martedì 19 febbraio 2019

aspetti particolari della geodinamica italiana scoperti con l'uso dei dati satellitari InSAR (stavolta parlo di cose che ho fatto io stesso)



Gli studi sui movimenti di blocchi crustali più o meno ampi e delle placche usando i dati degli spostamenti delle stazioni GPS sono estremamente comuni. Lo abbiamo fatto anche noi del dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Firenze nell’ambito di una collaborazione con l’Istituto Geografico Militare (Farolfi e Delventisette 2015). Questa collaborazione ha subìto una importante evoluzione di cui un po' di merito spetta pure al sottoscritto: le stazioni GNSS (in questo caso del sistema GPS) sono poche e cercavo qualcosa di più fitto (in particolare per alcune zone); allora il buon Gregorio Farolfi ha avuto una ideona: ma perché non usare i dati dei radar interferometrici? I dati InSAR sono stati spesso usati a livello locale anche per considerazioni tettoniche, ma è la prima volta (o, almeno, a me risulta esserlo) che l’analisi venga elaborata a scala geologica ampia come tutta la regione italiana, perché c’è una difficoltà di base: se il moto relativo tra i punti di riferimento terrestri può essere assunto costante all'interno di un'area ristretta, questa ipotesi non è adatta per aree più ampie, a scala regionale, continentale o mondiale. Allora per poter usare i dati InSAR Gregorio li ha confrontati e armonizzati con il campo di velocità geodetica GNSS. Così ho potuto usare questi dati a livello nazionale, con risultati addirittura ben superiori alle attese: il campo di velocità ottenuto ha evidenziato aspetti estremamente interessanti che i soli dati GNSS non potevano dare semplicemente perché sono, fatalmente, molto meno distribuiti e così noi abbiamo potuto guardare le cose a scala moto più fine. 


L’articolo Gregorio Farolfi, Aldo Piombino and Filippo Catani  Fusion of GNSS and Satellite Radar Interferometry: Determination of 3D Fine-Scale Map of Present-Day Surface Displacements in Italy as Expressions of Geodynamic Processes Remote Sens. 2019, 11, 394; doi:10.3390/rs11040394 si trova a questo indirizzo

GNSS (GPS) E INSAR: DIFFERENZE, VANTAGGI E SVANTAGGI. I ricevitori GNSS (Global Navigation Satellite System, da noi conosciuti più semplicemente come GPS che è uno di questi sistemi, quello militare americano; altri GNSS sono il russo GLONASS e l’europeo Galileo) sono strumenti utili e versatili per realizzare sistemi di riferimento globali e raccogliere dati per l'interpretazione geodinamica. I ricevitori GPS forniscono un dato continuo delle misure in tutte e tre le componenti spaziali (NS, EW e verticale), ma hanno un grosso difetto: devono essere installati uno ad uno e quindi hanno il difetto di essere poco distribuiti sul territorio (nel nostro lavoro ne sono stati considerati 379, tra temporanei e permanenti).
Il confronto fra le immagini radar successive è stato utilizzato fin dagli anni ‘90 per verificare gli spostamenti dopo un terremoto e grazie ad una intuizione del nostro prof. Canuti anche per lo studio delle frane (Tofani et al, 2013). Da quando è stata ideata la tecnica dei PS (persistent scatters, bersagli permanenti, Ferretti et al, 2001) le immagini radar sono diventate una risorsa ancora più potente, perché le immagini distinguono dei punti di cui viene registrata la posizione ad ogni passaggio di un satellite: si tratta di edifici, altri manufatti, speroni rocciosi e quindi si ha l’immenso vantaggio di avere a disposizione una grande quantità di dati senza dover installare specificamente delle stazioni di ricevimento (stazioni che fungono da PS possono comunque essere realizzate al bisogno per punti dove non si può avere riferimenti, come le superfici boscate; è comunque ovvio che se con le immagini con bersagli già individuati dal sistema si può andare indietro nel tempo fino ai primi sorvoli disponibili, queste stazioni invece, come quelle GPS, forniscono dati solo da quando sono installate). 
InSAR ha però alcuni problemi non trascurabili: 

Le orbite di Sentinel sono lungo i meridiani
  • le orbite dei satelliti sono lungo i meridiani, e quindi misurano molto bene la componente verticale e quella EW, ma la misura della componente NS è impossibile
  • la misurazione non è continua, ma risulta in una successione di immagini prese a qualche giorno di distanza (tipicamente tra 6 e 12 per ogni satellite di una determinata costellazione)
  • la tecnica InSAR è stata usata fino ad oggi solo in aree ristrette perché il moto relativo tra i punti di riferimento terrestri può essere assunto costante solo all'interno di queste: per aree più ampie (ad esempio, su scala regionale, continentale o mondiale) le velocità assolute derivate dallo spostamento delle placche (o quantomeno di blocchi diversi nella stessa regione, cosa estremamente comune specialmente in aree geologicamente attive come l’Italia) non permettono di considerare costante il moto relativo tra i punti di riferimento terrestri a scala maggiore. Per cui i dati InSAR sono sempre stati usati in aree ristrette per osservare soprattutto i movimenti relativi fra i bersagli e l’applicazione ideale fino ad oggi è stata lo studio delle frane; già per lo studio della subsidenza, nella quale i PS sono l’unica tecnica con cui si ottiene una buona messe di dati in poco tempo, è necessaria una correzione dei dati InSAR con quelli GPS, anche considerando un’area non particolarmente grande come la piana tra Firenze e Pistoia (Rosi et al 2016). Per questo motivo studi che hanno investigato con questo metodo le caratteristiche tettoniche in Italia (Morelli et al, 2011) come all’estero (per esempio Burgmann et al 2006) sono stati fino ad oggi limitati ad aree ristrette

Per applicare InSAR ad un’area vasta come quella italiana, è stato necessario quindi rendere coerenti fra loro i dati provenienti da milioni di punti e Gregorio lo ha fatto armonizzandoli con il campo di velocità geodetica fornito dalle stazioni GNSS. Quindi nella prima parte del lavoro il buon Farolfi ha presentato il metodo per creare una unica mappa del movimento di superficie unendo diversi dataset di cui evito di parlare non essendo particolarmente ferrato in questo campo. 

ZONE E LIMITI CINEMATICI. Seguendo Morelli et al (2011) che avevano proposto in Piemonte per i confini fra le aree a movimenti diversi il termine Iso Kinematic Borders (IKB), noi abbiamo adottato questa denominazione e abbiamo ulteriormente definito le zone a cinematica verso ovest come West-directed Kinematic Zones (WKB) e quelle a cinematica verso est come East-directed Kinematic zones (EKB).


Vediamo ora quello che più interessa la Geologia e cioè cosa di nuovo è venuto fuori in questo lavoro, in cui il buon Farolfi ha preso i dati GNSS dal 1997 al 2014, e li ha accoppiati con quelli InSAR PS ottenuti tra il 2003 e il 2012. 

Il MARGINE PADANO DELLE ALPI è l’area che ci ha sorpreso maggiormente, perché se in generale nella pianura padana la componente EW è diretta generalmente in direzione est (era nelle aspettative, essendo quello il movimento “generale” della placca adriatica). Ma lungo il margine della catena alpina, tra Verona e Biella, si susseguono zone cinematiche con una velocità “normale” verso est (EKZ) e zone cinematiche con componente EW diretta verso W (WKZ). I limiti cinematici corrispondono anche a diverso comportamento nella componente verticale ma questa è una cosa che dobbiamo ancora affrontare, come anche la complessa situazione in Veneto.
La cosa più interessante però è che la sismicità sembra annidarsi nelle WKZ o addirittura ai loro bordi: la maggior parte degli epicentri proposti del terremoto di Verona del 1177 si annidano in una  WKZ (Guidoboni e Comastri, 2005), ma il caso più clamoroso è quello di Brescia*, dove gli epicentri dei terremoti bresciani del 1065 e del 1222 e quello di Rovato del 1802 si collocano intorno lungo il bordo di una WKZ. Questo succede anche nel biellese. Da notare che anche nel resto del Piemonte e Lombardia (compreso il lato appenninico della Valpadana dell’alessandrino), la sismicità sembra addensarsi di prevalenza nelle WKZ e persino, all’interno della catena alpina, anche la WKZ di Egna-Neumarkt tra Trento e Bolzano, mostra evidenti tracce di un evento sismico di M 6.5 nel III secolo d.C. e di un evento precedente, risalente a circa la metà del III millennio aC (Galli et al 2008).
Purtroppo l’andamento NS delle Alpi occidentali non consente di utilizzare i dati interferometrici come per il tratto centrale del margine padano che ha invece una orientazione estremamente favorevole per usare questa tecnica.
Anche la componente verticale è interessante. Nelle zone alpine i nostri dati confermano che, in un quadro generale di sollevamento, le zone ad altezza maggiore (Pennine, Retiche e Argentera) mostrano tassi di sollevamento molto maggiori del resto della catena. Da notare che proprio i movimenti verticali differenziati spiegano l’anomalia del lago d’Orta, l’unico lago glaciale il cui emissario va verso la catena alpina e non verso la piana: un sollevamento molto pronunciato a sud del lago ha provocato l’interruzione del flusso verso il vecchio emissario, l’Agogna, dirigendolo a nord nord, verso il Toce tramite il Nigoglia. 
La componente orizzontale con evidenziate le aree a maggior innalzamento
(di origine tettonica) e a massima subsidenza (che tranne
il fianco orientale dell'etna sono chiaramente di origine antropica)


La componente Est - Ovest del movimento evidenzia nell'italia centro-meridionale
la corrispondenza del limite cinematico con l'asse di massima sismicità distensiva
PARTE PENINSULARE. I dati confermano, come ci si aspettavam che dal punto di vista del movimento rispetto all’Europa Stabile la penisola è divisa in due parti nella componente EW delle velocità, con la parte orientale, grossomodo il versante adriatico, che si muove verso est mentre il versante tirrenico si muove verso ovest. Questo limite è abbastanza coerente con la variazione della componente nord della rete GNSS, nonostante questa sia, appunto, estremamente  meno fitta. Però la scala più particolareggiata a cui siamo arrivati con InSAR ci consente di vedere nei movimenti EW come questo limite abbia diverse eccezioni: 

  • la linea Ortona – Roccamonfina, che divide l’Appennino centrale da quello meridionale, si conferma essere una fascia (come da Di Bucci et al, 2002) e non un semplice lineamento, fascia dove le velocità contrastano rispetto a quelle delle aree adiacenti 
  • nel Lazio meridionale si vede un IKB piuttosto accentuato che dimostra come la linea Ancona – Anzio (oggi più nota come Olevano – Antrodoco) continui a svolgere una funzione tettonica e che anziché ad Anzio finisce a Gaeta, dividendo i monti Lepini in un’area NW a cinematica verso W in una SE a cinematica verso Est.
  • anche l’Appennino settentrionale risulta avere velocità verso E, con l’eccezione del Casentino, caratterizzato da una WKZ

Dettaglio dell'area abruzzese in sollevamento
Per quanto riguarda la componente verticale, al bordo fra pianura padana e penisola, tutta la fascia posta grossolanamente tra il Po e il crinale appenninico è in forte innalzamento, ad eccezione della fascia lungo la Via Emilia tra la costa e Reggio Emilia, dove è particolarmente evidente la subsidenza antropica. Nel versante toscano il sollevamento diminuisce, per tornare a valori più alti a sud dell’Arno e nell’Umbria meridionale.
Abbiamo inoltre un forte sollevamento che coincide con quello che abbiamo chiamato il “Duomo Abruzzese”,  l'area in cui sono raggruppate le vette più alte della catena appenninica e dove la topografia è in armonia con il chiaro sollevamento mostrato dalle velocità verticali. Preciso che la zona in subsidenza all'interno del duomo è ancora oggetto di analisi. È anche interessante notare che il duomo abruzzese corrisponde all’incirca anche ad una EKZ, con l'eccezione della sua parte nord-occidentale, che appartiene a un WKZ e che è limitato da importanti caratteristiche geologiche: 
  • il limite SE corrisponde al bordo del canale rappresentato dal sistema Ortona-Roccamonfina
  • il limite W alla faglia transtensive del Velino ad ovest e alla discontinuità nella profondità della Moho, che segna il limite fra la crosta di tipo “tirrenico” e quella di tipo “adriatico” di Chiarabba e Chiodini (2013)
  • il sovrascorrimento dei Monti Sibillini a nord
  • il confine tra la fascia appenninica mesozoica e i flysh terziari a Est formati depositi dell'Adriatico a nord

Tra la zona in moderato sollevamento di Toscana Meridionale e Umbria e il duomo abruzzese una fascia in leggera controtendenza corrisponde all’arco disegnato dalla vecchia linea Ancona – Anzio.
Un’altra cosa interessante che emerge dai risultati è che la linea Ancona – Anzio “funziona” ancora o, almeno, influenza ancora in qualche modo la geodinamica. È possibile che, senza aver euno scopo geodinamico preciso attuale, agisca come una cicatrice lungo la quale sono più facili i movimenti.

Il netto limite nella componente EW
che divide in Sicilia di NE l'arco calabro-peloritano
dal resto dell'isola e l'Etna che vi si trova sopra
SICILIA: IL LIMITE FRA ARCO CALABRO – PELORITANO E CATENA SICULO – MAGHREBIDE E IL VULCANISMO ETNEO. Nella Sicilia di NE il limite fra l’arco Calabro – Peloritano e la catena siculo – maghrebide, che corrisponde al limite occidentale dello slab litosferico ionico che scende sotto il mar Tirreno, è fra i problemi più importanti ancora aperti nella geodinamica italiana. La complessità geodinamica che caratterizza questa area è dimostrata dai terremoti: transpressivi a ovest, distensivi a est mentre lungo la linea sono trascorrenti con una leggera componente estensionale. 
Il radar interferometrico è particolarmente utile in questo caso perché rispetto all’Europa stabile l’Arco Calabro Peloritano si muove verso NE, mentre il resto della Sicilia verso NW, quindi le due aree sono caratterizzate da componenti EW divergenti.
I dati ci mostrano un limite abbastanza netto che da Tonnarella, sulla costa tirrenica, arriva nella valle dell’Alcantara e fino a Castiglione di Sicilia. Poi il segnale si perde perché viene obliterato dai movimenti del corpo dell’Etna. Per cui noi escludiamo che il limite pieghi a SSE verso Taormina e prosegua lungo il lineamento Ionico come suppongono molti Autori e invece pensiamo che corrisponda, più a sud, alla Scarpata Ibleo – Maltese, cioè al limite mesozoico fra la crosta oceanica dello Ionio e la crosta della Sicilia.
Da Lipari agli iblei il vulcanismo è allineato
con la discontinuità fra la litosfera ionica
e quella sotto la Sicilia 
E qui viene il bello: l’Etna si troverebbe, secondo questa ricostruzione, esattamente su questa linea. Un indizio molto interessante che indirettamente conferma i nostri dati è la presenza, a nord del grande vulcano e a meno di 10 km di distanza dal limite che abbiamo ricavato, del monte Moio, un cono di cenere di poco meno di 30.000 anni fa, con un magma dalla genesi simile a quella dell’Etna, ma differenziatosi in profondità e quindi non direttamente collegato al grande vulcano siciliano (Del Carlo et al, 2012). Quindi il monte Moio e l’Etna sarebbero direttamente sovrastanti questo limite. Non solo: l’Etna si trova nella nostra ricostruzione all’intersezione fra questa linea transtensiva e la Kumeta – Alcantara, che è un’altra linea transtensiva che ha giocato un ruolo importante in passato ma il cui ruolo attuale ci sembra piuttosto sottostimato. Per cui secondo noi la presenza dell’Etna è essenzialmente dovuta alla circostanza di essere all’incrocio fra queste due linee tettoniche con componente transtensiva, grazie alle quali si creano le condizioni ottimali per la risalita di magma prodotto al lato dello slab in subduzione, un processo noto in diverse parti del modo (Argnani 2009)

* dove non specificato altrimenti, le coordinate epicentrali sono ricavate dal Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani di INGV, che si trova a questo indirizzo


  • Argnani (2009) Evolution of the southern Tyrrhenian slab tear and active tectonics along the western edge of the Tyrrhenian subducted slab. Geological Society, London, Special Publications  311, 193–212 
  • Burgmann et al (2006) Resolving vertical tectonics in the San Francisco Bay Area from permanent scatterer InSAR and GPS analysis Geology 34/3, 221–224 
  • Chiarabba and Giovanni Chiodini (2013) Continental delamination and mantle dynamics drive topography, extension and fluid discharge in the Apennines Geology  41/6, 715–718
  • Del Carlo et al (2012) The Mt. Moio eruption (Etna): Stratigraphy, petrochemistry and 40Ar/39Ar age determination with inferences on the relationship between structural setting and magma intrusion. J. Volcanol. Geotherm. Res. 241–242, 49–60. 
  • Di Bucci et al (2002) Active faults at the boundary between Central and Southern Apennines (Isernia, Italy). Tectonophysics 359, 47–63 
  • Farolfi e Del Ventisette (2015) Contemporary crustal velocity field in Alpine Mediterranean area of Italy from new geodetic data. GPS Solut. 2015, 20, 715–722 
  • Ferretti et al (2001) Permanent Scatterers in SAR Interferometry. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 39, 8–20
  • Galli et ali (2008) Twenty years of paleoseismology in Italy. Earth-Sci. Rev. 2008, 88, 89–117
  • Govers e Wortel (2005) Lithosphere tearing at STEP faults: response to edges of subduction zones. Earth planetary science letters 236, 505–523
  • Guidoboni e Comastri (2005) The “exceptional” earthquake of 3 January 1117 in the Verona area (northern Italy): A critical time review and detection of two lost earthquakes (lower Germany and Tuscany). J. Geophys. Res. 110, B12309 
  • Morelli et al (2011) Iso-Kinematic Maps from statistical analysis of PS-InSAR data of Piemonte, NW Italy. Comparison with geological kinematic trends. Remote Sens. Environ. 115, 1188–1201 
  • Rosi et al (2016) Subsidence mapping at regional scale using persistent scatters interferometry (psi): The case of Tuscany region (Italy). Int. J. Appl. Earth Obs. Geoinf.52, 328–337.
  • Tofani et al (2013) Persistent Scatterer Interferometry (PSI) technique for landslide characterization and monitoring. Remote Sens. 5, 1045–1065. 



giovedì 7 febbraio 2019

La frana di Pomarico: quando i pirati saraceni facevano più paura delle frane


A seguito di piogge intense, una parte delle case dell’abitato di Pomarico, in Basilicata, è stato coinvolta in un fenomeno franoso che ne ha distrutte diverse decine. Pomarico, posto su una cresta letteralmente crivellata da calanchi, non è nuovo ai dissesti, tutt’altro. È comunque un caso un po' diverso dai “normali” borghi che in Italia presentano forti dissesti, in genere abitati da minoranze linguistiche: si è trattato invece di una delocalizzazione volontaria di un luogo che era abitato da oltre 1000 anni, una fuga dai pirati saraceni. Le frane in quella zona sono estremamente frequenti, anzi costituiscono il più importante fenomeno di modificazione del paesaggio e di spostamento di materiali, più di erosione e risedimentazione. Ed evidentemente all’epoca hanno fatto meno paura dei saraceni...

INQUADRAMENTO GEOLOGICO. L’abitato di Pomarico (provincia di Matera) è posto su uno sperone ad oltre 400 metri di quota a circa 30 km dalla costa ionica. Le colline di quest’area sono composte dai sedimenti deposti nella avanfossa bradanica, una depressione che si trovava fra la catena appenninica e la piattaforma apula e che è stata soggetta a sedimentazione argillosa e sabbiosa fino a poche centinaia di migliaia di anni fa. Dal Pleistocene inferiore il cambio di regime tettonico che è avvenuto nell’area italiana (Rosembaum e Lister, 2004) ha coinvolto nel prisma accrezionale dell’Appennino meridionale anche l’avanfossa bradanica (Roure et al, 1991). La nuova situazione ha provocato un sollevamento che non solo ha interrotto la sedimentazione, ma ha portato sedimenti marini non disturbati da deformazioni importanti a quote ben superiori a quella del livello del mare degli ultimi 500.000 anni. I dati attuali confermano che il sollevamento è tutt’ora in atto (Amato e Cinque, 2000). Nella Basilicata ionica attualmente le frane sono un agente modificatore del paesaggio più importante dell’erosione, come abbiamo potuto evidenziare grazie ad una tesi di laurea che ho seguito come correlatore (Capalbo, 2018).
I depositi più recenti (Pleistocene inferiore-medio) consistono principalmente in 3 formazioni (Balduzzi et al., 1982): le argille subappennine grigio-blu, nelle quali a poco a poco aumenta la frequenza di intercalazioni limose e sabbiose, fino a quando le sabbie diventano nettamente prevalenti e si entra nelle sovrastanti sabbie di monte Marano; sopra alle sabbie troviamo i conglomerati di Irsina, con cui finisce il ciclo sedimentario dell’avanfossa Bradanica. È un evidente quadro di serie sedimentaria caratterizzata da una granulometria via via più grossolana in un regime di regressione marina dovuta, appunto, all’inizio del sollevamento.
La dorsale di Pomarico, che divide le valli del Bradano e del Basento, è caratterizzata dalla classica serie dell’avanfossa bradanica (De Marco e Di Pierro, 1981): dal basso verso l’alto le argille appenniniche grigio-blu, le sabbie di Monte Marano e, solo nella punta più alta della dorsale, quella dove è posto il nucleo dell’abitato odierno, affiorano i conglomerati di Irsina. In questi sedimenti troviamo anche dei livelli di tufi derivati dall’attività vulcanica del Vulture, con spessori anche importanti, fino ad un metro. 
Inoltre le pendici che circondano la collina di Pomarico sono coperte da estesi affioramenti di detriti e di corpi di frana, come scrivono Bozzano et al (2002), occupandosi in particolare della frana della Salsa, sul versane NE del paese. Ovviamente detriti e corpi di frana continuano ad essere instabili. Da notare, per finire, che i fianchi della collina sono profondamente incisi, fin quasi all'altezza delle case, da solchi calanchivi e nicchie di distacco di masse franate. 
Insomma, una situazione davvero difficile dal punto di vista geologico.

LA FONDAZIONE DI POMARICO NUOVO. La domanda che ci si chiede è perché qualcuno ha deciso di vivere in una situazione geologicamente così difficile? Vi è forse stato costretto? Questa ipotesi va presentata perché, notoriamente, i dissesti nel Bel Paese avvengono di più in paesi abitati da minoranze etniche e linguistiche che in qualche modo sono arrivate su quei colli come profughi o deportati: nell’Italia che fu c’era molto meno bisogno di suolo per edifici e agricoltura, per cui i luoghi poco sicuri dal punto di vista geologico per scarsezza d’acqua, frane, alluvioni o terremoti erano in genere scartati a prescindere. Però erano – alla fin fine – gli unici liberi e così gli ultimi arrivati non potevano che occupare questi posti un po' disagiati: ad esempio è successo ai Cimbri sfuggiti ai Romani e nascostisi nelle valli alpine, ai Liguri deportati dai Romani, ai Longobardi deportati dai Normanni, e agli Albanesi fuggiti dall'invasione turca e rifugiati nel sud Italia. 
In questi casi l'instabilità degli insediamenti ha ragioni “punitive” perché l'accoglienza verso i “diversi” in Italia è sempre stata più o meno quella di oggi. 
In effetti a Pomarico non è andata del tutto così anche se una costrizione c’è stata. 
Ma andiamo con ordine.
Pomarico nuovo è una eccezione, essendo stato fondato deliberatamente dai suoi abitanti: l’abitato antico fu abbandonato in favore della nuova localizzazione sulla cresta dove si trova attualmente nel IX secolo per questioni difensive. In quel momento il clima stava cambiando, e dal freddo e umido dei secoli bui (simile a quello della successiva Piccola Era Glaciale) si stava passando al più caldo e più secco optimum climatico medievale (Ljungqvist, 2010), gettando le premesse per la ripresa della civiltà, i cui primi segnali sono dati dalla incoronazione di Carlo Magno nell’800.
La densità di popolazione, retaggio dei tristi secoli precedenti, all’epoca era molto bassa: di fatto il primo millennio è stato l’unico in cui non si registra, a livello mondiale, un aumento della popolazione e l’area mediterranea non sfugge a questa regola. Questo perchè l’Italia (e il mondo occidentale tutto) dal IV secolo in poi erano sprofondati in un periodo di decadenza. Circostanze storiche come la fine dell’Impero Romano d’Occidente, le invasioni barbariche e il vuoto politico che ne è seguito hanno giocato un ruolo fondamentale ma è possibile che il tutto sia stato innescato da cambiamenti climatici (o, almeno, che il raffreddamento che segue al Periodo Caldo Romano sia una concausa del problema). In tutto questo si inquadra anche un evento eccezionale, la catastrofe del 536 d.C., descritta da Procopio, nella Storia delle guerre di Giustiniano. Lo storico bizantino scrisse che “il Sole irradiò la sua luce con una brillantezza simile a quella della Luna per un anno” e che “dal momento in cui questo è avvenuto, gli uomini non furono più liberi da guerre, pestilenze e da eventi mortiferi”. Una Cronaca Siriaca posteriore indica che il fenomeno durò dal 24 Marzo 536 al 24 Giugno 537. In quel periodo il mare sarebbe stato perennemente in tempesta. Ne ho parlato diverse volte, per esempio qui

Un avvenimento gigantesco, eppure totalmente sconosciuto ai più. Evidentemente non ha interessato gli storici, come è noto legati a guerre, regnanti, vicende politiche e cose del genere, ma che hanno sempre e completamente ignorato i fatti naturali. Questo disastro e le carestie che ne seguirono resero particolarmente drammatica la peste di Giustiniano, che falcidiò la popolazione europea. Si può dire che l’evento del 536 sia la più classica applicazione del concetto di “goccia che fa traboccare il vaso”, aumentando drasticamente i problemi di una situazione economica e sociale già abbondantemente devastata. La crisi, la cui coda diretta si è trascinata fino almeno al 550, ha lasciato un’Europa con una popolazione provata da povertà, malattie e carestie e solo la ripresa delle temperature consentì qualche secolo dopo un miglioramento della situazione.
Dalla metà del VII secolo inoltre inizia l’espansione araba, dividendo seccamente le due sponde del Mediterraneo che fino ad allora avevano agito come un tutt’uno o quasi. In realtà la dominazione araba all’inizio occupò anche parte delle coste settentrionali del Mediterraneo, in particolare la penisola Iberica (con tentativi di arrivare ben oltre i Pirenei) e, un po' più tardi, la Sicilia: la battaglia di Poitiers con cui Carlo Martello sconfisse l’esercito arabo – berbero è del 732, mentre lo sbarco a Mazara del Vallo, con cui inizia la conquista della Sicilia, è dell’827.  
Nel IX secolo i pirati saraceni rappresentavano un grosso problema per la sicurezza del Mediterraneo, anche a causa della perdurante debolezza del potere politico nelle sponde settentrionali dell’ex Mare Nostrum. Avevano occupato diverse basi in Italia (città come Bari e Taranto) e in Francia (Frassineto nella Costa Azzurra). Dopo aver subìto diversi attacchi gli abitanti di Pomarico, la cui distanza dal mare, circa 30 km, e la posizione rilevata su un terrazzo della valle del Bradano non erano evidentemente sufficienti per essere al riparo da queste scorrerie, decisero, dopo oltre oltre 1000 anni di storia del sito, di rifugiarsi in cima ad un colle vicino che formava appunto un piccolo sperone facilmente difendibile qualche km più a nord.
La scelta non era casuale: in una zona deve – appunto – il paesaggio è dominato dagli effetti di erosione e franosità diffuse, quella punta formata dai conglomerati di Irsina è la parte più alta della cresta che separa le valli del Bradano e del Basento, perchè sono una litologia particolarmente resistente all’erosione, e per di più perfetta dal punto di vista geotecnico per fondarvi degli edifici (anche se probabilmente all’epoca la maggior parrte degli edifici erano capanne in legno o poco più). Lo sperone conglomeratico era sicuro per le esigenze della piccola Pomarico della spopolata ed economicamente debole Italia del IX secolo, ma appena fuori da questo sabbie, argilla e copertura detritica lo erano moto meno. E quando il borgo ha iniziato ad espandersi, ha dovuto fare i conti con le pessime qualità di questi terreni.

Insomma, nel IX secolo gli abitanti di Pomarico erano più terrorizzati dai Saraceni che dalle frane: mentre la vecchia posizione era su un pianoro sicuro da questo punto di vista, probabilmente un terrazzo (bastava non costruire sul suo lato), è probabile che se quell’area così ben difendibile non fosse mai stata abitata in precedenza proprio per la sua instabilità. Anche il nome Pomarico sembra derivare da Pomarium, significando che nel vecchio sito ci fossero diversi alberi da frutto (e quindi un terreno abbastanza stabile…) Fattostà che Pomarico nuovo ha una lunga storia di frane, frane che possono avvenire in diverse circostanze: 
  • la prima, ovvia (e fra l’altro causa dell’ultimo evento disastroso), sono le piogge intense che fiaccano la resistenza del terreno
  • la seconda è, al contrario, la perdita di acqua in una falda collinare, per esempio durante un periodo siccitoso; casi del genere sono ben documentati in tutta l’area ricoperta dai sedimenti della Avanfossa Bradanica (Gostelov et al, 1997)
  • la terza sono i terremoti. Nella cartografia vigente (OPCM 2006) il territorio di Pomarico è a bassa pericolosità sismica, essendo classificato in zona 3. Però è interessante notare che una frana importante (in quanto riportata dalle cronache) è avvenuta in corrispondenza del terremoto del Sannio del 1688, il cui epicentro si trova a oltre 130 km di distanza (Serva et al, 2007)

A complicare ulteriormente la situazione, è possibile che i livelli tufacei si comportino da orizzonti proni allo scivolamento; questo non perché, derivando dal Vulture, siano piuttosto recenti, geologicamente parlando: è semplicemente insito nelle caratteristiche di questi tufi: questi fenomeni di scivolamento sono comuni anche in Inghilterra (ne ho parlato qui) a causa di intercalazioni tufacee nei sedimenti mesozoici e terziari (Bromhead, 2013)
Ai nostri tempi il rischio-frane negli abitati in collina registra una ulteriore fonte di pericolo a causa di eventuali rotture delle tubazioni di acqua potabile e fognature.

LE FRANE DELLA FINE DI GENNAIO. Per fortuna eventi come quanto accaduto a Pomarico alla fine di Gennaio vengono anticipati da una serie di segnali, per cui se i danni materiali sono ingenti, non si registrano vittime. La frana (anzi, le frane) questa volta riguarda la parte a NE dell’abitato, lungo la strada che, impostata sulla sommità del costone, porta verso la via Appia (significativo che, a causa della pendenza del lato sinistro della valle del Basento non ci sia un collegamento diretto con il fondovalle).
L’evento, peraltro in una zona già attenzionata da tempo per il rischio – frana (e che se non ho capito male, era già stata oggetto di lavori di consolidamento) si è svolto in più fasi ed è stato innescato dalle forti piogge dei giorni precedenti: i primi segnali si sono evidenziati martedì 23 gennaio e sono stati così chiari e preoccupanti da consigliare lo sgombero di alcune abitazioni e l’istituzione di una “zona rossa” in cui era vietato l’ingresso. Un primo movimento è avvenuto venerdì 25 gennaio; alcune di queste abitazioni sono crollate successivamente, nella frana principale del primo pomeriggio del 29 gennaio. Il fronte di scivolamento è largo circa cento metri e oltre alle case sono state danneggiate anche strade e muri di protezione
È evidente che la situazione sia piuttosto delicata che i monitoraggi e i lavori di stabilizzazione si presentino piuttosto complessi

Amato e Cinque (2000) - Erosional landsurfaces of the Campano-Lucano Apennines (S. Italy): genesis, evolution, and tectonic implications - Tectonophysics, 315, 251-267. 
Balduzzi et al 1982. Il Plio-Pleistocene del sottosuolo del bacino lucano (avanfossa appenninica). Geologica Romana 21, 89–111.
Bozzano et al 2002 Landslide phenomena in the area of Pomarico (Basilicata–Italy): methods for modelling and monitoring Physics and Chemistry of the Earth 27 (2002) 1601–1607
Bromhead 2013 Reflections on the residual strength of clay soils, with special reference to bedding-controlled landslides Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology 46(2),  132-155.
Capalbo 2018 Analisi geomorfica comparativa in mbienti morfologicamente diversi su modelli digitai del terreno – tesi di laurea triennale corso di laurea in Scienze Geologiche – università di Firenze  
De Marco e Di Pierro 1981 le argille in frana di Pomarico (Matera). studio granulometrico e mineralogico rendiconti SIMP 37, 213-227  
Gostelov et al 1997  Slope instability in historic hilltop towns of Basilicata Quarterly'Journal of Engineering Geology, 30, 3-26. 
Ljungqvist, F.C. 2010. A new reconstruction of temperature variability in the extra-tropical Northern Hemisphere during the last two millennia. Geografiska Annaler, 92A, 339–351 
Rosembaum e Lister 2004 Neogene and Quaternary rollback evolution of the Tyrrhenian Sea, the Apennines, and the Sicilian Maghrebides Tectonics 23, TC1013, doi:10.1029/2003TC001518
Roure et al 1991. Growth processes and melange formation in the southern Apennines accretionary wedge. Earth and Planetary Science Letters, 102, 395-412
Serva et al 2007 Environmental effects from five historical earthquakes in Southern Apennines (Italy) and macroseismic intensity assessment: Contribution to INQUA EEE Scale Project Quaternary International 173–174, 30–44 










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lunedì 28 gennaio 2019

Giuseppe Zamberletti e la storia e l'attualità della Protezione Civile


Dopo una delle tante crisi di governo della Prima Repubblica (quale delle tantissime non ricordo) l’opinione generale era che a che se non si sapeva chi sarebbe stato il nuovo Presidente del consiglio, tantomeno gli altri ministri, c’era solo una accoppiata sicura, Giuseppe Zamberletti alla Protezione civile, all’epoca ministero a se stante: all’inizio, come oggi, era retta da un sottosegretario e divenne un ministero autonomo (e proprio per Zamberletti) durante una delle tante crisi, solo perché c’era bisogno, fra partiti e correnti, di distribuire un ministero in più… nell’occasione non si può dire che il premio non sia andato ad una persona che lo meritasse.Non si può dire certo che la Protezione Civile sia un lascito di Giuseppe Zamberletti, ma si può tranquillamente affermare che senza la sua spinta non saremmo a questo punto. Certo, ci avrebbe pensato qualcun altro ma la sua passione, la sua competenza e la sua determinazione ad andare avanti sono state un fattore determinante, perché se la Protezione Civile in Italia è così valida, una eccellenza mondiale nel settore, lo dobbiamo anche e soprattutto a questo signore, che ne è stato il fondatore e il primo responsabile.

Con Giuseppe Zamberletti ed Elvezio Galanti a Pratolino. Foto di Elena Vignali
Non sono incline a scrivere “coccodrilli” e quindi non avevo preparato nulla anche se sapevo che le condizioni cliniche di Giuseppe Zamberletti erano molto gravi e non gli restavano che pochi giorni di vita. Tutto il mondo della Protezione Civile, dai volontari a chi ci lavora a chi studia le catastrofi in tutte le loro sfaccettature scientifiche, tecniche, sociali e comunicativa, lo ricorderà per sempre come un gigante senza il quale il sistema italiano di Protezione Civile non sarebbe quello che è oggi: perché è stato una persona appassionata di quello che faceva, che delle emergenze ha capito tantissimi meccanismi e che ha sempre tenuto un atteggiamento costruttivo unito alla ferra volontà di andare avanti, prima nelle emergenze e poi spingendo per la prevenzione.
Mi ricordo un paio di anni fa quando venne a trovarci al dipartimento di Scienze della Terra, la sua lucidità e la completezza dei suoi ricordi a proposito di tante operazioni effettuate e anche di progetti che non erano riusciti a vedere la luce. In quella occasione gli mostrammo le nostre attività principali (laboratorio, monitoraggi, supporto alle emergenze e alla pianificazione); passò anche nella mia stanza ed ebbi l’onore di fargli vedere alcuni post di Scienzeedintorni che ho scritto sulla Protezione Civile. Ero un po' imbarazzato, perché parlare di Protezione Civile a Zamberletti era un pò come parlare di evoluzione a Charles Darwin… 

LA NASCITA DELLA PROTEZIONE CIVILE IN ITALIA. Giuseppe Zamberletti raccontò in breve la nascita della Protezione Civile in Italia il 21 maggio del 2016 in un incontro a Villa Demidoff, sulle colline di Firenze, organizzato dalla VAB e dalla mia vulcanica amica Silvana Viti.
Zamberletti divenne per la prima volta commissario di governo dopo il tragico terremoto del Friuli. Non lo divenne per caso: appena eletto in parlamento nel 1968 gli fu affidata la legge sulla riorganizzazione dei Vigili del Fuoco. Quel testo prevedeva due cose: la possibilità di far organizzare dai prefetti i volontari in caso di emergenza e la possibilità per il governo di nominare commissari straordinari dopo le catastrofi. In quella occasione si fece le ossa sul campo per poi diventare appunto il fondatore della Protezione Civile italiana, una  macchina che anche di recente ha fatto vedere il suo ottimo funzionamento durante le emergenze. 
L’esperienza accumulata tra le macerie di Gemona e degli altri paesi distrutti dagli eventi del 6 maggio 1976 gli fece percepire la necessità di organizzare bene le cose e l’enorme importanza della macchina del volontariato, quello che solo 10 anni prima era arrivata spontaneamente a Firenze da tutto il mondo per dare una mano a salvare la città in ginocchio dopo l’alluvione del 4 novembre. In particolare:
  • non era possibile mettere insieme un esercito sul posto, quando l'emergenza era già iniziata ed occorreva un coordinamento dei soccorritori, i quali in qualche modo devono sapere già cosa fare e dove andare
  • i volontari oltre alla loro generosità si portarono appresso il problema di dover mangiare e dormire, per cui la macchina dei soccorsi deve essere un corpo autonomo in tutte le sue necessità
  • la gestione delle emergenze passa anche attraverso la loro mitigazione prima che avvengano (ad esempio costruendo in modo e luogo giusto); un modo di agire conosciuto con un termine che oggi va tanto di moda, la resilienza

Il primo aspetto pare intuitivo ma è evidente come debba essere attentamente pianificato in generale per essere applicato ai singoli casi. Gli altri due potevano essere capiti solo lavorando sul campo. 
Devo dire che sul primo e sul secondo concetto siamo un pezzo avanti. Invece sul terzo siamo parecchio indietro, come dimostrano le cronache dei dissesti: la classe politica e amministrativa, anche grazie alle resistenze di parte della società civile, è molto sensibile ai troppi interessi in ballo come dimostrano a proposito del rischio idrogeologico i ripetuti condoni edilizi e la vicenda dei piani di bacino, di cui ho parlato qui, visti come un qualcosa che impediva lo sviluppo. E non parliamo delle condizioni del patrimonio edilizio in rapporto alla questione terremoti. L’ultimo condono ischitano e la cancellazione di una esperienza utile come #Italiasicura (grazie alla quale è in via di realizzazione la messa in sicurezza di città come Firenze e Genova) sono la dimostrazione che ancora non ci siamo.
Insomma, il terremoto del 1976 indicò a Zamnerletti la strada che ha successivamente improntato la sua opera di organizzazione della Protezione Civile: le calamità, naturali o legate all’attività dell’uomo, non possono essere fronteggiate soltanto con una attività di mero soccorso improvvisata volta a volta, ma possono essere previste, prevenute e mitigate nei loro effetti mediante l’operatività stabile di una struttura creata ad hoc.

I laghi dei Renai a Signa, da cui la Protezione Civile derivò l'acqua
per rifornire Firenze nell'estate - autunno 1985
ZAMBERLETTI E LA PROTEZIONE CIVILE DOPO IL FRIULI. Nel 1979 organizzò la spedizione della Marina Militare in soccorso ai boat-people,  i profughi che lasciavano in massa a bordo di piccole imbarcazioni il Vietnam.
Zamberletti, perso il posto di sottosegretario dopo un'altra crisi di governo, fu nominato commissario anche per il terremoto del 1980 (lo volle fermissimamente Pertini); ci ricordò che le cose andarono un pò peggio che in Friuli quattro anni prima. Quello è stato uno dei tanti momenti in cui si evidenzia una caratteristica fondamentale degli italiani: durante le tragedie gli italiani danno il meglio di se stessi; per questo il flusso di volontari con generi di prima necessità fu incredibilmente alto; purtroppo la risposta, così spontanea rapida e massiccia, fu forzatamente disorganizzata e divenne paradossalmente un problema: sommato alla vastità dell’area disastrata e all’ampiezza delle distruzioni, la macchina dei soccorsi fu talmente grande che il coordinamento, almeno all’inizio, lasciò a desiderare. Alcuni volontari ricordano di essere passati da una stazione di carabinieri all’altra per essere stati poi diretti in una caserma dell’esercito, la cui piazza d’armi si riempì dei loro mezzi in maniera caotica. 
Questi problemi hanno provocato ritardi enormi nella macchina dei soccorsi (almeno quelli di secondo livello, quelli dell’aiuto ai superstiti). Anche questa fu una lezione importante, che ha poi determinato rigidi criteri sul numero dei volontari da coinvolgere al bisogno.
Nel 1985 era invece a Firenze, in un anno memorabile – climaticamente parlando – per la città toscana: dopo la nevicata e il freddo eccezionale di gennaio una lunga siccità ridusse molto la portata dell’Arno e mise in crisi la città, il cui acquedotto preleva l’acqua del fiume: Zamberletti e la Protezione Civile si impegnarono per la costruzione di un acquedotto, il cosiddetto “tubone”, che rifornì la rete idrica cittadina con l’acqua proveniente dai laghetti dei Renai (specchi d’acqua che si erano formati nelle cave di inerti presso Signa).  
Me lo ricordo poi in prima fila anche nel 1987 durante le operazioni in Valtellina mentre non mi pare che fu coinvolto nelle sfortunate operazioni di deviazione della colata dell’Etna nel 1983.

LE PRIME ESPERIENZE STRUTTURALI. Dopo l'Irpinia finalmente iniziò il cammino intuito da Zamberletti, che per creare la Protezione Civile si ispirò al modello dei volontari della vigilanza antincendi boschivi. Negli anni 60 / 70 e 80 gli incendi boschivi in estate erano un problema devastante. Ci sono diversi tipi di incendi: spontanei (pochi..), involontari e appiccati volontariamente. I terzi all’epoca erano di moda, perché a molte categorie questo scempio faceva davvero comodo al punto che fu necessaria una legge che vietasse espressamente le costruzioni sulle aree interessate dagli incendi boschivi.
I volontari antincendio nacquero perché i Vigili del Fuoco avevano nei loro compiti la salvaguardia degli edifici e, in genere, delle “cose umane” e non dei boschi, a cui doveva quindi pensare l‘allora Corpo Forestale dello Stato, di recente entrato con una decisione che a me è parsa tutt’altro che brillante nei Carabinieri. 
Ora, al CFS erano consci di essere pochi già per affrontare i problemi ordinari, figuriamoci per affrontare le emergenze; per cui incoraggiarono la formazione di nuclei di volontari come supporto alle emergenze, intuendo le potenzialità di un sistema composto da persone addestrate, motivate e pronte ad intervenire al bisogno
Negli anni 80 ci fu un primo esempio di coordinamento transregionale fra i vari gruppi di volontari: gli incendi boschivi in Alto Adige sono più frequenti d’inverno mentre in Sardegna i problemi sono notoriamente evidenti in estate. Allora Zamberletti decise di dare il comando delle operazioni antincendio nell’isola ad un generale dell’esercito e di portarvi d’estate i volontari altoatesini. L’esito dell’operazione, sia per l’appoggio ai volontari sardi sia per il confronto fra le modalità organizzative diverse dei due gruppi, è stato un successo enorme (anche se, purtroppo, la piaga degli incendi estivi nell’isola è tutto tranne che risolta, ma non certo per colpa della Protezione Civile). Essendo stato il primo sistema organizzativo “stabile” per una risposta di volontari ad una emergenza, il sistema antincendio fu preso per organizzare la Protezione Civile tout court e Zamberletti prese a modello l’organizzazione di un gruppo antincendio toscano, la VAB (che si è successivamente espansa anche in altre regioni). 

Quindi fu proposta la nascita di una organizzazione simile a quella contro gli incendi boschivi anche per i soccorsi in caso di calamità naturale; ma il nome che fu scelto “gruppi comunali di protezione civile” provocò grossi problemi perché i VVFF reagirono molto male e proclamarono 3 mesi di sciopero, che bloccarono gli aeroporti (non possono scioperare in caso di emergenza, ma possono bloccare le attività ordinarie): avevano in qualche modo delle remore a collaborare con dei non professionisti e forse erano anche timorosi di essere scavalcati. Fu un errore strategico enorme da parte della loro dirigenza: se avessero accettato la collaborazione dei civili le cose dal punto di vista normativo sarebbero andate molto diversamente e i VVFF avrebbero molto probabilmente ottenuto il coordinamento della Protezione Civile.

Zamberletti anche dopo la sua fine dell’esperienza da ministro è sempre rimasto nella Protezione Civile, grazie all’autorevolezza che ha guadagnato al di là della sua appartenenza politica. E direi che il riconoscimento più grande, dal punto di vista morale, è stato la carica di Presidente Onorario della Commissione Grandi rischi, riconfermata anche nel 2017.
Insomma, è stato e sarà sempre, un simbolo e un esempio per tutti coloro che “fanno” Protezione Civile.

DAL’EMERGENZA ALLA PREVENZIONE. La Protezione Civile è nata durante le emergenze, ma fra i lasciti di Giuseppe Zamberletti c’è stato, come ho già detto, anche il passaggio alla mitigazione delle emergenze prima che avvengano: mettersi in mostra durante queste fasi è spettacolare e fornisce grandi motivazioni, ma sono importantissime la prevenzione e la custodia del territorio, che passano attraverso i piani comunali di Protezione Civile, di cui ho parlato tempo fa e che consentono di limitare le conseguenze delle catastrofi naturali sia dal punto di vista delle infrastrutture (costruzioni, vie di comunicazione e quant’altro) sia agendo sui modelli di comportamento della popolazione colpita.  
Zamberletti ha particolarmente curato questo aspetto quando, uscito dalla politica attiva, è rimasto un importante punto di riferimento per il volontariato.

LA PROTEZIONE CIVILE OGGI. Colgo questa occasione perché per commemorare Giuseppe Zamberletti non c’è niente di meglio che ribadire alcuni concetti hanno fatto da faro per la sua attività:
  • non esiste una caserma della Protezione Civile: la protezione civile è un sistema complesso a cui partecipano a varo titolo lo Stato, gli enti locali, le forze di polizia, l’esercito, i volontari e... la popolazione stessa. Le diversità sono una ricchezza: nessuno può fare tutto, dai soccordi medici a quelli fisici, alla gestione delle comunicazioni e a quella di come nutrire e alloggiare chi è stato colpito e chi opera
  • molti italiani più che cittadini si sentano sudditi (anche se, paradossalmente, in altre nazioni come il Regno Unito i sudditi si sentono cittadini). E il sentirsi sudditi è un ostacolo anche nella preparazione e nella reazione in fatto di emergenze, quando molti sono convinti che altri (lo Stato, la Protezione Civile) facciano tutto. Quindi la responsabilizzazione dei cittadini e il concetto di rischio accettabile devono essere un aspetto fondamentale della vita pubblica e civile in un contesto di partecipazione attiva alle attività preventive: un cittadino deve sapere cosa deve fare e di essere lui stesso parte del piano, ed è folle anche solo pensare che ad ogni cittadino si affianchi un esponente della protezione civile. 
  • la Protezione Civile non è, appunto, solo “i volontari”: sentire dire che la protezione civile “è arrivata dopo i carabinieri e i vigili del fuoco” dimostra una totale ignoranza su cosa sia il sistema della protezione civile: anche carabinieri e VVFF quando intervengono durane una emergenza SONO protezione civile... 
  • un’altra questione è il RAPPORTO CON GLI ENTI LOCALI: non tutte le Regioni hanno una cultura di protezione civile e dei piani comunali di protezione civile. È oggettivamente un problema. Quindi in alcuni casi, purtroppo, vanno responsabilizzate le Regioni stesse (e soprattutto la classe politica e i dipendenti pubblici) prima dei cittadini

Altre tre cose sono estremamente importanti:
  • lo snellimento della burocrazia per quanto riguarda la gestione degli sfollati (come dimostrano i terremoti del 2016) e per far riprendere l’economia con l’erogazione degli aiuti economico - finanziari e l’intervento su tasse e imposte per le imprese colpite, che hanno bisogno di una risposta pronta perché i loro concorrenti non stanno certo ad aspettare 
  • il ruolo fondamentale, specialmente nella prevenzione e nel monitoraggio dei rischi, della comunità scientifica 
  • è necessaria da parte di tutti (dai sindaci ai cittadini, alla magistratura) prendere consapevolezza del fatto che i modelli su cui si basa la Protezione civile sono probabilistici e non deterministici per gli eventi pluviali e che non è assolutamente possibile prevedere i terremoti: c’è sempre il rischio, specialmente per i decisori ma non solo, di essere indagati per procurato allarme se succede qualcosa di meno del previsto (o, meglio, di quanto era ragionevole supporre) o di negligenza e quant’altro se le cose sono andate peggio di quanto era stato realisticamente prospettato. È un vero incubo per le parti più alte della catena di comando. Tantomeno i sindaci possono essere utilizzati come scaricabarile e accusati tout court di qualsiasi nefandezza

Tralasciando qui l’enorme problema della comunicazione scientifica e del rapporto fra Scienza e società in un Paese ignorante e sospettoso nei confronti della scienza, pronto a tifare per apprendisti stregoni, ciarlatani o peggio.

venerdì 25 gennaio 2019

La "Grande Discordanza " della fine del Precambiano: le sue cause e le tracce nei magmi paleozoici dell'enorme conseguente e temporaneo afflusso di sedimenti negli oceani


Il 2019 è iniziato con una notizia bomba per le Scienze della Terra e cioè la probabile risoluzione di un enigma inizialmente formulato nel 1875 osservando la zona del Grand Canyon e teorizzato definitivamente nel 1914: la Grande Discordanza che data a prima dell’inizio del Cambriano. Insomma, abbiamo davvero poche rocce del Precambriano e soprattutto si tratta di pochi sedimenti e molte cose di origine molto profonda, il che comporta anche ben poche testimonianze fossili che sarebbero importanti dato che l'origine degli animali si colloca proprio nel neoproterozoico. Ma non è una questione di erosione normale, come dimostrano tutta una serie di osservazioni iniziate appunto nel 1875. Alla fine la colpa di tutto questo è stata attribuita alle fasi glaciali del Criogeniano, le cosiddette Snowball Earth (Terra - palla di neve), quando il globo terrestre era coperto quasi integralmente da ghiacci. Dove però fosse andata la massa mancante era ancora dubbio (e senza capirlo difficile poter affermare che c'era stato questa enorme processo di erosione e conseguente sedimentazione). Un lavoro appena uscito ha scoperto negli zirconi dei magmi del paleozoico le tracce di questi sedimenti generati dagli oltre 60 milioni di anni di erosione glaciale del Criogeniano, i quali, finiti negli oceani, si sono parzialmente fusi quando sono finiti all’interno del mantello. 


La stratigrafia del Grand Canyion da Karlstrom & Timmons (2012):
sono indicate le durate degli intervalli di tempo fra le unità che si sovrappongono
Le Tapeat Sandstones sono alla base del Tonto Group
Nella storia della Terra ci sono alcuni fatti un po' strani che hanno le loro radici nel Neoproterozoico, l’era che ha preceduto l’era Paleozoica. Nell'era Neoproterozoica, iniziata con il Toniano circa un miliardo di anni fa e finita con l’inizio del Cambriano, 540 milioni di anni fa, sono successe diverse cose, e parecchio importanti per giunta:

  • dal punto di vista biologico ad un certo momento, si sviluppa la fauna di Ediacara e compaiono i primi animali
  • dal punto di vista tettonico, il Neoproterozoico inizia nelle fasi finali dell’amalgamazione del supercontinente di Rodinia, si svolge durante la sua frammentazione e durante le prime fasi della ricostruzione del successivo supercontinente, noto come il “Grande Gondwana” o, per me molto meglio, come Pannotia (Powell et al 1995) (ne ho parlato qui).
  • dal punto di vista climatico, il Criogeniano, il periodo centrale dell’era Neoproterozoica, è caratterizzato da due episodi di “Snowball Earth” (Terra a palla di neve) in cui quasi tutto il globo terrestre è stato ricoperto da coltri glaciali. Sull’estensione di queste calotte e soprattutto sul completo congelamento anche degli oceani in zona tropicale non c’è unanimità, mentre sull’esistenza di glaciazioni sui continenti anche a basse latitudini ci sono pochi dubbi in bibliografia. Si tratta dello Sturtiano (717– 660 Ma) e del più breve Marinoano (641–635 Ma), che coincide con la fine del Criogeniano. Una terza fase glaciale, molto minore, è avvenuta a metà dell’ediacarano, il terzo periodo del Neoproterozoico, circa 580 milioni di anni fa

LA GRANDE DISCORDANZA. Dal punto di vista stratigrafico l'era Neoproterozoica ci offre alcune particolarità che non possono essere trascurate.
Innanzitutto, la “Grande Discordanza” (Great Unconformity degli autori anglosassoni), una enorme lacuna nel registro stratigrafico della Terra spesso evidente sotto la base del Cambriano.
Si trattava (fino ad oggi, appunto) di uno dei maggiori enigmi nella storia della Terra: i sedimenti glaciali del criogeniano, le diamictiti e i sovrastanti “cap carbonates”  e, in loro mancanza, i sedimenti del Paleozoico inferiore, si sono deposti in buona parte dei casi sopra rocce metamorfiche o magmatiche formatesi a grande profondità anche in tempi di poco più antichi come in Oman (Bowring et al., 2007); nella zona del Grand Canyon le Tapeats Sandstones del Cambriano (la formazione basale del gruppo del Tonto) sovrastano il gruppo del Grand Canyon, sedimentato nel Neoproterozoico inferiore o direttamente gli gneiss del Vishnu, su cui si era sedimentato il Gruppo del Grand Canyon. Gli gneiss del Vishnu sono rocce medio-crostali formatesi circa 1.8 miliardi di anni fa ad una profondità di circa 25 km e che successivamente a causa di un lungo e forte periodo di deformazione sono state portate fino  ~ 10 km di profondità. La ulteriore esumazione fino alla superficie ha avuto luogo tra 1,66 e 1,25 Ga. La grande differenza di età fra il Cambriano delle Tapeats Sandstones e quanto stava sotto fu notata già nel XIX secolo, mentre Walcott (1914), intuendo che si trattava di un caso globale e non solo locale, propose la presenza dell’intervallo "Lipaliano" di esposizione ed erosione continentale.
Poco più in là, nel SW del Colorado, il granito mesoproterozoico di Eolus, formatosi 1.44 Ga a una profondità di circa 10-15 km è sovrastato dalla quarzite di Ignacio (anche questa del Cambriano) che dimostra un'erosione di oltre un terzo dello spessore nominale della crosta continentale in un qualche sottoinsieme di 900 milioni di anni. Troppo - forse - per un avvenimento tettonico normale …
Quantità di crateri da impatto: sulla Terra sono evidienti
crateri di picole dimensioni solo negli ultimi 500 MA
(da Brenhin Keller et al , 2019)
É nota la presenza di casi recenti di esumazione di parti molto profonde della crosta; uno di questi è a casa nostra, le Alpi Occidentali, ma mentre nel recente si tratta di “casi isolati” in circostanze tettoniche particolari, processi che hanno portato all’esumazione di crosta profonda sembrano essere stati un fenomeno particolarmente comune durante il Neoproterozoico. Come appunto supposto nel 1914.
A questo aspetto particolarmente evidente se ne sommano altri che vanno considerati con grande attenzione:
DISTRIBUZIONE NEL TEMPO DEI CRATERI DA IMPATTO VISIBILI SULLA TERRA: Nelle aree non successivamente deformate troviamo numerosi crateri derivati da impatti di asteroidi avvenuti tra l’ediacarano ed oggi. Pochissimi invece sono quelli precedenti: si tratta del Sudbury e del Vredefort, che sono particolarmente estesi ed erano dunque davvero molto profondi; si deve notare che in entrambi i casi oggi si vede la loro parte inferiore, che era originariamente a oltre 5 km di profondità (PASSSC, 2001)
QUANTITÀ DEI SEDIMENTI DI PIATTAFORMA CONTINENTALE. Il limite Neoproterozoico – Paleozoico corrisponde ad un enorme salto nella quantità di sedimenti formati nelle piattaforme continentali attualmente conservati, quantità che inizia ad aumentare nell’Ediacarano. Questa variazione nella estensione e nella ampiezza della variazione secolare dell'abbondanza di sedimenti di piattaforma preservati prima e dopo l’inizio del Cambriano è stata quantificata per la prima volta da Ronov et al (1980), stimando il flusso del volume di sedimenti conservati negli ultimi 1600 milioni di anni. Il modello è stato successivamente perfezionato e confermato limitatamente alla Laurentia dal database Macrostrat. Inoltre, il volume stimato di sedimenti continentali conservati (sia in Nord America che a livello globale) non segue, dal mio punto di vista inaspettatamente, una curva di abbondanza esponenziale, come risulterebbe da un modello di sopravvivenza standard (banalmente: non è che più i sedimenti sono vecchi, meno ne sono rimasti): insomma, più o meno c'è lo stesso quantitativo di sedimenti in ogni momento. Il che suggerisce una scarsa influenza dall'erosione sulla sopravvivenza dei sedimenti marini deposti sulle piattaforme continentali. Solo che il valore  prima dell'Ediacarano è molto inferiore al valore medio dal Cambriano in poi.
La quantità preservata di sedimenti di piattaforma continentale:
si nota il salto quantitativo tra Precambriano e Cambriano
(Brenhin Keller et al, 2019)
IL CASO RODINIA. Questo supercontinente, rispetto a quelli precedenti (Nuna o Columbia) e a quelli successivi (Pannotia o Gondwana e Pangea) ha delle caratteristiche piuttosto peculiari, ad esempio:
  • non c’è molto magmatismo orogenico, nonostante le collisioni fra i vari continenti che si stavano amalgamando 
  • numericamente quindi di quell’epoca è rimasto più un magmatismo anorogenico che orogenico. Una cosa piuttosto strana
  • l’evento sembra aver formato pochi depositi di minerali e minerali di metalli preziosi

SOLUZIONI POSSIBILI PER CAPIRE LA GRANDE DISCORDANZA. Unendo le caratteristiche stratigrafiche nel Grand Canyon, in Oman e altrove con le peculiarietà di Rodinia rispetto agli altri supercontinenti e gli altri aspetti descritti prima, vediamo che abbiamo una soluzione per capire a cosa si debba la Grande Discordanza.
Per farlo, dobbiamo innanzitutto notare che il limite fra Neoproterozoico e Cambriano non presenta nessuna evidenza di variazioni significative nella temperatura del mantello o nello stile tettonico. Di conseguenza, è difficile concepire un modello in cui questa variazione sia dovuta a cambiamenti nel comportamento della “Terra solida”.
Rimanendo sulla questione dei sedimenti, ci sono due possibilità:

  • processi costruttivi: dal Cambriano ad oggi è aumentato e/o si è velocizzato l’accumulo di sedimenti nel Fanerozoico. Però questa 'interpretazione richiederebbe un aumento improvviso di circa cinque volte della quantità di sedimenti in circolazione, il che la rende poco plausibile
  • processi distruttivi: banalmente, un violento e improvviso episodio di erosione a livello globale, che ha provocato la scomparsa delle rocce proterozoiche 

Il secondo quadro è più plausibile:

  • i processi costruttivi richiedono un aumento generalizzato e improvviso in qualche modo definitivo, con l'intervento di qualche nuovo meccanismo. Inoltre non spiega dove sono finiti i materiali erosi durante la Grande Discordanza, mentre quello distruttivo prevede un aumento dei sedimenti limitato ad una fase di breve durata 
  • dove è visibile, la Grande Discordanza è di natura chiaramente erosiva, perchè i sedimenti, come abbiamo visto, si depositano sopra rocce formatesi a grande profondità e arrivate in superficie in un quadro di esumazioni della crosta profonda veloci e generalizzate, mentre negli ultimi 500 milioni di anni, esumazioni rapide e veloci sono un processo sempre limitato a poche aree particolari in contesti tettonici specifici. E, come abbiamo visto, nel caso della Grande Discordanza spesso si tratta di rocce formatesi poche centinaia – se non poche decine – di milioni di anni prima
  • anche la mancanza di crateri da impatto e le caratteristiche peculiari di Rodinia evidenziano un periodo di forte erosione superficiale, nella quale sono andati persi i crateri da impatto preesistenti minori, che andavano meno in profondità, ed eroso buona parte delle rocce originate dai processi di collisione dei blocchi che avevano formato il supercontinente tra 400 e 700 milioni di anni prima. 

La Terra durante la Snowball Earth Sturtiana: i continenti
sono coperti dai ghiacci anche in zona equatoriale
da Hoffman e Shrag (2000)
A COSA SI DEVE L'EROSIONE DURANTE LA GRANDE DISCORDANZA? Quindi c’è da chiedersi se attualmente conosciamo un meccanismo che possa aver provocato questa enorme erosione. La risposta è affermativa: gli oltre 60 milioni di anni di Snowball Earth (Terra palla di neve) del Criogeniano. Questo perchè la glaciazione promuove la denudazione continentale abbassando il livello del mare a scala globale ed esponendo i continenti a una maggiore erosione subaerea, e anche direttamente attraverso l'erosione operata dagli stessi ghiacciai.
Le stime dei tassi di erosione glaciale per le calotte glaciali attuali sono molto variabili, da ~0,01 mm  ~100 mm all’anno. Per fare un confronto, 4 km di erosione su 64 Ma di glaciazione neoproterozoica richiederebbero un tasso medio di erosione di 0,0625 mm/a, quasi due ordini di grandezza più lenti delle recenti stime dirette (4.8 ± 2.6) per la moderna calotta glaciale della Groenlandia (Cowton et al, 2012).
A questo si deve aggiungere che a causa del livello marino molto basso (almeno 400 metri meno di adesso) e del fatto che se non diversamente vincolato dalla temperatura dell'aria o dell'acqua, la base del ghiacciaio può estendersi fino a 0,89 km sotto il livello del mare per chilometro di spessore della calotta, i ghiacci, a causa del loro sviluppo verticale, potrebbero aver eroso i fondali marini delle piattaforme continentali anche in zone molto profonde.
Una circostanza stratigrafica interessante, come ho fatto notare, è che la quantità di sedimenti aumenta a partire dall’inizio dell’Ediacarano, e cioè alla conclusione del Marinoano, la seconda (e ultima) Snowball Earth.
É chiaro ed evidente che oltre alla crosta superiore durante gli episodi di "Terra palla di neve" sia stata erosa anche buona parte della copertura sedimentaria ed è per questo che i sedimenti di prima dell'ediacarano sono oggi così rari. 


Segnali geochimici dei sedimenti negli zirconi:
rapporto isotopico dell'afnio e dell'ossigeno,
comparati con la quantità di sedimento.
da  Brenhin Keller et al (2019)
MA DOVE SAREBBERO FINITI QUESTI SEDIMENTI? Ovviamente negli oceani. E, siccome la vita della crosta oceanica è breve perché finisce presto nelle zone di collisione, dove scende nel mantello lungo le zone di subduzione, di questi sedimenti non ce ne sarebbe più traccia. Ho usato il condizionale, perché, invece, la loro traccia c’è davvero!
Nella tettonica a placche, i sedimenti accumulati sulla crosta oceanica vengono consumati dalla subduzione ad un ritmo che attualmente è di di circa 1,65 km3 / anno.  A causa della loro bassa densità e della loro temperatura di fusione molto bassa, questi sedimenti, quando scendono nel mantello insieme alla crosta oceanica, vengono spesso incorporati nei magmi di arco magmatico, dove lasciano una firma chimica o isotopica. Ebbene, se questi sedimenti sono particolarmente voluminosi, la loro traccia potrebbe forse essere notata!
Quindi alcuni ricercatori l'hanno cercata (Brenhin Keller et al, 2019) supponendo che gli zirconi contenuti nelle rocce magmatiche delle zone collisionali di quel periodo dovrebbero aver conservato una impronta geochimica di questo aumento momentaneo della quantità di sedimenti nei fondali oceanici da poco subdotti. Gli zirconi sono straordinari e non solo perché sono fra le pietre preziose (o, almeno, semipreziose): anche perché dopo che si sono formati si conservano indefinitamente a causa del loro alto punto di fusione e della loro scarsa attaccabilità dai fattori esterni; inoltre sono ben databili con il metodo U/Th. Di fatto i grani minerali più antichi attualmente esistenti sono proprio degli zirconi formatisi nella Terra di oltre 4.3 miliardi di anni fa! 
Senza entrare in particolari, usando i dati di quasi 30.000 zirconi reperiti nella letteratura scientifica, i ricercatori hanno notato che quelli paleozoici presentano delle forti oscillazioni in alcuni rapporti isotopici che si spiegano solo con il coinvolgimento massicico di sedimenti nell’origine dei magmi da cui questi cristalli sono derivati. Inoltre oscillazioni simili ci sono negli zirconi prodotti dopo la glaciazione huroniana di 2.2 miliardi di anni fa. 
Il grafico fa ipotizzare la possibilità che le Snowball Earth del Criogeniano siano state precedute da altri episodi minori e mostrano anche un altro punto singolare dopo le glaciazioni del permo-carbonifero.

  • Bowring et al. (2007) Geochronologic constraints on the chronostratigraphic framework of the Neoproterozoic Huqf Supergroup, Sultanate of Oman. Am J Sci 307:1097–1145. 
  • Brenhin Keller et al (2019) Neoproterozoic glacial origin of the Great Unconformity, PNAS 116(4) 1136-1145
  • Hoffman e Schrag 2000 “The Snowball Earth”, Scientific American 282(1):68-75
  • Karlstrom & Timmons (2012) Many unconformities make one ‘Great Unconformity’. Grand Canyon Geology; Two Billion Years of Earth’s History,  GSA Special Paper 489, pp 73–79
  • Cowton et al (2012) Rapid erosion beneath the Greenland ice sheet. Geology 40:343–346. 
  • PASSC (2001) Earth Impact Database (The Planetary and Space Science Centre, Fredericton, New Brunswick, Canada).
  • Powell et al (1995) Did Pannotia, the latest Neoproterozoic southern supercontinent, really exist?: Eos (Transactions, American Geophysical Union), Fall Meeting,76,46, p.172
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  • Ronov et al  (1980) Quantitative analysis of Phanerozoic sedimentation. Sediment Geol 25:311–325. 
  • Walcott CD (1914) Cambrian Geology and Paleontology, Smithsonian Miscellaneous Collections (The Lord Baltimore Press, Washington, DC), Vol 57