venerdì 7 luglio 2017

Gli Idrati di Metano e i pericoli per il loro possibile scioglimento a causa del riscaldamento globale


Gli idrati di metano sono una caratteristica della terraferma e delle piattaforme continentali delle regioni polari, ma si trovano anche nei fondi marini delle zone tropicali. In particolare gli idrati delle zone polari sono a rischio scioglimento a causa del riscaldamento globale e questo è molto preoccupante perché si tratta di una ulteriore componente che si aggiunge all’effetto – serra delle emissioni antropiche. Tra le tante crisi biotiche quella di fine Permiano è avvenuta in condizioni climatiche che assomigliano un po' alle nostre e lo scioglimento degli idrati di metano delle alte latitudini e di quello che restava delle calotte polari del Permo – Carbonifero ne è stato un meccanismo determinante, mentre per esempio al passaggio Paleocene – Eocene in un clima globale più caldo le emissioni degli idrati hanno avuto un impatto minore.

Il metano viene emesso naturalmente da paludi, giacimenti di idrocarburi e giacimenti di idrati sui fondi marini e sotto il permafrost, ed è un gas – serra particolarmente efficiente: una sua molecola ha un impatto sull’effetto – serra 25 volte maggiore di quello di una molecola di CO2. Una considerevole quantità di questo composto è stoccata negli idrati di metano: si tratta di clatrati,  strutture in cui delle molecole di un composto si trovano all'interno di una gabbia formata da un reticolo di molecole ospitanti: in questo caso molecole di metano sono intrappolate dentro un reticolo di molecole di ghiaccio. La dissociazione di 1 litro di un gas idrato completamente saturo ne rilascia ben 169 di metano a pressione atmosferica. Il ghiaccio può intrappolare anche idrocarburi più pesanti: rispetto a quelli di metano possono resistere a temperature più alte e profondità minori.

DOVE SI TROVANO GLI IDRATI DI METANO. Estesi depositi di idrati di metano si trovano notoriamente nelle zone polari: sulla terraferma ghiaccio e permafrost (il suolo permanentemente ghiacciato delle zone polari) formano una copertura criosferica che intrappola le emissioni di metano provenienti dai tanti giacimenti di idrocarburi sottostanti; per quanto riguarda il mare, a quelle latitudini, complici le basse temperature, basta la pressione che si trova a una profondità di 300 metri. Gli idrati di metano sono stabili nei sedimenti sottomarini dei margini continentali anche a latitudini tropicali, dove però essendo la temperatura delle acque ben più alta, si deve arrivare ad elevate profondità, perché occorre una temperatura dell’acqua inferiore a 5°C. 
La Cina sta iniziando lo sfruttamento di giacimenti di idrati a scopo di ottenere combustibili fossili sulla sua piattaforma continentale (e non mi pare una bella cosa...) 

Il fondo del mare di Barents studiato in [7]
IL TASSO DI DISSOCIAZIONE DEGLI IDRATI. La permanenza del metano nei gas idrati è transitoria, per cui si tratta di riserve intrinsecamente temporanee, soggetti a continue perdite, indipendentemente dalla temperatura [1]; però l’attuale riscaldamento globale mette a rischio questi composti in quanto l’aumento delle temperature risulta in un aumento del tasso di dissociazione: livelli molto alti di metano proveniente dalla scomposizione degli idrati sono stati osservati in Siberia [2]. Tuttavia la permanenza di una molecola di CH4 in atmosfera è breve, perché non è capace di sopravvivere in un ambiente ossidante: la maggior parte di quanto emesso in maniera lenta e costante subisce quasi immediatamente la reazione di ossidazione CH4+2O2 → 2H2O+CO2, contribuendo comunque al tenore di CO2 atmosferico, ma con un effetto serra minore rispetto a se rimanesse metano (una parte del forte effetto serra della Terra primordiale è infatti attribuito al metano).   
I brillamenti osservati in questi anni in fondali profondi meno di 400 metri nelle zone artiche sono stati tentativamente spiegati con il riscaldamento di 1°C delle acque dell’area.

VULCANI DI FANGO E GAS IDRATI. In alcuni casi gli idrati sono trasportati in superficie da vulcani di fango, per esempio nella Kaoping Slope, a largo delle coste SW di Taiwan [3]. I vulcani di fango sono più comuni in aree caratterizzate da un regime tettonico compressivo e una rapida accumulazIone di sedimenti, ma anche in aree non proprio prone ad attività tettonica come il mare di Beaufort nell’artico dell’Alaska sono state trovate delle morfologie a gobba larghe 600–1100 metri che si elevano di circa 30 metri dal fondo marino che sono stati interpretati come vulcani di fango [4]. Si tratta di strutture giovani o addirittura in formazione che estrudono sedimenti molto fini e saturi d’acqua accompagnati a vari composti gassosi fra cui metano che spesso va a formare gas idrati.
Diverso il caso di emissioni violente, che avvengono sia in superficie, che sul fondo marino, spesso con la formazione di crateri. A queste emissioni sono associati dei brillamenti, con tuoni e bagliori. Ci sono diverse osservazioni in proposito nelle aree artiche, e di recente ho parlato di un evento del genere avvenuto presso lo Scoglio d’Affrica, nel mare toscano.
Un effetto dello scioglimento degli idrati di metano sono i pockmarks (letteralmente: pustole), crateri che punteggiano il fondo marino in alcune aree o delle forme a tumulo. Sono tutti associati a zone in cui il gas si infiltra  nei sedimenti del fondo marino provenendo da giacimenti sottostanti e quindi li troviamo spesso dove ci sono piattaforme per l’estrazione di idrocarburi offshore dalla Norvegia al golfo del Messico. 
Recentemente è stata studiata un’area del mare di Barents dove sono state documentate delle ingenti emissioni di metano [5], e dove crateri di diametro compreso fra 300 e 1000 metri, dal pendio ripido e alti una trentina di metri si alternano a tumuli larghi oltre 1 km e alti 20 metri. Sia i crateri che i tumuli hanno una forma semicircolare o ellittica, immagino perché il metano fuoriesca da una frattura lineare e non da una sorgente a pozzo puntiforme. 
I profili sismici dimostrano che i tumuli si sono formati grazie all’accumulo di idrati sotto il fondo marino. Nel corso delle ricerche sono stati osservati diversi brillamenti. 

Il meccanismo di formazione e distruzione dei gas - idrati
FORMAZIONE E DISTRUZIONE DEI GIACIMENTI DI IDRATI. Un modello per la formazione e la distruzione ciclica dei gas idrati in relazione ai cicli glaciali è stato presentato il mese scorso nel lavoro appena citato:
  • durante una fase glaciale principale in cui si forma sopra il mare di Barents una calotta, come nell’ultimo massimo glaciale o come nel Riss, conclusosi circa 130.000 anni fa il mare di Barents era occupato dalla calotta glaciale. La pressione esercitata dalla calotta bloccava la risalita dai giacimenti sottostanti del metano
  • quando la calotta si ritira il metano da queste riserve di idrati si concentra nei tumuli
  • se in qualche modo il metano fuoriesce improvvisamente il tumulo si distrugge formando un cratere


Insomma, l’avanzamento e l’arretramento dei ghiacci e le variazioni della temperatura associate costituiscono una valvola che blocca negli idrati il metano durante le fasi glaciali e lo libera negli interglaciali.

Questo processo che ha influenzato e sta influenzando un’area di ben 33 milioni di km2 nelle zone artiche è interessante anche perché influisce pesantemente sulla quantità di emissioni di carbonio in atmosfera, in particolare le aumenta improvvisamente alla deglaciazione: ad esempio la rapida transizione del fondo marino da un ambiente sub-glaciale a un ambiente marino ha portato dopo il massimo glaciale la profondità della zona di stabilità degli idrati di metano da ~440 to ~200 m (Fig. 3A, orange line).  
Quindi la depressurizzazione porta di suo un aumento delle emissioni di metano delle zone artiche precedentemente occupate da calotte glaciali, ma anche le temperature sono una parte importante di questa valvola.

Una conferma di questo è venuta anch’essa da pochi giorni: nella parte settentrionale del Mare del Nord, nell’area dove si trova uno dei più importanti giacimenti di metano noto come Troll gas field. Il campo è posto nel canale di Norvegia, una lascia lunga e stretta molto più profonda di quanto la circonda e il fondo è costellato di “pustole”. La cosa interessante è che si sono formate tutte in un intervallo di tempo estremamente ristretto: non solo i dati stratigrafici e sismici non ne evidenziano la presenza di pustole da dissociazione di idrati prima dello scioglimento della calotta glaciale scandinava, ma, soprattutto, appartengono tutte allo stesso livello stratigrafico, escludendo la possibilità di emissioni in epoche precedenti allo Younger Dryas (l’intervallo freddo che ha preceduto il definitivo dissolvimento della calotta scandinava). Datazioni con il metodo U–Th dei carbonati associati hanno fornito una età di 9.590 ± 138 anni dal presente. Quindi la dissociazione degli idrati di metano di quella sezione del mare di Norvegia è avvenuta non casualmente durante una fase di rapido riscaldamento dell’area alla fine dell'esistenza della calotta glaciale [6].

La presenza di questa “valvola” che alternativamente blocca e libera le emissioni di metano spiega a livello locale perché le pustole del Troll Gas Field si sono formate subito dopo la deglaciazione e a livello globale il basso valore del CH4 atmosferico durante le fasi glaciali, ponendo dei grossi interrogativi sul futuro a causa del riscaldamento globale.
A proposito del futuro, come è noto la Geologia consente di capirne qualcosa guardando al passato.

Il meccanismo alla base delle emissioni di metano
per la dissociazione degli idrati alla fine del Permiano, da [8]
UNO SGUARDO AL PASSATO. Voglio quindi soffermarmi a due momenti cruciali e cioè all’estinzione di fine Permiano (la “madre di tutte le estinzioni”) e al Massimo termico al passaggio fra Paleocene ed Eocene (d’ora in poi PETM), che magari non sarà un’estinzione di massa ma lo è stata per i foraminiferi bentonici (curiosamente scampati all’evento della fine del Cretaceo) e che è stato un limite importanti per i mammiferi, visto che proprio in quel momento compaiono improvvisamente gli ordini “moderni” di placentati.
In entrambi i casi la fase massima del disturbo climatico, atmosferico e biotico coincide con forti emissioni di CO2 causate dalle eruzioni dei Trappi della Siberia nel primo caso e da quelle della Provincia Magmatica dell’Atlantico settentrionale nel secondo. Una caratteristica comune di tutti questi momenti è una forte escursione negativa dei rapporti isotopici degli atomi di Carbonio 12 e 13, il ∂13C. Parlo specificamente di questi due eventi perché si tratta di crisi climatico – biotiche avvenute a causa di Large Igneous Provinces messe i posto alle alte latitudini settentrionali. 

Alla fine del Permiano ci sono forti evidenze di un rilascio catastrofico di metano, testimoniate in particolare dai rapporti fra gli isotopi del carbonio nella materia organica [7]. 
Uno studio sulle inclusioni gassose contenute in alcuni fossili della fine del Permiano molta l’aumento del contenuto di CO2 e metano che ha accompagnato l’evento biotico, la cui durata è brevissima geologicamente parlando, fra 2.000 e 19.000 anni. Il riscaldamento nelle alte latitudini è stato di 8–11 °C: i dati dimostrano che l’effetto – serra dovuto al CO2 atmosferico ha causato un successivo aumento di CH4, avendo appunto innescato lo scioglimento dei gas idrati [8].

Il PETM, soprattutto perché è molto recente è avvenuto con una configurazione dei continenti abbastanza simile a quella attuale (molto di più che in passato, anche se, per esempio, l’Atlantico settentrionale ha iniziato ad aprirsi proprio dopo dopo la messa in posto della provincia magmatica dell’Atlantico Settentrionale  e la collisone India – Eurasia era ancora all’inizio) è un esempio molto significativo per cosa possa succedere a causa dell’odierno riscaldamento globale [9].

Anche il PETM è caratterizzato da una escursione negativa del  ∂13C e da un forte ricaldamento, più sensibile alle alte latitudini. Su questo evento ho scritto un post abbastanza dettagliato.  
Anche in questo caso il periodo più critico è stato molto breve. In questo caso probabilmente gli idrati hanno giocato un ruolo meno determinante [10], e molto probabilmente buona parte delle emissioni di carbonio alle alte altitudini sono dovute alla combustione di giacimenti di idrocarburi  attraversati dai magmi delle prime fasi di queste violente eruzioni  [11]

È evidente in tutti gli eventi di estinzione di massa il ruolo giocato dal riscaldamento globale innescato dai gas – serra e lo è anche, ovviamente, per la crisi della fine del Permiano che per il PETM. È chiaro che i modelli climatici dovranno tenere conto delle conseguenze globali del possibile improvviso rilascio del metano intrappolato nei gas idrati delle alte latitudini. 

[1] Hong et al. (2010) Seepage from an arctic shallow marine gas hydrate reservoir is insensitive to momentary ocean warming Nature Communications DOI:10.1038/ncomms15745
[2] Shakova et al (2010) Extensive Methane Venting to the Atmosphere from Sediments of the East Siberian Arctic Shelf Science 327, 1246–1250
[3] Chen et al (2014) Active mud volcanoes in the gas hydrate potential area of the upper Kaoping Slope, off southwest Taiwan. Oceans,  DOI: 10.1109/OCEANS-TAIPEI.2014.6964312
[4] Paull, et al. (2015), Active mud volcanoes on the continental slope of the Canadian Beaufort Sea, Geochem. Geophys. Geosyst., 16, 3160–3181
[5] Andreassen et al (2017) Massive blow-out craters formed by hydrate-controlled methane expulsion from the Arctic seafloor Science 356, 948–953  
[6] Mazzini et al (2017) A climatic trigger for the giant Troll pockmark field in the northern North Sea Earth and Planetary Science Letters 464,24–34 
[7] Retallack & Krull (2006) Carbon isotopic evidence for terminal-Permian methane outbursts and their role in extinctions of animals, plants, coral reefs, and peat swamps,  Geological Society of America Special Paper 399,  249–268, 
[8] Brand et al (2016) Methane Hydrate: Killer cause of Earth’s greatest mass extinction Palaeoworld 25,  496–507 
[9] Zeebe, R. E., Zachos, J. C. & Dickens, G. R. (2009) Carbon dioxide forcing alone insufficient to explain Palaeocene–Eocene thermal maximum warming. Nat. Geosci. 2, 576–580. (doi:10.1038/ ngeo578) 
[10] Dunkley Jones et al (2010) A Palaeogene perspective on climate sensitivity and methane hydrate instability Phil. Trans. R. Soc. A 368, 2395-2415 
[11] Aarnes et al (2016) Contact metamorphism and thermogenic gas generation in the Vøring and Møre basins, offshore Norway, during the Paleocene–Eocene thermal maximum Journal of the Geological Society 172, 588–598

lunedì 3 luglio 2017

La lettera della SIGEA sulla gestione delle acque dolci in Italia al Presidente del Consiglio


La siccità dell'estate 2017 è sotto gli occhi di tutti. Trasformando un problema in una opportunità e ricordando che in tutti i modelli sulla evoluzione dei cambiamenti climatici il global warming risulterà in un aumento delle fasi di siccità nell'area mediterranea, questa grave situazione potrebbe essere la scusa per porre finalmente al centro del dibattito politico il problema delle acque dolci in Italia, in tutti i suoi ambiti, dallo stoccaggio all'utilizzo. Una lettera della SIGEA (Società Italiana di Geologia Ambientale) alle massime Autorità dello Stato chiede giusto questo. La riporto integralmente dopo una ampia introduzione sulla questione, ricordando come sia irrealistico in un Paese come il nostro che problemi come questo si possano affrontare in "tempi di pace", per cui la comunità scientifica e tecnica che gravita intorno alle acque deve approfittare per parlarne oggi, quando su questo fronte siamo in "tempo di guerra".

I laghetti dei Renai, a Signa: nell'estate del 1985 a causa
della siccità la Protezione Civile realizzò un acquedotto
 provvisorio per fornire acqua alla città di Firenze
Il 1985 per Firenze fu veramente un anno di eccessi climatici: le gelate del gennaio ghiacciarono l’Arno costringendo le autorità ad avvisare gli abitanti di non avventurarsi sul fiume perché la lastra superficiale non avrebbe retto il peso delle persone. A questo gennaio freddissimo successe una primavera siccitosa tale da rendere troppo basso in estate il livello minimo dell’Arno, a cui attinge dal XIX secolo l’acquedotto della città. Di conseguenza in tutta fretta fu costruito sotto l'egida della Protezione Civile un acquedotto per portare 500 litri d'acqua al secondo dai laghetti dei Renai, che si trovano a Signa, il cosiddetto "tubone": nonostante il tempo che ci volle per pensarlo, progettarlo e realizzarlo il tubone permise d’incrementare la produzione dell’acquedotto nelle due settimane che precedettero l’arrivo delle piogge autunnali, grazie alle quali l’Arno recuperò la portata necessaria per il rifornimento idrico della città. Oggi con la realizzazione dell’invaso di Bilancino i rischi che i rubinetti dell’area fiorentina rimangano a secco è decisamente più improbabile. Quindi se il tubone è stato un intervento – spot, la realizzazione dell'invaso di Bilancino costituisce un intervento strutturale importante per il ciclo dell’acqua, ma 30 anni dopo è evidente che in tutta Italia occorra una serie di interventi per evitare che una stagione primaverile con poche piogge dopo un autunno già deficitario abbia le conseguenze che tutti vediamo giusto in questa estate 2017, con fiumi ed invasi ai minimi storici. È chiaro che oltre ad interventi strutturali occorra anche un ripensamento degli usi dell’acqua in modo da consumarne di meno.

La siccità di questo periodo è un problema di cui si occupano in modo massiccio anche tutti i media. Purtroppo il rapporto fra media (sopratutto televisivi) e Scienza è sempre difficile e come succede spesso anche a proposito della siccità non ci siamo: giusto ieri il TG1 ha intervistato un rabdomante spacciando questa categoria come la soluzione alla siccità che sta colpendo l'Italia. Dopotutto siamo nel paese dove è ancora vivo, purtroppo, lo spirito del crocianismo per il quale Filosofi e Storici sono grandi menti mentre gli scienziati sono menti minute: di conseguenza astrosismologi, cultori di scienze alternative, complottisti di ogni tipo, attricette e comitati di mammine hanno lo stesso diritto di parola e sono posti allo stesso livello di chi fa ricerca su un argomento ai massimi livelli da decenni.
In più il messaggio lanciato dal TG1 è completamente folle, perché fa trasparite il concetto che in Italia l’acqua ci sia e che basti cercarla, non che ci siano problemi di ricarica delle falde né sistemi più efficienti per il suo uso, e non che la siccità sia il risultato complessivo dell’avarizia in fatto di precipitazioni utili degli ultimi mesi e di uno scadente sistema complessivo delle acque dolci.
Certo, sarebbe più difficile per un giornalista dotato di una preparazione scientifica inconsistente parlare della necessità di una diversa strategia per un più intelligente organizzazione del ciclo delle acque, sia dal versante delle infrastrutture per stoccarla e trasportarla, sia da quello del suo uso, ma è quello che - realmente - si deve fare.

LE PIOGGE IN ITALIA E NELL'EUROPA SETTENTRIONALE. L’Italia è considerata una nazione ben meno umida rispetto all'Europa settentrionale (e lo è), ma c'è un aspetto della questione piuttosto sconosciuto: il nostro problema non è la quantità di pioggia che cade, bensì la sua distribuzione nel tempo. Grossolanamente possiamo dire che la pioggerella continua (e noiosa!) riempie le falde, mentre le piogge intense se ne vanno via senza lasciare quasi nulla sotto la superficie: oltre un certo livello di precipitazione (che varia da caso a caso) il terreno non è in grado di assorbire la pioggia e quindi l’acqua che piove non solo non serve ad aumentare le risorse idriche, ma può provocare grossi guai.
Cosa ampiamente risaputa dai tempi più lontani, come fa notare anche Dante:

Bonconte da Montefeltro
Indi la valle, come ’l dì fu spento,
da Pratomagno al gran giogo coperse
di nebbia; e ’l ciel di sopra fece intento,
sì che ’l pregno aere in acqua si converse;
la pioggia cadde, e a’ fossati venne
di lei ciò che la terra non sofferse; 
e come ai rivi grandi si convenne,
ver’ lo fiume real tanto veloce
si ruinò, che nulla la ritenne

Purgatorio V, 115-123

Le piogge in Europa: come si vede in Italia
 il quantitativo"grezzo" di pioggia è paragonabile
a quello di regioni notoriamente umide
I mari caldi che circondano la nostra penisola provocano precipitazioni intense. Potrà sembrare strano, ma da noi nel corso dell'anno piove più o meno quanto piove in Inghilterra, solo che lassù le piogge sono ben distribuite tutto l’anno, mentre le nostre sono generalmente concentrate in autunno (quando dovrebbe piovere più della metà della precipitazione annuale) e in primavera (quando dovrebbe piovere quasi tutto il resto); non è la stessa cosa se cadono 800 mm di pioggia all’anno al ritmo di circa 70 al mese distribuiti in parecchi giorni come nell’Europa Settentrionale o se la maggior parte cade in pochi eventi. Un aspetto molto differente è che da noi le temperature più alte aumentano l'evaporazione.
Un ulteriore problema è che nell'area mediterranea la stagione più calda, nella quale i consumi di acqua a scopo irriguo sono maggiori (e anche quelli a scopo idropotabile) coincide in genere con quella più secca.
Pertanto in Italia le dighe costruite a scopo di produzione di energia elettrica svolgono un ruolo importante anche nella regimazione della portata dei fiumi: nella stagione secca fungono da serbatoi per aumentare la portata delle aste fluviali a valle e manovre di svuotamento in previsione di forti precipitazioni hanno lo scopo preventivo di poter stoccare una quantità di acqua che altrimenti rischierebbe di provocare inondazioni.
Inoltre ci sono anche diversi invasi costruiti esclusivamente per la regimazione delle magre, come appunto in Toscana Bilancino.

Il regime estivo dei fiumi appenninici differisce da quello dei fiumi alpini, in quanto i secondi possono contare nella stagione calda del contributo dello scioglimento di nevi e ghiacci, che manca nei primi. Purtroppo la diminuzione della copertura nevosa dovuta al riscaldamento globale diminuirà tragicamente l’apporto di questa componente nel regime estivo.

Sempre nel quadri dei cambiamenti climatici è purtroppo previsto un aumento dei fenomeni estremi e quindi magari non diminuirà la quantità annua di pioggia, ma questa sarà sempre più concentrata in meno eventi forti e quindi la quantità a disposizione per il rifornimento delle falde acquifere diminuirà ulteriormente.
Una attenta politica di salvaguardia delle falde acquifere e di, conseguenza, dell’uso delle acque che è assolutamente necessaria nell’Italia di oggi lo sarà ulteriormente nell’Italia di domani.

LA LETTERA DELLA SIGEA. La SIGEA (Società Italiana di Geologia Ambientale) ha scritto una lettera alla Presidenza del Consiglio e della Repubblica e ai Presidenti di Camera e Senato perché occorre ripensare tutto il circuito delle acque a scopo idropotabile, irriguo e industriale che sarebbe una bella risposta a quella idiotissimo servizio del TG1, lettera che riporto integralmente:

Oggetto: Crisi idrica 2017, azioni comuni per contenere future sofferenze agli italiani.

Gentilissime Autorità,

la scrivente Associazione culturale Sigea (Società Italiana di Geologia Ambientale), riconosciuta dal Ministero dell’Ambiente con D.M. 24 maggio 2005 come associazione di protezione ambientale, desidera porre l’attenzione su un argomento che in questa estate 2017 sta interessando diverse regioni italiane e milioni d’italiani: la crisi idrica. 


Le nostre riflessioni nascono dalla consapevolezza, che vorremo condividere con voi, che le crisi ambientali, sociali ed economiche in tema di risorsa idrica non si possono affrontare stagione per stagione. Questo tipo di crisi richiedono un’attenta programmazione e pianificazione degli interventi e dei comportamenti tali da chiedere sacrifici agli italiani, ma senza ledere il diritto all’acqua che garantisce dignità e sopravvivenza. 


Sul tema importante, delicato e difficile come quello della corretta gestione delle acque, compreso il risparmio idrico, crediamo che si debba attivare un impegno politico del Governo e del Parlamento tutto che vada oltre il mandato elettorale. Per il benessere del Paese è necessario affrontare l’argomento prima degli eventi di crisi, altrimenti avremo pochissimo tempo per contenere i danni delle prossime siccità.


Quelli che sottoponiamo alla vostra attenzione vogliono essere solo spunti di riflessione sul completamento e potenziamento di attività avviate nel nostro Paese per fronteggiare e contenere gli effetti sulla popolazione e sull’economia delle future crisi idriche. 
Le azioni da compiere devono essere prima analizzate nei contesti territoriali, pianificate e progettate, queste non possono essere uniche su tutto il territorio nazionale ma devono differenziarsi tenendo conto delle caratteristiche territoriali, sociali ed economici.

Riteniamo prioritario che il nostro Paese nel prossimo futuro debba agire nelle azione di mitigazione e adattamento ai cambiamenti climatici previsti anche dalla Strategia Nazionale di Adattamento al Clima (SNAC) quali:

  • recupero acque reflue depurate per uso irriguo e industriale;
  • compatibilità degli impianti agricoli e zootecnici con le disponibilità idriche;
  • 
uso in agricoltura di sistemi d’irrigazione innovativi volti al risparmio idrico;
  • 
ricerca applicata alla desalinizzazione delle acque, meglio salmastra che salate;

  • studio delle sorgenti costiere al fine della loro captazione prima che le acque finiscano in mare;
  • 
programma di ampliamento, riparazione e sostituzione delle reti acquedottistiche a supporto degli usi umani e produttivi;
  • 
ricarica degli acquiferi sotterranei;

  • realizzazione di invasi di piccole dimensioni (laghetti collinari) a scopi irrigui;
  • 
realizzazione di invasi a scopi misti;

  • attuazione della norma sulle reti duali;
  • 
mappature e controllo delle utenze che usano le acque sotterranee al fine di una programmazione idrogeologica del prelievo;
  • 
mappature e controllo delle sorgenti al fine di una programmazione idrogeologica del loro utilizzo; 
  • campagne di sensibilizzazione all’uso razionale della risorsa

Stimate Autorità, necessita agire per tempo e con determinazione perché le crisi idriche che viviamo e vivremo negli anni a venire non possono essere affrontate chiedendo solo ai cittadini di chiudere il rubinetto quando si lavano o denti o prevedendo la realizzazione di nuove dighe.
Buona gestione del benessere del Popolo italiano

Non posso che essere d’accordo su questa lettera, aggiungendo solo che una implementazione del sistema di invasi oltre a diminuire i rischi in caso di siccità, può essere importante anche a laminare e regimare le piene.

sabato 24 giugno 2017

La formazione della prima crosta continentale 4 miliardi di anni fa



Più si va verso l'inizio della storia della Terra, meno dati abbiamo a disposizione: i fenomeni geologici hanno rielaborato le rocce più antiche e abbiamo davvero pochissime tracce di quanto è successo prima di 3 miliardi di anni fa. Se poi andiamo ancora oltre, i dati su qualcosa di anteriore a 4 miliardi di anni fa sono davvero pochissimi. Quindi capire come era la Terra prima della instaurazione della Tettonica delle Placche e su come e quando sono apparse le prime aree a crosta continentale silicea è veramente difficile. Però si può dire qualcosa sulle serie TTG (Tonalite - Trondhjemite - Granodiorite) che hanno costituito, tra 4 e 2.5 miliardi di anni fa, le principali aree a crosta continentale silicea.

LA PRIMA CROSTA CONTINENTALE A COMPOSIZIONE BASALTICA. I geologi dell’anno 4.700.000.000 dalla formazione della Terra conoscono benissimo la differenza fra crosta continentale, crosta oceanica, mantello, litosfera e astenosfera. Come conoscono la sterminata varietà delle rocce e dei minerali che possiamo trovare sulla superficie terreste, formatisi in svariati ambienti.
Ma, ovviamente, quando la Terra è nata, la situazione era un po' diversa. Dell’Adeano, il primo eone della storia della Terra, conclusosi circa 4 miliardi di anni fa, ci sono ben poche testimonianze. Quelle più antiche sono gli zirconi di 4.4 miliardi di anni fa trovati nelle australiane Jack Hills [1]: lo zircone è un minerale “duro a morire” e di fatto di zirconi del Precambriano ce ne sono tantissimi anche in rocce recenti (e sono utilissimi per tanti aspetti della Geologia). 
Comunque stando ai modelli più realistici la Terra dell’Adeano era una palla coperta interamente da un oceano sotto il quale c'era una primitiva crosta oceanica a composizione basaltica anche se un pò diversa dai basalti di oggi. 
Parlare di "crosta continentale" per quei tempi significa però tutta un'altra cosa, in quanto non c'era una crosta continentale simile a quella attuale. Per "crosta continentale" dell'epoca si può intendere, grossolanamente, un qualche cosa possibilmente al di sopra del livello del mare che, esposto all'alterazione e all'erosione, si qualificava per essere l'area di provenienza di sedimenti di origine continentale (fondamentalmente arenarie e argilliti). 

IL PASSAGGIO DA UNA CROSTA CONTINENTALE BASALTICA A UNA CROSTA DI COMPOSIZIONE FELSICA, A MAGGIOR TENORE DI SILICIO. Distinguendo fra minerali felsici (ad alto tenore di silicio) e mafici (ad alto tenore di Ferro e Magnesio) due lavori sono arrivati a concludere che fino a 4 miliardi di anni fa la (poca) crosta continentale era tutta basaltica e che solo da quel momento è iniziata la produzione in grande stile di magmi felsici della suite delle TTG (Tonaliti – Trondhjemiti – Granodioriti), partendo da due approcci diversi: 
  • un primo gruppo ha studiato la distribuzione e la composizione dei minerali femici [2] 
  • un secondo gruppo ha studiato la distribuzione e la composizione dei minerali felsici [3] 


La modifica nella composizione della crosta continentale
tra l'inizio e le fine dell'Archeano, da [2]
L’aspetto interessante è che entrambi i gruppi sono pervenuti alle stesse conclusioni e cioè che la prima crosta continentale felsica ha iniziato a formarsi all’inizio dell’Archeano, 4 miliardi di anni fa e che nell’eone precedente, l'Adeano c’era, appunto, quasi esclusivamente una crosta basaltica. Inoltre, durante tutto l’Archeano, cioè fra 4 e 2.5 miliardi di anni fa la quantità di crosta continentale felsica è aumentata sensibilmente da zero ad un valore sempre di parecchio inferiore all’attuale ma abbastanza rilevante rispetto a prima.
Nell’immagine tratta da [2], che è rovescia rispetto alla logica comune, in quanto la situazione più antica è a destra, si vedono le differenti percentuali di quanto in qualche modo sporgeva dalla crosta oceanica all’inizio e alla fine dell’Archeano. Nella legenda al posto di “Komaitiiti” come nell’originale ho preferito scrivere “Greenstone Belt”, perché le Komaitiiti fanno parte di queste. Le Greenstone belts rappresentano un assemblaggio tipico dell’Archeano e del paleoproterozoico: si tratta di ampie zone che nei cratoni dell'epoca si trovano interposte alle zone con TTG. Sono lunghe da poche decine a centinaia di km, e presentano serie vulcaniche mafiche e ultramafiche con associata copertura sedimentaria, metamorfosate in modo variabile. È facile vedere come durante l'Archeano nelle zone più elevate rispetto alla crosta oceanica (e quindi a crosta continentale in senso lato) siamo passati da una ampia maggioranza di rocce basaltiche a una crosta composta essenzialmente da rocce granitiche, formate da serie di tipo TTG.

Insomma, le serie TTG sono il primo esempio di vera crosta continentale nel senso "moderno" della storia della Terra: in pratica sono dei complessi granitici e granodioritici che però si distinguono per una composizione un po' diversa da quella dei complessi granitici successivi.

COME SI PRODUCE LA CROSTA CONTINENTALE FELSICA? Fondamentalmente, la crosta continentale felsica si forma partendo dai magmi che risalgono dal mantello. Siccome il mantello produce magmi femici, è ovvio che al momento della loro solidificazione nella crosta il liquido si è pesantemente modificato rispetto al magma originario, durante una evoluzione che si definisce come differenziazione magmatica e cristallizzazione frazionata: un magma è composto da una fase liquida (la lava propriamente detta), una fase solida (i cristalli che vi nuotano dentro) e una fase gassosa (i gas disciolti: acqua, CO2, NO2, SO2 , P2O 5 etc etc). Durante la risalita dal profondo l’assemblaggio si modifica per una serie di fenomeni: la temperatura e la pressione diminuiscono, mentre le tre fasi interagiscono continuamente fra loro e, spesso, pure con le pareti del condotto, assimilandone delle parti: così si modificano le composizioni di gas, cristalli e liquido e può variare anche il chimismo generale del sistema. Alle volte succede che al cambio di una o più di queste condizioni alcuni cristalli formatisi in precedenza possono dissolversi o essere in parte attaccati dalla nuova composizione del liquido. 

Crosta che si forma                      crosta che si forma

da un mantle plume    in un sistema di convergenza di placche
Ci sono diversi modi per creare nuova crosta che corrispondono a due modi diversi di risalita di magmi mantellici:
  • il primo è il classico Mantle Plume: alla base del mantello ci sono delle zone più calde con un certo grado di fusione parziale e dalle quali il materiale profondo risale. Alle volte ancora in epoca geologicamente recente sulla superficie arrivano dei veri e propri “goccioloni” di magma, che formano le Large Igneous Province, un insieme di lave essenzialmente basaltiche che si mette in posto sulla superficie terrestre (i “flood basalts", letteralmente alluvioni di basalto) come i trappi della Siberia o del Deccan, o sul fondo dell’oceano (i plateau oceanici in stile Kerguelen). In genere la risalita di questi magmi e la loro messa in posto superficiale sono molto veloci, per cui assomigliano abbastanza al fuso originale. 
  • il secondo è l’ambiente di collisione fra zolle, dove una zolla in subduzione a causa dell’aumento di pressione a cui è sottoposta perde i fluidi che percolano nel mantello sovrastante e ne provocano la fusione parziale. Si forma così il magmatismo di arco, come quello che adesso abbiamo in Giappone, Indonesia e Ande (ma non solo… anche nelle Eolie…). Sotto agli archi vulcanici si formano grandi corpi granitici come i grandi batoliti delle Ande o del Tibet e in genere il granito viene associato a un ambiente di collisione 


Annoto per dovere di cronaca che quando si pensa ai graniti si pensa intuitivamente a un ambiente di scontro di zolle. Ma ci sono anche i cosiddetti graniti tardo o post orogenici: magmi granitici che sono il risultato della differenziazione di liquidi formatisi nel mantello più superficiale per una semplice decompressione dovuta all’allontanamento fra due settori di crosta sovrastanti: ad esempio il grande batolite della Sardegna e della Corsica (con le appendici calabresi) e i massicci cristallini esterni delle Alpi si sono formati quando i fenomeni compressivi dell’orogenesi ercinica (o varisica come si dice oggi) si erano praticamente conclusi, in un ambiente di scorrimento laterale (tipo la faglia di San Andreas) con una leggera componente estensionale [5]. Di tratta fondamentalmente di un terzo modo di formazione di crosta continentale, che però, nonostante il fatto che sia estremamente interessante dal punto di vista geologico, dal punto di vista quantitativo fornisce un contributo quasi nullo.

COME SI SONO FORMATE LE SERIE TONALITE - TRONDHJEMITI - GRANODIORITI? Una differenza essenziale fra i due modi diversi di formazione della crosta continentale è che al primo non serve la tettonica a placche, mentre per il secondo senza tettonica a placche non se ne parla nemmeno. Appare abbastanza ragionevole un modello secondo il quale per i primi 700 / 900 milioni di anni di storia abbiamo avuto essenzialmente un mantello stagnante in progressivo raffreddamento, con qualche zona in cui materiali risalivano verso la superficie o scendevano verso il basso e che i primi segni di una vera tettonica a placche siano comparsi solo 3.8 miliardi di anni fa.
Quindi, visto il ritardo della instaurazione della tettonica a placche, è ragionevole pensare che la prima crosta continentale si sia formata per risalita di materiali dal mantello provenienti da un plume. Il problema è che di questa crosta non c’è più traccia diretta, un po' per l’erosione, un po' perché è stata successivamente coinvolta in processi deformativi.
Allora bisogna vedere se c'è un analogo attuale. Oggi la crosta continentale si forma essenzialmente nelle aree di scontro fra zolle e quindi non può essere presa a modello per la formazione delle TTG. I grandi plateau oceanici e i flood basalts possono condividere probabilmente con le serie TTG l’origine profonda dei magmi, ma la crosta sotto i plateau oceanici non ha uno spessore tale da definirsi “crosta continentale” di suo e i flood basalts si sono fatti spazio nella crosta continentale preesistente. Quindi non ci servono.
Un caso apparentemente simile sulla Terra attuale c’è, ed è l’Islanda.

Il sistema di alimentazione dei magmi dal profondo
in Islanda, da [4]
L'ISLANDA: FORMAZIONE ATTUALE DI CROSTA CONTINENTALE DA UN PLUME DEL MANTELLO. L’Islanda è più o meno sopra il punto in cui a causa di una ingente risalita di magmi dal mantello si è messa in posto la NAIP, Northern Atlantic Igneous Province, 55 milioni di anni fa (quella le cui emissioni sono responsabili del massimo termico al passaggio Paleocene – Eocene, ma non ditelo a Trump e a Pruitt…). La NAIP precede l’inizio dell’apertura dell’Atlantico settentrionale. 
L’isola è sulla dorsale medioatlantica e a causa dell’espansione dei fondi oceanici in direzione perpendicolare alla dorsale non possiede rocce più vecchie di 20 milioni di anni; i volumi di magma che risalgono sono molto ingenti a causa della concomitanza fra il plume del mantello e la dorsale; per questo si è formata una crosta il cui spessore varia tra 15 e 40 km. 
La tomografia sismica ha rilevato la presenza di un esteso sistema di alimentazione dei magmi tra il mantello e la superficie, quasi un cilindro verticale posto sotto i due sistemi vulcanici attualmente più attivi, l’Hekla e il Bárdarbunga-Grı́msvötn (non è un caso se i 16 km cubi della più imponente eruzione in età storica a livello mondiale, quella del Laki nel 1783, sia avvenuta proprio lì sopra). La crosta, oltre che nelle lave che emergono in superficie, si forma in profondità nelle camere magmatiche che si trovano tra 5 e 10 km [4]. Lo spessore crustale, la permanenza a debole profondità e il contatto con rocce alterate preesistenti influenzano la composizione del magma che poi, in parte, risale per eruttare sulla superficie. 
L’Islanda è stata considerata un possibile analogo del modo con cui si è messa in posto la prima crosta continentale. Il problema è che i conti non tornano dal punto di vista geochimico.
Il primo aspetto è che all’epoca il rapporto Ferro / Magnesio era diverso da quello attuale: c’era molto più magnesio di oggi, in quanto le temperature del mantello erano decisamente superiori a quelle attuali: i magmi basaltici dell’epoca possono addirittura sorpassare un tenore del 20% di MgO, contro il 5 – 12 % di quelli attuali
Il secondo è che la composizione chimica della suite di crosta continentale dell’epoca, le TTG (tonalite – trondhjemite – granodiorite), che iniziano a comparire giusto 4 miliardi di anni fa, differisce dalle vulcaniti islandesi in diversi “particolari essenziali” (fra i quali le percentuali di silice, allumina e l’abbondanza delle terre rare) e la cui formazione finisce circa 2 miliardi di anni fa, all’epoca della formazione del supercontinente Nuna (o Columbia). 
Uno gneiss in cui durante il metamorfismo i minerali
si sono spostati ciascuno verso i suoi simili,
formando bande di alternata composizione
Le TTG sono le più antiche fra le rocce ad alto tenore di silice. Si tratta di rocce magmatiche intrusive abbastanza ricche in silice di cui alcune sono rimaste abbastanza indisturbate, mentre altre sono state successivamente metamorfosate. Insomma, sono l’equivalente dei graniti e delle granodioriti dei tempi successivi. 

La domanda fondamentale sull’origine delle serie TTG è se rappresentano un prodotto della convergenza fra zolle o di una risalita sopra un mantle plume, e capite che si tratta di due possibili meccanismi completamente diversi! 
Purtroppo l’ambiente di solidificazione finale delle TTG ne rende spesso difficile lo studio: le possibilità che venga coinvolto successivamente in deformazioni o metamorfismi sono elevate per rocce come queste, formatesi nella crosta primordiale ad una certa profondità. Ne segue che le deformazioni e il metamorfismo successive alla loro formazione non solo ne hanno drasticamente mutato la mineralogia, ma come spesso succede in fasi di metamorfismo molto spinto composti simili si sono aggregati fra loro costituendo livelli omogenei alternati, come nella foto qui accanto: fare analisi generali della massa rocciosa diventa quindi estremamente difficile a causa della disomogeneità dei livelli.

Il confronto in [6] fra la geochimica delle Islanditi,
dello gneiss di Idiwhaa e delle classiche TTG
LA SOMIGLIANZA FRA UNA PARTICOLARE TTG E ALCUNE ROCCE ISLANDESI RISOLVE IL PROBLEMA. Nel 2014 un lavoro ha finalmente gettato luce su questo aspetto perché nel nordovest canadese, gli Gneiss di Acasta, una delle rocce più vecchie che esistono sulla Terra, presentano al loro interno uno gneiss tonalitico in cui sono contenuti zirconi vecchi di oltre 4 miliardi di anni e che, nonostante il successivo metamorfismo, si presenta sostanzialmente omogeneo, lo Gneiss Tonalitico Idiwhaa ("tempi antichi" nel linguaggio aborigeno locale) [6] 

L’Idiwhaa è rimasto quasi miracolosamente lontano da disturbi tettonici, ed è differente dalle “normali” TTG:  i suoi minerali e le caratteristiche geochimiche ci dicono che è stato prodotto a bassa profondità. Ma la cosa più sorprendente è che le sue caratteristiche combaciano con quelle delle Islanditi, un tipo di roccia contenente più silice rispetto ai tipici basalti islandesi e che si è formata a bassa profondità per una cristallizzazione frazionata molto spinta di un magma basaltico, l’ibridizzazone con un fuso a maggior tenore di silice) e anche delle reazioni con una crosta superiore alterata da attività idrotermale, fatti questi ben dimostrati dal rapporto degli isotopi dell’ossigeno contenuti negli zirconi

Come si è formato il magma dello Gneiss di Idiwaa, da [6]
Nella figura qui accanto vediamo un diagramma schematico che illustra come si è formato lo gneiss tonalitico di Idiwhaa, da  [6]: 
1. fusi a composizione basaltica subiscono un frazionamento a bassa profondità nella crosta, per produrre magmi a composizione un po' più silicea arricchiti in Fe
2. si formano zirconi con un rapporto isotopico dell’ossigeno (δ18O) tipico del mantello
3. nella camera magmatica e durante la ulteriore risalita il magma assimila rocce precedentemente alterate da fenomeni idrotermali in zone in ci era circolata acqua proveniente dalla superficie
4. questa assimilazione diminuisce il δ18O del magma, producendo degli zirconi con un δ18O inferiore a quello del mantello

Lo gneiss di Idiwhaa si è quindi formato in una situazione sostanzialmente simile a quella dell’Islanda attuale, dando la prima evidenza geologica di quello che in molti avevano pensato e cioè che tra 4 e 2.5 miliardi di anni fa la prima vera crosta continentale silicea si è formata per cause molto diverse da quelle grazie alle quali si è formata crosta continentale dal proterozoico medio in poi in zone di collisione fra zolle. Insomma, le differenze geochimiche e mineralogiche fra le suites TTG e le rocce felsiche successive dimostrano una netta diversità nei rispettivi processi di formazione.


[1] Harrison (2009) The Hadean crust: Evidence from >4 Ga zircons. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 37, 479–505 
[2] Tang et al (2016) Archean upper crust transition from mafic to felsic marks the onset of plate tectonics Science 351, 372 – 375
[3] Dhuime et al (2012) A Change in the Geodynamics of Continental Growth 3 Billion Years Ago Science 335, 1334 – 1336 [4] Allen et al (2002) Plume-driven plumbing and crustal formation in Iceland Journal Of Geophysical Research 107, B8, 2163, 10.1029/2001JB000584 
[5] Casini et al (2015) Evolution of the Corsica–Sardinia Batholith and late-orogenic shearing of the Variscides Tectonophysics 646, 65–78  
[6] Reyminck et al (2014)  Earth’s earliest evolved crust generated in an Iceland-like setting Nature Geoscience 7, 529 – 533 









martedì 20 giugno 2017

Le cause dello tsunami del 17 giugno lungo la coste occidentale groenlandese


Dopo una serie di incertezze, finalmente è chiaro cosa abbia provocato le onde anomale che hanno colpito alcuni villaggi di pescatori lungo la costa occidentale della Groenlandia: il motivo è stato una frana su un pendio a picco, sul mare a pochi km di distanza dal villaggio 

Domenica pomeriggio 18 giugno è arrivata la notizia che un villaggio in Groenlandia era stato colpito da una onda anomala che ha fatto 4 dispersi e distrutto almeno 11 case. Altri villaggi sono stati interessati più marginalmente dal fenomeno.
C’è stata un po' di confusione perché proprio la stessa domenica mattina un evento sismico di M 5.0 si è prodotto sulla Reykjianes Ridge, il segmento a sud dell’Islanda della dorsale medio – atlantica. E quindi avevo localizzato il problema sulla costa orientale, quella atlantica (non sono stato il solo a commettere questo errore, in diversi siamo stati traditi dalla presenza di questo terremoto..)
Quello però che destava qualche perplessità (qualche..) era la Magnitudo, manifestatamente troppo bassa per provocare uno tsunami di suo.
Era quindi stato ipotizzato che il terremoto avesse innescato una frana sul fondo marino della Reykjianes ridge: ci sono esempi anche molto recenti di tsunami associati ad eventi sismici non sono provocati direttamente dal movimento del fondo marino, ma da frane indotte dallo scuotimento, ad esempio in occasione del terremoto  M 7.2 del 2 settembre 1992 in Nicaragua e del terremoto M 7.0 del 17 luglio 1998 in Nuova Guinea, per non andare sul terremoto di Messina del 1908, di cui parlai a suo tempo qui
Il problema è che siamo sempre su magnitudo ben più importanti di questa ed era ancora più realistico pensare, quindi, che lo scuotimento provocato dal sisma avesse innescato il crollo sul limite di un ghiacciaio già pronto a generare iceberg di suo.

Poi è venuto fuori che il villaggio interessato dalle onde anomale era Nuugaatsiaq, nella baia di Baffin e quindi dalla parte opposta della Groenlandia. Pertanto il terremoto sulla Reykjanes non poteva avere niente a che fare con il fenomeno.

I dati dell’iris Earthquake Browser mostravano un evento sismico più o meno al centro della baia di Baffin, successivamente cnacellato. Purtroppo non ho conservato la schermata e quindi non ho testimonianza al riguardo (e non saprei se sia possibile recuperare la videata sulla cache del PC, io non lo so fare di sicuro). Negli appunti ho segnato una M di 4.6, il che, ovviamente, faceva lo stesso pensare ad un distacco di un iceberg che era già pronto a succedere, semplicemente innescato con leggero anticipo dalle onde sismiche di quell’evento.
Però anche in questo caso c’era qualcosa che non tornava: il distacco di un iceberg dovrebbe produrre un “terremoto glaciale”.

I TERREMOTI GLACIALI. Durante il distacco violento degli iceberg che mentre lo fanno si capovolgono, si producono delle onde sismiche con caratteristiche particolari, tali che è stata istituita una classe apposta di terremoti, i  “terremoti glaciali”: emissioni di onde sismiche a lungo periodo che risultano in eventi di M fino a 5 e che sono registrati da tutte le reti sismografiche mondiali. Un’altra caratteristica tipica di questi terremoti è la durata: l’emissione può persistere per parecchie decine di secondi (anche oltre il minuto), caso nettamente diverso da quello dei classici sismi tettonici di magnitudo paragonabile.

La Groenlandia non è molto abitata e le distanze sono enormi, per cui ci sono poche testimonianze dirette della formazione degli iceberg e della relativa generazione di terremoti. Un lavoro recente ha finalmente fatto luce sul fenomeno. I ricercatori hanno posto telecamere, sismografi e sensori  GPS sul fronte del ghiacciaio Hellheim, lungo la costa atlantica della Groenlandia meridionale [1].  È stata notata una precisa coincidenza fra terremoti glaciali e distacchi di iceberg, questi ultimi ampiamente documentati dai dati GPS. Le onde sismiche appaiono generate dal riassetto del ghiacciaio dopo la perdita dell’iceberg.
I rapidi cambiamenti nella dinamica dei ghiacciai groenlandesi sono associati all’aumento della produzione di iceberg e dei terremoti glaciali. Questi ultimi costituiscono le spie dell’avvenuto distacco degli iceberg e quindi non è un caso se negli ultimi 20 anni sono aumentati sette volte e la loro area di produzione si sta espandendo verso nord (un’altra ampia riprova del riscaldamento globale).
Un filmato mostra cosa può succedere anche per un distacco minimo di ghiaccio.

COSA È SUCCESSO A NUUGAATSIAQ? La cosa strana però che non è stato registrato nessun terremoto glaciale e questo avrebbe dovuto essersi prodotto indipendentemente dal fatto che il distacco dell’iceberg sia stato accelerato da quella scossa nella baia di Baffin o no, 
Successivamente però l’evento nella Baia di Baffin è stato cancellato ed è stato sostituito da un evento sismico di M 3.9 lungo le sue coste groenlandesi, che secondo USGS è direttamente dovuto ad una frana.
Il sisma è stato indicato come avvenuto alle 23.09 UTC del 17 giugno 2017 (le 21.09 ora locale), mentre la BBC riporta che la chiamata ai servizi di emergenza è arrivata alle 22.15 circa.

Fra domenica e lunedì molti commenti erano improntati ad incertezza sulle cause del fenomeno, poi finalmente si è capito effettivamente l'accaduto.

La rettifica dell’epicentro poteva far supporre di essere davvero davanti ad un terremoto glaciale e che la posizione indicata precedente fosse un errore dovuto al trattamento automatico delle caratteristiche delle onde sismiche. Anche la profondità dell’evento è segnata come “zero”. 
Ed in effetti si è trattato di una “semplice” frana che ha provocato uno tsunami, un po' come è avvenuto a Stromboli il 30 dicembre 2002.
La frana si vede molto bene nelle immagini e nel filmato riportati dal buon Petley nel suo Landslide blog. È avvenuta sulle coste del Karrat Fjord, come indicato nella carta qui accanto.



L’area è contraddistinta da un rilievo particolarmente energico, con vette alte fino a 2000 metri e dalla geologia particolarmente complessa [2], con rocce di vario tipo, fra le quali si segnalano argille, arenarie non completamente litificate e letti di carbone mesozoici, coperti da lave paleoceniche prodottesi durante l’apertura della baia di Baffin. Non è molto chiaro dalle immagini ma la frana sembrerebbe essersi prodotta proprio nelle arenarie 

il fronte della frana del Karrat Fjord, da un video postato da Dave Petlety


la frana del 2000 a Paatuut, da [3]
Una zona molto vicina era stata interessata da un evento analogo il 21 Novembre 2000, quando il villaggio di Saqqaq è stato colpito da onde anomale. La frana avvenne in località Paatuut, e dovrebbe essere stata causata dalle condizioni meteorologiche dei giorni precedenti, dove il freddo aveva ghiacciato dell’acqua in fratture preesistenti [3].

Quindi lo tsunami che ha colpito la costa groenlandese è stato innescato da una frana su una montagna praticamente a picco sul mare e non dal distacco di un iceberg come poteva essere ipotizzabile.


[1] Murray et al (2015) Reverse glacier motion during iceberg calving and the cause of
glacial earthquakes Science 349, 305 – 308
[2] Dam 2002 Sedimentology of magmatically and structurally controlled outburst valleys along rifted volcanic margins: examples from the Nuussuaq Basin, West Greenland Sedimentology 49, 505–532
[3]  Dahl-Jensen et al 2004 Landslide and Tsunami 21 November 2000 in Paatuut, West Greenland Natural Hazards 31, 277–287

domenica 18 giugno 2017

L'Uomo è arrivato nelle Americhe prima di quello che si riteneva qualche anno fa. Parecchio prima


Questi ultimi anni stanno rivoluzionando la storia umana, da quella più antica, con Homo naledi e le ultime scoperte di Hublin sull’età dei primi sapiens, a quella più recente del continente americano, dove alcuni lavori usciti qualche mese fa retrodatano l’arrivo di esseri umani nel continente americano ben prima (e parecchio prima), non poche migliaia di anni prima dei canonici 15.000 anni fa come alcuni darti facevano supporre, ma molto, moto tempo prima. Ho aspettato a parlarne di proposito: volevo farlo solo adesso perché voglio dedicare questo post ad una persona per me molto speciale e cioè il prof. Brunetto Chiarelli. Un grandissimo scienziato, uno dei più importanti antropologi del XX secolo e personaggio che si è speso per il superamento di quella barriera che principalmente nel nostro Paese il mondo umanistico, da Croce in poi, ha eretto nei confronti della Scienza, considerandola cosa minore, nonché uno dei miei maestri. Confesso che una delle più grandi soddisfazioni morali della mia attività scientifica è stata quando il prof. Chiarelli mi ha detto “a questo punto mi dai ancora del Lei?” Ieri sera gli è stato conferito il Premio Zangheri per la sua carriera e lo abbiamo festeggiato in occasione del suo ritiro definitivo dall’università. Non potevo quindi esimermi da scrivere un post su uno dei tanti argomenti su cui abbiamo discusso tanto insieme. Il popolamento delle Americhe è fra quelli più “gettonati” e ne parlo quindi volentieri in questa occasione, dopo comunque averne parlato già diverse volte su Scienzeedintorni. 

L'UOMO E LE AMERICHE. Per la maggior parte degli scienziati non ci sono dubbi: Homo sapiens è arrivato nelle Americhe meno di 20,000 anni fa provenendo dalla Siberia e prima di questa data nessun ominine aveva calcato il suolo del Nuovo Mondo. Ci sono delle proposte a proposito di un contributo genetico proveniente dalla Polinesia: alcuni genomi brasiliani derivano da DNA polinesiani [1], ma non è chiaro se questa ascendenza si sia verificata in età precolombiana, e quindi derivi da polinesiani che hanno raggiunto l’America meridionale durante la loro espansione nel pacifico, oppure se questi movimenti siano avvenuti a causa di spostamenti promossi da europei dopo il XVII secolo [2]. La scoperta di resti di galli tipicamente polinesiani lungo la costa del Cile centrale e la presenza di parata dolce e di una zucca tipiche dell’America meridionale nell’isola di Pasqua è un particolare intrigante che dimostra almeno dei rapporti commerciali fra pasquani e nativi del Sudamerica [3]  (ne avevo parlato a proposito del popolamento dell’isola di Pasqua). 
Questo convincimento è giustificato dalla mancanza di evidenze chiare della presenza umana prima di 15,000 anni fa nelle pianure dell’America settentrionale, sia dal punto di vista archeologico (mancanza di reperti) come dal punto di vista genetico: il DNA mitocondriale dei nativi americani mostra appena 5 linee fondatrici con una antenata comune vissuta fra 15 e 18.000 anni fa [4]. 
Ho detto per la maggior parte dei ricercatori, soprattutto per chi non si occupa specificamente della materia perché tracce anteriori (sia pure non di tantissimo) sono indicate da altri addetti ai lavori, pur senza una accettazione generalizzata della cosa.
Comunque sulla questione dell’origine dei nativi americani ci sono ancora molte questioni aperte: si tratta di una piccola popolazione fondativa da cui discendono tutti gli amerindi, ma al suo interno questa popolazione ancestrale doveva essere piuttosto complessa, con grandi scambi tra essa ed altre componenti euroasiatiche [5]. 

I ritrovamenti di ossa di proboscidati con tracce di macellazione
prima dell'ultimo massimo glaciale
PRIMA DELL'ULTIMO MASSIMO GLACIALE LA COLONIZZAZIONE DELLA SIBERIA (E DELL'ALASKA?). Il periodo caldo tra 70 e 30 mila anni fa ha permesso agli esseri umani la colonizzazione dell’Artico e ci sono tracce di insediamenti umani 45.000 anni fa nella Siberia nordorientale lungo le coste del mare di Laptev, esattamente un sito di uccisione e macellazione di mammut [6]. Appare un pò strano che nessuno sia riuscito ad arrivare nella vicina Alaska ed espandersi verso sud prima che la formazione dell'ultima calotta glaciale, da 25.000 anni fa in poi prevenisse qualsiasi sforzo in materia. Appare strano perché, in base a studi recenti, lo stretto di Bering in quel periodo non esisteva: oggi è largo circa 80 km (praticamente una distanza confrontabile con quella tra Toscana e Corsica) e proprio nel punto più stretto presenta un'isola in mezzo; la sua profondità attuale non supera mai i 50 metri e in certe condizioni sicuramente la sponda americana era visibile da quella asiatica. Ma proprio per la sua scarsa profondità attuale è evidente che in una fase a basso livello marino l’area sarebbe risultata sulla terraferma e ciò è successo in un intervallo che va da 73 a 25 mila anni fa [7]. Poi la formazione della calotta polare laurentide ha continuato a permettere eventualmente la vita in Alaska (rimasta libera dai ghiacci almeno in estate e caratterizzata da un ambiente di tundra) ma ha impedito ulteriori passaggi verso sud. 
Durante l’ultimo massimo glaciale era sicuramente abitata, anche se con una densità di popolazione non certo elevata, la Beringia, la parte del Mare di Bering prospiciente l'Alaska, a quell'epoca emersa a causa del basso livello marino e caratterizzata pure essa da un ambiente di tundra. 
Insomma, personalmente ritengo possibile che l’Umanità fosse già presente all’epoca in Alaska, e, parimenti, escludere che possa aver occupato anche una fetta del Nordamerica a latitudini più basse mi parrebbe abbastanza logico, anche se fino ad ora le testimonianze di questo sono scarse e quelle poche non accettate unanimamente (forse per il pardigma "no uomo prima dell'ultimo massimo glaciale"?) 

Il sito di Lovewell, al confine fra Kansas e Nebraska
con un mammut, come appariva nel 1969, da [9]
Ora, se per quanto riguarda animali e piante, ci si può basare solo sui loro fossili (tuttalpiù impronte e per le piante su pollini e spore), per gli esseri umani la cosa si fa un pò comoda: infatti ad ossa e impronte si affiancano utensili, focolari, tracce di insediamenti e ossa animali con I segni di macellazione. Ovviamente i dati devono soddisfare tutte le seguenti condizioni:
(1) l’evidenza archeologica deve essere al centro di un contesto geologico chiaro e definito 
(2) l’età deve essere determinata con evidenze statigrafiche e/o radiometriche incontrovertibili 
(3) possibilmente le evidenze devono venire da discipline diverse 
(4) gli utensili o quantomeno materiali artefatti devono essere trovati dove sono stati lasciati e non devono esservi stati trasportati da cause naturali


SEGNI DI UNA PRESENZA PIU' ANTICA. Ed ecco che finalmente un anno fa quello che mi pareva logico è stato confermato, nella fauna delle Bluefish Caves, situata nella parte settentrionale del confine fra Alaska e Canada, ossa che mostrano segni di macellazione, accompagnate dalla presenza di alcuni strumenti litici, sono state datate con il radiocarbonio a circa 24.000 anni fa.
Si tratta di caratteristiche condivise da meno dell’1% del totale dei resti trovati ed esaminati. Una percentuale che per qualcuno è un pò sospetta, ma secondo gli Autori il materiale considerato come trattato da esseri umani presenta caratteristiche che molto difficilmente potrebbero essere di origine naturale e soddisfa tutte le condizioni di cui sopra [8]. Questa bassa percentuale suggerisce altresì che il sito sia stato occupato solo sporadicamente, ma è usata anche dagli “ortodossi” per smentire la presenza umana in zona in tempi così antichi.

E ora arriviamo alle grandi pianure degli Stati Uniti.
I coniugi Holen, archeologi del Center for American Paleolithic Research di Hot Springs, nel South Dakota, sostengono l’evidenza della presenza umana nel Midwest almeno da 40.000 anni fa, ma molti scienziati sono piuttosto scettici al riguardo. La domanda, di nuovo, è se lo scetticismo sia dovuto al convincimento tradizionale dell’assenza di popolamento umano in America prima dell’ultimo massimo glaciale o perché i dati proposti dagli Holen siano sbagliati.
Secondo gli Holen nella zona di confine fra Nebraska, Colorado e Kansas sono frequenti resti ossei di mammut che presentano tracce di attività antropica (sia nelle fratture che nell’asportazione di denti), la cui età si colloca al tempo in cui la calotta laurentide impediva i contatti fra l’Alaska e questa zona, per cui gli antenati di questi uomini sono arrivati nelle pianure centrali degli States prima dell’evento glaciale e non dopo [10]. 

Tracce di percussione con strumenti litici su un osso, da [9]
La novità più clamorosa è però di quest’anno: in California è stato esaminate, sempre dagli Holen, un sito contentente delle ossa di mastodonte, il cosiddetto Mastodonte del sito di Cerutti [11]. Le considerazioni degli Autori sono che:
  • le ossa sono associate a percussori e incudini di pietra
  • le fratture delle ossa sono chiaramente avvenute quando le ossa erano ancora fresche, come anche quelle dei molari
  • alcuni reperti mostrano segni di percussione
  • l’analisi sedimentologica dimostra che le rotture sono avvenute esattamente dove le ossa sono state ritrovate
  • gli oggetti litici considerati come utensili sono incompatibili dal punto di vista sedimentologico con il sedimento che li contiene
  • le fratture delle ossa sono simili a quelle che prodotte dai cacciatori del paleolitico superiore di Africa, Europa centrale e Siberia

I ricercatori hanno anche eseguito studi sperimentali usando ciottoli di pietra per martellare grandi ossa di elefanti (visibili in un video che accompagna l’articolo) 

Bene, direte: non ci sono dubbi che questo mastodonte sia stato macellato da esseri umani, che o lo hanno ucciso o ne hanno sfruttato la carcassa.
Ok, ma c’è un problema: le datazioni radiometriche, suffragate da indagini stratigrafiche, indicano che la macellazione è avvenuta 130.700 ± 9.400 anni fa…
Sul numero di Nature in cui è presentata la ricerca parla, in un articolo introduttivo, anche Erella Hovers, l’archeologa israeliana che ha revisionato l’articolo, la quale, non inaspettatamente, racconta di essere rimasta di sasso a leggere la datazione (e probabilmente lì per lì ebbe la tentazione di rigettare l’articolo). Ma poi, durante la revisione e avuta la dimostrazione che solo percussioni artificiali con utensili di pietra sono capaci di produrre su ossa di elefanti attuali le fratture e le impronte simili a quelle trovate sul Mastodonte si è convinta che su quel preistorico proboscidato hanno lavorato degli ominini, dichiarando “è pazzesco… questo ritrovamento lascia una quantità incredibile di problemi: sappiamo che a quel tempo in California c’erano degli umani, ma sappiamo solo quello!”. 

CHI ERANO QUESTI PRIMI AMERICANI? Insomma, in America c’era già qualcuno prima dell’ultimo massimo glaciale  
Chi?
Per farlo occorre analizzare il livello marino in rapporto alla quota del fondo dello stretto di Bering e dividere il problema scindendo fra i ritrovamenti immediatamente precedenti alla ultima glaciazione e quello più antico. 
Nell’immagine accanto la linea a pallini identifica una quota del livello marino 50 metri sotto l’attuale e cioè quella alla quale lo stretto di Bering è prosciugato. Quindi si possono distinguere periodi in cui il suolo dello stretto di Bering era emerso e no e vediamo che tra 131 e 73.000 anni fa era una barriera insormontabile a meno di passaggi invernali sul ghiaccio (ma c’era ghiaccio sufficiente almeno in inverno?).
Un limite ben più difficile, anzi impossibile, da passare era la calotta laurentide, quindi si può escludere dei passaggi fra Alaska e pianure centrali tra 25 e 17 mila anni fa. 
Da questo discende la possibilità teorica che qualche gruppo di primi sapiens che cacciavano mammut in Siberia 40.000 anni fa sia riuscito prima che i ghiacci lo impedissero, a scendere negli USA.

Ma c’è una seconda possibilità: questi cacciatori immediatamente anteriori all’ultima glaciazione potrebbero essere stati i discendenti da quelli che hanno macellato il mastodonte del sito Cerutti, testimoniando la presenza in un ambiente remoto di umani non sapiens fino a poco tempo fa e che sarebbero stati completamente soppiantati dai sapiens scesi dopo la fine dell’era glaciale.

Come può essere successo questo? 100.00 anni fa nella Siberia vivevano denisoviani e neandertaliani. La datazione a 131.000 anni fa è compatibile con un passaggio terrestre attraverso l’area dello stretto di Bering, che era sopra il basso livello marino dello stadio isotopico 6, come si vede dal grafico. 
L'estensione delle ultime due calotte glaciali.
In America settentrionale è visibile il corridoio che si è aperto
17.000 anni fa lungo il quale gli antenati dei Nativi americani
penetrarono nel continente, alla separazione della calotta
della cordigliera dalla massa principale della calotta laurentide
Però c’è un problema di non trascurabile importanza: tra 130 e 200 mila anni fa il basso livello del mare ha coinciso con la glaciazione dell’illinois (il Riss della cronologia alpina). Quindi fra l’Alaska e le grandi pianure degli States si è estesa per parecchie decine di migliaia di anni una calotta glaciale simile a quella dell’ultimo massimo glaciale, il che impediva chiaramente spostamenti verso sud. La datazione del mastodonte a 131.000 anni si colloca sostanzialmente verso il limite della glaciazione.


Quindi i cacciatori californiani di 131.000 anni fa:
- o vi erano appena arrivati dal nord seguendo il ritiro dei ghiacci come gli antenati degli attuali nativi americani 15.000 anni fa e quindi erano Denisoviani o Neandertaliani provenienti dalla Siberia 
- oppure erano lì già da un pezzo e quindi si tratta di una popolazione più antica, allora potrebbe trattarsi di erectus o, vista la probabile origine di Homo floresensis, addirittura ominini appartenenti ad un lignaggio più antico.

Personalmente la vicinanza temporale fra la fine della glaciazione e il sito del mastodonte di Cerutti mi fa trovare più realistica la prima ipotesi: la popolazione responsabile della macellazione del mastodonte californiano era stanziata nella Beringia (anche durante quella fase emersa dalle acque del mare di Bering) o nell’Alaska settentrionale 150.000 anni fa dove c’era un ambiente di tundra ed è arrivata da quelle parti dopo aver seguito il ritirarsi della calotta della glaciazione dell’illinois come gli antenati dei Nativi americani hanno seguito, dopo l’ultima massimo glaciale del Wisconsin il ritiro dell’ultima calotta laurentide. Ma è chiaro che servirebbero dei dati sulla cronologia del ritiro dei ghiacci che non sono riuscito a trovare. 

Fantaantropologia? Speriamo di capirlo presto!
Avere dei dati sul ritiro della calotta della glaciazione dell'Illinois sarebbe molto importante per dirimere la questione: se ci fosse stato un corridoio libero dai ghiacci immediatamente prima di 131.000 anni fa è una ipotesi possibile


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