal mantello. Poco tempo dopo abbiamo l'arrivo delle onde Pg che sono arrivate alla stazione percorrendo la crosta superiore. Seguono poi altre onde provenienti dalle varie riflessioni e rifrazioni all'interno della crosta.

Quest'altra immagine, sempre da parte del Consorzio IRIS fa vedere la differenza tra il sismogramma del test nucleare (in alto) e un terremoto tettonico di intensità simile.



Quindi il sismogramma dimostra in maniera inequivocabile che si tratta di una esplosione e non di un terremoto naturale.
Quanto alla natura dell'esplosione, la potenza è tale che non può essere ascritta ad altro che ad una bomba atomica. 
È ancora incerto se si sia trattato di un ordigno all'idrogeno (come sostengono i nord coreani) o di un "normale" ordigno a fissione, ma qui si entra in un campo sul quale le mie competenze sono troppo basse per poter fare considerazioni in merito.