domenica 15 settembre 2019

Il terremoto dell'Aquila del 2009 e la faglia di Paganica


Del terremoto M 5.9 del 6 aprile 2009 si è parlato in tutte le salse. Il mondo scientifico è rimasto abbastanza sorpreso quando è stato accertato che il sisma si era originato lungo la faglia di Paganica: si trattava infatti di una faglia poco studiata in precedenza e prima del 2009 sottovalutata dal punto di vista sismico anche se, ovviamente, che esistesse era sicuro. Generalmente nella letteratura scientifica la sismicità maggiore aquilana era attribuita alla presenza dei due grandi allineamenti di faglie normali di cui ho parlato nel post precedente, rappresentati nell'area dal sistema dell'Alto Aterno a W e da quello di Campo Imperatore a E. Dopo il disastro del 6 aprile 2009 una lunga serie di studi sul terreno e monitoraggi a terra e via satellite ha fornito dati interessanti, dimostrando pure il ruolo della Faglia di Paganica nella storia sismica recente. Questo post, in cui intendo parlare appunto degli studi su questa faglia, interrompe momentaneamente la serie sui terremoti del 2016 che verrà comunque ripresa a breve.

Il bacino del Medio Aterno da Giaccio et al (2013)
Notare che l'epicentro del terremoto del 2009, essendo avvenuto in profondità su una faglia
 che immerge a ovest, è spostato ad ovest rispetto all'espressione superficiale della faglia stessa
IL BACINO DEL MEDIO ATERNO. Un osservatore attento noterà come il bacino del Medio Aterno (noto anche come bacino di Paganica – San Demetrio – Castelnuovo) sia “mediamente più complesso” rispetto ai tanti bacini intermontani che dalla Lunigiana alla valle del Crati caratterizzano in modo evidente il versante tirrenico dell’Appennino. In genere questi bacini sono dei classici graben (depressioni comprese fra due alti strutturali) delimitati da:
  • una faglia principale (o un sistema di faglie) inclinata verso W o SW (sintetica) nel lato E o NE (quello verso la cresta della catena) (nel caso del Medio Aterno il sistema di Campo Imperatore)
  • una faglia geometricamente opposta (antitetica) che è inclinata invece verso la catena nel lato S o SW(nel caso del Medio Aterno la faglia che delimita i Monti d'Ocre)

Le faglie antitetiche possono essere meno evidenti di quelle sintetiche e in generale presentano una sismicità minore.
A Castelluccio in occasione del terremoto del 30 ottobre 2016 il movimento principale è sulla faglia sintetica del monte Vettore, ma anche diverse faglie antitetiche hanno presentato movimenti, sia pure meno rilevanti (ne ho parlato qui).
All’interno di questi bacini si sono deposti sedimenti recenti; variazioni della quota dei fiumi a valle di essi hanno spesso provocato l'erosione di parti di questi sedimenti, producendo delle colline che tanto contribuiscono alla bellezza dei paesaggi italiani.
In cosa il bacino dell’Aterno è più complesso? Semplice: oltre alle due faglie bordiere (la sintetica di Campo Imperatore da un lato e quella antitetica che delimita ad E la dorsale dei monti d’Ocra), contiene all'interno diverse faglie, che lo hanno così diviso in più sottobacini. Per questo se in altri bacini la trasformazione di vecchie aree di sedimentazione in aree soggette ad erosione è puramente dovuta a variazioni delle quote dei fiumi a valle di essi, nel Medio Aterno questa trasformazione è stata provocata anche (anzi, forse soprattutto!) dall’attività tettonica di faglie che ne hanno dislocato il fondo (Blumetti et al 2013), spesso accompagnate pure esse dalla propria compagna antitetica.
Fra queste faglie sintetiche “interne” annoveriamo proprio la faglia di Paganica, e cioè quella collegata al terremoto del 2009, e la sua corrispondente antitetica, la Bazzano - Fossi.

Una ricostruzione in 3D della faglia di Paganica e la sua
suddivisione in 3 segmenti paralleli (gli "splay") (Galli et al 2010)
IL TERREMOTO DEL 6 APRILE 2009 E LA FAGLIA DI PAGANICA.  L’Aquila vanta una lunga serie di terremoti distruttivi: limitandoci alla documentazione storica dal XIV secolo in poi i principali eventi sono accaduti negli anni 1349, 1461, 1703, 1762 e - appunto -  il Mw 5.9 del 6 Aprile 2009, che è stato l’evento più forte registrato in Italia dal terremoto M 6.9 del 23 novembre 1980 (verrà poi superato dal M 6.5 del 30 novembre 2016) e il più forte ad aver colpito una città principale dal  terremoto M 7.3 di Messina del 1908. 
Oltre alla rottura lungo la faglia di Paganica, nel 2009 altre rotture minori sono state evidenziate sul suo proseguimento verso sud (faglia di San Demetrio) per oltre 13 km e sulla sua faglia antitetica (Bazzano - Fossi)  (Boncio et al., 2010).
Prima del terremoto del 2009 si pensava che l’estensione in atto nell’Abruzzo fosse accomodata esclusivamente dai sistemi di Campo Imperatore e dell'Alto Aterno. Pochi Autori avevano invece dato una certa importanza al sistema del Medio Aterno di cui fa parte questa faglia, come Bagnaia et al. (1992) e Pace et al. (2006) che sono stati i primi ad attribuirle i terremoti del 1461 e del 1762. Naturalmente dopo il 6 aprile 2009 la faglia di Paganica è stata oggetto di tanti studi, da parte di tanti enti di ricerca (e non poteva essere altrimenti) che hanno cambiato la visione dell'evoluzione tettonica di tutto il bacino posto a sud dell'Aquila.
La faglia di Paganica da Galli et al (2010)
in tratteggio la sua antitetica (faglia di Bazzano)
Innanzitutto il sistema di faglie Paganica – San Demetrio (e Bazzano) è il responsabile principale della complessità del bacino del Medio Aterno. La sua attività è iniziata almeno 500.000 anni fa, provocando la fine di un ciclo sedimentario fluvio-lacustre che si trova nella parte rialzata e il dislocamento fra il lato orientale e la parte centrale del bacino di qualche centinaio di metri, al ritmo stimato in 0.5 mm/anno nelle ultime migliaia di anni, ritmo che in un passato (geologico) era probabilmente molto maggiore rispetto a tempi più recenti (Blumetti et al 2013).
Il sistema Paganica - San Demetrio è formato da una serie di 7 segmenti che in parte si sovrappongono, composti da più faglie parallele.

L’ATTIVITA RECENTE DELLA FAGLIA DI PAGANICA. Dopo il terremoto diversi gruppi di lavoro hanno studiato l’attività di questa faglia (ad esempio Galli et al 2010, Cinti et al 2011, Moro et al 2013)
Sono state trovate tracce di diversi eventi sismici:

  • uno nel I secolo a.C. (131 - 22 A.C.)
  • un secondo fra il I e il II secolo d.C.
  • un terzo invece ha una forbice di datazione piuttosto ampia: tra il IV e il IX secolo A.D. e che Galli et al (2010) tentativamente identificano con il grande terremoto appenninico dell’801 (che prima del 2009 nessuno o quasi si sarebbe sognato di assgnare a questa faglia..)

Inoltre è stato dimostrato pure che la faglia di Paganica è all’origine del terremoto del 1461, come era stato appunti ipotizzato da Bagnaia et al. (1992) e Pace et al. (2006).
I movimenti provocati da vari terremoti evidenziati da una delle trincee scavate
lungo la faglia di Paganica (Moro et al, 2013) 
In questi eventi - tutti identificati perchè corrispondono a rotture del terreno - troviamo dislocamenti che vanno da 0,25 a 0,50 metri. Considerando una lunghezza della struttura di circa 22–27 km, la Mw massima evidenziata dai dati raccolti sul terreno è ben maggiore di quella del 2009: tra 6.6 e 6.7. Quindi sulla faglia di Paganica ci sono stati eventi sismici molto più energetici di quello del 2009, anche se è possibile che una parte del dislocamento si sia svolta in maniera asismica (Kastelic et al 2017).
Dalle ricerche sul terreno è emerso anche un particolare un pò inaspettato: sia Galli et al (2010) che Moro et al (2013) concordano sulla presenza di un altro evento sismico che ha provocato la rottura della faglia di Paganica dopo quello del 1461 (in particolare per i secondi sarebbe avvenuto  dopo il 1610). Entrambi i gruppi escludono il sisma del 1762, il cui epicentro è vicino a San Demetrio e chiaramente collegato al segmento omonimo della faglia, ma la sua Magnitudo è decisamente troppo bassa (5.5) per indurre fagliazione superficiale.
Siccome in quel periodo la documentazione storica esiste e quindi è impossibile che non sia ricordato un terremoto che abbia appunto provocato fagliazione superficiale... non resta altra possibilità al di fuori di questa: il terremoto del  2 febbraio 1703 (“curiosamente” avvenuto pochi giorni dopo il forte sisma di Norcia del 15 gennaio). Ma questo terremoto è stato chiaramente ricondotto alla faglia dell’Alto Aterno del sistema occidentale. La conclusione logica è, quindi, che la faglia di Paganica possa non solo subire un movimento per terremoti annidati direttamente lungo di essa come nel 2009, ma anche durante terremoti più forti di questo, attivandosi contemporaneamente ad altre faglie vicine. Da notare che anche in occasione del terremoto del 30 ottobre 2016 ci sono stati movimenti lungo faglie del sistema occidentale nei pressi di Norcia, come evidenziato ad esempio in Galli et al (2018)
I sistemi di faglie normali sismogenetici principalidell'Appennino Centrale:
nella zona dell'Aquila diventano 3 (da Galli et al 2008)

IL TEMPO DI RICORRENZA. Un appunto, infine, sulla quesitone del tempo di ricorrenza degli eventi sismici. Trovo piuttosto realistica la carta sismica attualmente vigente, al di là delle polemiche contro INGV (spesso ahimè prevenute e strumentali): anche se è realizzata con il criterio (tutto americano) della probabilità di raggiungere un certo valore di accelerazione cosismica in 50 anni, è in effetti un ottimo spaccato del rischio sismico nel nostro Paese, perché le aree più a rischio sono tutte evidenti al di là del criterio dei 50 anni e nessuna persona con un pò di preparazione scientifica e/o onestà intellettuale si sognerebbe di costruire ignorando quanto indicato nella carta. Se però anziché la probabilità in 50 anni, consideriamo il criterio del “tempo di ricorrenza” plurisecolare di un evento sismico, mantenendo comunque l'accelerazione massima indicata dalla carta (un valore che in genere possiamo definire  "assolutamente realistico"), bisogna tenere conto del fatto che un conto è l’essere a rischio per una struttura simogenetica singola, un altro è essere a rischio per più strutture sismogenetiche (in Appennino centrale a nord delll’Aquila 2 e 3 a sud di essa). Quindi in un'area come quella dell'Aquila occorre avere la cognizione che sono necessarie 3 serie temporali diverse per determinare questo criterio probabilistico (i tempi di ricorrenza dei sistemi di Alto Aterno, Campo Imperatore e Paganica), con l'avviso che - comunque - si tratta di un criterio esclusivamente statistico, quindi da prendere con le molle e talvolta contraddetto, e con una complicazione in più: in genere (con l'eccezione del 1915) i terremoti importanti dell'appennino centrale si addensano in ristretti cluster temporali

Bagnaia et al (1992). Aquila and subaequan basins: An example of Quaternary evolution in central Apennines, Italy, Quat. Nova, II, 187–209.

Blumetti et al (2013). The primary role of the Paganica-San Demetrio fault system in the seismic landscape of the Middle Aterno Valley basin (Central Apennines) Quaternary International 288 (2013) 183e194

Boncio et al. (2010). Coseismic ground deformation of the 6 April 2009 L’Aquila earthquake (central Italy, MW6.3). Geophys. Res. Lett. 37, L06308

Cinti et al (2011). Evidence for surface faulting events along the Paganica fault prior to the 6 April 2009 L’Aquila earthquake (central Italy) Journalof Geophysical Research, Vol. 116, B07308, doi:10.1029/2010JB007988, 2011

Galli et al (2008). Twenty years of paleoseismology in Italy. Earth-Science Reviews 88, 89 – 117 

Galli et al (2010). The 2009 central Italy earthquake seen through 0.5 Myr-long tectonic history of the L’Aquila faults system Quaternary Science Reviews 29 (2010) 3768e3789 

Galli et al (2018). Holocene paleoseismology of the Norcia fault system (Central Italy) Tectonophysics 745 (2018) 154–169

Giaccio et al (2012). Fault and basin depocentre migration over the last 2 Ma in the L’Aquila 2009 earthquake region, central Italian Apennines

Kastelic et al (2017). Repeated surveys reveal nontectonic exposure of suppo- sedly active normal faults in the central Apennines, Italy, J. Geophys. Res. Earth Surf., 122, 114–129, doi:10.1002/ 2016JF003953.

Moro et al (2013). Historical earthquakes and variable kinematic behaviour of the 2009 L'Aquila seismic event (central Italy) causative fault, revealed by paleoseismological investigations

Pace et al (2006). Layered Seismogenic Source Model and Probabilistic Seismic-Hazard Analyses in Central Italy  Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 96, No. 1, pp. 107–132

giovedì 29 agosto 2019

A 3 anni dal terremoto di Amatrice: 2 - Il sistema di faglie normali dell'Appennino Centrale

   
Dopo il post sulla storia della sequenza sismica del 2016 - 2017, in questo secondo post descrivo il sistema di faglie che genera la sismicità principale dell'Appennino centrale. La sismicità dell'Appennino centrale è molto superficiale e per questo incide spesso sul paesaggio lasciando dei segnali piuttosto importanti. Quindi, nonostante che da quando la Geologia è diventata oggetto di studi approfonditi (XIX secolo) e fino al 1997 i terremoti in quest'area siano stati (per fortuna!) pochi e piuttosto deboli e non abbiano potuto provocare effetti in superficie (a parte il terremoto di Avezzano del 1915), è stato abbastanza facile ricostruire la situazione geologico-strutturale. Non solo, ma scavando delle trincee lungo le faglie è stato possibile riconoscere in maniera più o meno approssimata persino la tempistica degli eventi più importanti (quelli cioè capaci, come nel 2016, di provocare fagliazione superficiale). Presento quindi in questo post una descrizione del sistema di faglie dell'Appennino Centrale.


L'AREA DEL MONTE VETTORE. Il disegno qui accanto mostra una classica faglia normale, che è stata contestualizzata nell’area: il movimento lungo la faglia del Monte Vettore che ha provocato l’abbassamento del bacino di Castelluccio.
Notate una apparente contraddizione logica: il “tetto” è sotto al “muro”: questo perché una faglia si può definire come un piano di frattura del terreno intorno al quale c’è stato un movimento relativo dei due blocchi. Il “tetto” è il blocco che sta sopra al piano di frattura, il “muro” è quello che sta sotto. Siccome la faglia è “normale” (o "diretta") e quindi di estensione, i due blocchi si allontanano, allora il tetto scende e si abbassa nei confronti del muro. 

Quest’altra immagine, elaborata da Google Earth, mostra nel 2013 la zona del Monte Vettore: si nota quella che sembra una strada ma in realtà è proprio l’espressione superficiale del piano di faglia, lungo il quale il terreno si è mosso più volte, le ultime nel 2016 quando ha provocato un abbassamento di circa 20 centimetri della parte ad ovest della frattura il 24 agosto 2016; il movimento si è ripetuto il 30 ottobre 2016 con una intensità maggiore, che ha raggiunto e superato in molti punti il metro (la famosa immagine dello “scoglio dell’Aquila).
Ho detto che "sembra una strada", ma in realtà quello è proprio un sentiero formatosi naturalmente lungo l’intersezione fra il piano di faglia e il pendio del monte Vettore. In pratica l’espressione superficiale della faglia del Monte Vettore è una piccola fossa ed ha anche un nome: si chiama "via delle Fate" perché secondo una leggenda locale delle fate di ritorno da una notte di balli a Castelluccio furono sorprese all'alba su quella strada e vennero trasformate in sassi, franando a valle.
La leggenda probabilmente si riferisce proprio ad un terremoto avvenuto all’alba in quella zona, ovviamente lungo la faglia del Vettore.
Movimenti verticali del terremoto
M 6.5 del 30 ottobre 2016 (Bignami et al 2016)
LE FAGLIE DELL'APPENNINO CENTRALE. Fatte queste premesse, vediamo in dettagli cosa succede e come funziona la sismicità dell’Appennino centrale nel contesto della situazione strutturale.
Il movimento lungo queste faglie ribassa la zona a occidente di esse e meno intensamente in alcuno casi può rialzare quella a oriente. In questa carta di Bignami et al (2018) si vedono le dislocazioni verticali provocate dal terremoto M 6.5 del 30 ottobre 2016. 
Queste faglie accomodano la deformazione provocata dalla estensione di oltre 1,5 mm/anno che sta subendo la crosta e sono quindi la risposta superficiale a quello che succede sotto i nostri piedi.
I movimenti lungo queste faglie hanno formato il tipico paesaggio che caratterizza la parte assiale della catena e arriva fino alla costa tirrenica: una alternanza di dorsali e bacini, tutti bordati da faglie.
Nei bacini (spesso occupati da laghi come il Fucino prima della bonifica) si formano delle serie sedimentarie, che possono essere anche molto spesse, come per esempio quella del bacino di Sulmona estratta da Gori et al (2011).
La stratigrafia del bacino di Sulmona da Gori et al (2011)


Come si vede dalla carta visibile più sotto, modificata da Galadini e Galli (2008), le strutture sismogenetiche principali sono suddivise in due sistemi grossomodo paralleli, uno orientale che va dalla valle dell'Esino alla Maiella e uno occidentale che va da Colfiorito all’alta valle del Sangro.

C’è poi un terzo allineamento, ancora più occidentale, non compreso nella carta e obliquo rispetto ai due precedenti, che dalla Valtiberina e dalla valle Umbra arriva a Leonessa e alla valle del Salto, unendosi a quello occidentale nell’area del Fucino.

Sulla questione della attività sismica passata ci viene in aiuto un aspetto importante: la maggior parte delle faglie principali dell’Appennino centrale sono “faglie capaci di provocare fagliazione superficiale” (da qui in poi chiamate solo “faglie capaci”). Le Faglie capaci, proprio perché producono fagliazione superficiale, oltre ad essere chiaramente individuabili, possono anche essere studiate scavando delle trincee nei punti chiave osservando le deformazioni del terreno, deformazioni che avvengono durante gli eventi principali, quelli appunto capaci di indurre fagliazione superficiale. Questi eventi principali possono essere datati (anche se, purtroppo, non sempre con una grande precisione a scala umana).
Ci sono numerosi studi su queste faglie capaci e una buona parte di loro è stata caratterizzata nella tempistica degli eventi sismici principali (quelli appunto capaci di provocare fagliazione superficiale) e nella magnitudo massima associata. 
Ricordo che da un punto di vista storico c’è una buona copertura degli eventi maggiori in età romana, almeno fino a quando non fu vietato dalle autorità imperiali di parlarne perchè i terremoti rendevano vulnerabile il territorio e quindi gli eventi sismici potevano indurre a muoversi nemici sia interni che esterni.
Lo scadere delle costruzioni e della civiltà in genere seguito alla fine dell'Impero ha avuto come conseguenza l’assenza di registrazioni di terremoti nei “secoli bui” e fino al XII secolo. Cosa che per esempio non ha permesso di fissare il ricordo di un terremoto molto importante fra i secoli IX e XIII, avvenuto a pochi km a sud dell’Aquila. Il limite di questo tipo di ricerche è che registra solo i terremoti capaci di provocare fagliazione superficiale e quando questa è stata sufficiente a provocare qualche modifica importante del terreno, quindi esclude dalle capacità di osservazione tutti i terremoti con M inferiore a un valore che può essere considerato circa 5.8 mentre, data la vulnerabilità degli edifici, sono bastate magnitudo anche molto inferiori per provocare ingenti danni.


IL SISTEMA OCCIDENTALE. Il settore più a nord del sistema occidentale, quello di Colfiorito / Norcia, è estremamente attivo: gli eventi del 1279, 1703, 1997 sono tutti da addebitarsi a questa struttura, come probabilmente anche il terremoto del 99 d.C.. A Norcia l’espressione superficiale di questo sistema è la faglia che delimita il lato orientale del bacino ponendolo ad una quota molto più bassa di quella dell’altopiano di Santa Scolastica. 
Andando verso sud il settore dell’alto Aterno corrisponde ad una faglia lunga oltre 20 km e ha prodotto almeno 5 eventi maggiori negli ultimi 15.000 anni, purtroppo mal databili, tranne l’ultimo che corrisponde al terremoto Mw 6.7 del 2 Febbraio 1703,
Scendendo ulteriormente, troviamo il settore Cerasitto – Campo Felice – Ovindoli – Pezza:  secondo ricerche piuttosto dettagliate si è mosso in almeno 3 episodi diversi negli ultimi 10.000 anni: il più antico fra il 5000 e il 3500 a.C., il secondo intorno al 1900 a.C. ed il terzo nel medioevo, tra l’860 e il 1300 (ma probabilmente non troppo dopo il 1000). 
Questa faglia ha un potenziale particolarmente pesante (M 6.7) mentre se si rompesse soltanto uno dei segmenti l’intensità raggiungerebbe un valore molto minore (6.3). Per fortuna l’ultimo terremoto che l’ha interessata è piuttosto recente e quindi desta meno preoccupazione di altre, almeno dal punto di vista statistico.
Poi c’è più a sud il settore del Fucino, lo scenario del sisma del 1915, un’area nella quale prima di quella tragica data non si conoscevano eventi sismici e per questo era considerata asismica. La recente attività investigativa ha invece dimostrato che negli ultimi 2000 anni ci sono stati almeno 3 eventi piuttosto importanti. 


IL SISTEMA ORIENTALE. Le sue propaggini settentrionali arrivano a Fabriano, formando l’alta valle dell’Esino. In questa zona, sismicamente attiva (per esempio nel 1741) non c’è una faglia visibile, perché la struttura non arriva in superficie. Andando verso sud, il successivo sistema del Monte Vettore - Monte Bove è notoriamente stato considerato una faglia capace fino dagli anni ‘90 del XX secolo anche se sulla sua attività non ci sono fonti storiche. Gli studi nella piana di Castelluccio hanno dimostrato che gli eventi del 2016 sono stati preceduti da almeno tre episodi di fagliazione superficiale negli ultimi 13.000 anni, le cui datazioni sono purtroppo molto vaghe. L’ultimo è avvenuto tra il XXII sec a.C. e il VII d.C.. Questa datazione presenta una forbice piuttosto ampia ma è probabile che l’evento sia avvenuto nella parte più recente dell’intervallo, proprio a causa della leggenda delle fate. La Magnitudo raggiunta il 30 ottobre 2016 era comunque quella ipotizzata in base alla lunghezza della faglia (Galli et al 2008).

Poi c’è il tratto che si è mosso il 24 agosto 2016, che grossomodo va da Pescara del Tronto a Illica. Anche qui come tra Fabriano e Fiastra, la faglia non ha dato mai fagliazione superficiale, mentre è chiaramente una faglia capace, subito a sud di Illica, quella del sistema di Monte Gorzano – Laga: lunga 30 km questa struttura controlla la formazione dei bacini di Amatrice e Campotosto. L’attività paleosismica non è molto frequente ed ancora meno determinabile dal punto di vista temporale di quella del settore del Vettore, anche se è “fortemente indiziata” per i terremoti avvenuti tra il 1627 e il 1672.
Il successivo settore è quello di Campo Imperatore (quindi l’area del Gran Sasso): composto da tre faglie (Assergi, Campo Imperatore e Cappuccini – San Vito), si è mosso almeno tre volte negli ultimi 5200 anni. Precisando meglio le date di un lavoro precedente, Galadini e Galli hanno fornito una forbice abbastanza ristretta di date per i tre ultimi eventi (sempre in date a.C.): 5155–5120, 3545-3475 e 1480–1400 a.C.. Su questo settore si deve porre una grande attenzione per due motivi: è fra quelli con la Magnitudo potenziale più alta ed è molto vicino ad una grande città come l’Aquila.
Per il successivo settore del Monte Morrone i dati sono pochi, ma è probabile un forte evento nel II secolo d.C. (Gori et al, 2006). La Magnitudo massima attesa è di 6.7.
Per finire arriviamo al sistema di Aremogna – Cinquemiglia, anch’esso privo di ricordi storici della sua attività. I dati ricavati dalle trincee sono piuttosto dibattuti, ma sembra probabile che l’ultimo evento risalga al I millennio a.C.
Un appunto sul terremoto della Maiella del 1706: pur essendo molto vicino al sistema di monte Morrone, non sembra essere legato ad esso e, anzi, per molti Autori si tratta di un evento che appartiene a una situazione completamente diversa.

LE LACUNE DEL CATALOGO SISMICO E IL RISCHIO SISMICO. Il catalogo parametrico dei terremoti italiani non comprendeva fino al 2016 eventi originati dal sistema Bove – Vettore, ma non è l’unico che è stato sicuramente interessato da eventi sismici importanti in età storica di cui non c’è traccia negli archivi, come abbiamo visto, anche in altri settori dove pure sono avvenuti dei sismi piuttosto importanti. Quindi nonostante il fatto che il catalogo sismico a nostra disposizione è sicuramente fra quelli migliori al mondo per antichità, completezza dei dati e ricerca scientifica e archivistica, ci sono delle evidenti gravi lacune, perché soltanto indagini sul campo, attente e per questo lunghe e difficili, possono migliorare il nostro stato di conoscenza in materia, in caso di terremoti anche forti che però non sono stati registrati negli annali storici. 

La distribuzione nel tempo dei grandi terremoti 
appenninicidal 1250 circa da Tondi e Cello (2003): 
il sistema orientale (in rosso) è stato negli ultimi secoli 
molto meno attivo di quello occidentale
Riassumiamo e confrontiamo ora il comportamento sismico storico dei due sistemi, come si vede da questo diagramma tratto da Tondi e Cello (2003) (che quindi NON comprende i terremoti del 2009 e del 2016) e in cui vediamo evidenziati in rosso i soli eventi che hanno interessato il sistema orientale
- il sistema occidentale ha innescato una lunga serie di terremoti registrati nel catalogo parametrico dei terremoti italiani: gli ultimi sono Valnerina 1979, Colfiorito 1997 e L’Aquila 2009, ma ci sono ampie testimonianze di forti eventi dal XIII secolo in poi (Norcia, L’Aquila, Avezzano)
- il sistema orientale ha molti meno episodi registrati nel catalogo: dovrebbero essere ad esso attribuiti i terremoti della zona di Amatrice tra il 1627 e il 1672 (il primo dei quali avvenne 8 anni dopo il forte evento del 1619 sull’allineamento occidentale a metà strada fra Norcia e L’Aquila, poco a sud di Amatrice) e sicuramente alcuni eventi minori durante la II guerra mondiale. Ci sono forti dubbi invece sulle relazioni fra il sistema orientale e il grande terremoto M 6.2 della Maiella del 1706. Per il resto non esistono testimonianze storiche di eventi prodottisi in questo sistema.

Quindi negli ultimi secoli il sistema occidentale è stato molto più attivo di quello orientale, che quindi può essere considerato STATISTICAMENTE in questo momento più a rischio.



BIBLIOGRAFIA (Non certo esaustiva... ci sarebbero decine di lavori da leggere, studiare e citare...)

Bignami et al 2018. Volume unbalance on the 2016 Amatrice - Norcia (Central Italy) seismic sequence and insights on normal fault earthquake mechanism Scientific Reports 9:4250 https://doi.org/10.1038/s41598-019-40958-z

Galadini e Galli 2000. Active Tectonics in the Central Apennines (Italy) – Input Data for Seismic Hazard Assessment. Natural Hazards 22: 225–270, 2000.

Galli et al 2008. Twenty years of paleoseismology in Italy. Earth-Science Reviews 88, 89 – 117

Gori et al 2006. Large-scale gravitational deformations and quaternary faulting: the case of the south-western side of the Mt. Morrone (central Apennines, Italy) Geophysical Research Abstracts, 8, p. 05955

Gori et al 2011. Active normal faulting along the Mt. Morrone south-western slopes (central Apennines, Italy) Int J Earth Sci (Geol Rundsch) (2011) 100:157–171

Tondi e Cello 2003. Spatiotemporal evolution of the Central Apennines fault system (Italy)Journal of Geodynamics 36 (2003) 113–128


venerdì 23 agosto 2019

A 3 anni dal terremoto di Amatrice: 1. la sequenza sismica tra 2016 e 2018


Sono passati 3 anni da quel drammatico 24 agosto 2016, quando l'Italia, svegliandosi, ha appreso di una delle peggiori tragedie che ci si poteva aspettare. Quel giorno è iniziato il calvario di una popolazione attaccatissima alla propria terra e alle proprie tradizioni, con una sequenza sismica durata oltre 2 anni in cui scosse più o meno forti si sono ripetute incessantemente. In questa serie di post, che fanno anche riferimento al progetto RESTART dell'Autorità Distrettuale di Bacino dell'Appennino Centrale in cui sono coinvolto, parlerò di alcuni aspetti importanti della Geologia dell'Appennino Centrale, partendo da questo in cui espongo la mera cronaca degli eventi.

Il terremoto del 24 agosto ha aperto un terzo capitolo (e purtroppo forse non quello conclusivo…) della crisi sismica nell’Appennino centrale iniziata con gli eventi di Colfiorito del 1997: se i terremoti tra Colfiorito e Sellano del 1997 – 1998 potevano all’epoca essere un fenomeno isolato, il terremoto dell’Aquila del 6 aprile 2009 ha suscitato maggiori timori sulla possibile ripetizione di nuovi eventi importanti negli anni successivi, come era già successo nel XIV e nel XVIII secolo, perché le faglie normali di un sistema come quello dell’Appennino Centrale possono interagire fra di loro semplicemente attraverso il trasferimento di stress anche senza essere connesse, promuovendo quindi più sequenze sismiche in tempi ristretti su varie faglie del sistema (Gupta and Scholz, 2000). 


Fig.2 - Schema sommario della faglia del Vettore
SEQUENZA TEMPORALE DEGLI EVENTI. La tabella di fig.1 mostra i 9 terremoti con Magnitudo uguale o superiore a 5 che si possono definire gli eventi più importanti della sequenza. Da notare che, come successe anche nel 1639 o nel 1703, gli eventi principali sono strettamente correlati fra loro nel tempo: il 24 agosto 2016 il Mw 5.4 nell’area di Norcia è avvenuto poco più di un’ora dopo il terremoto che ha iniziato la sequenza alle 3.36 del mattino ora italiana; alla fine di ottobre si raggruppano i due terremoti del 26 e quello del 30, mentre gli ultimi 4 eventi a Mw 5 o superiore sono avvenuti il 18 gennaio 2017. Il terremoto del 24 agosto ha prodotto nella zona di Castelluccio diversi movimenti superficiali, che si ripeteranno con entità molto maggiore il 30 ottobre successivo. 
Il terremoto del 24 agosto 2106 ha provocato in tre località danni pari al grado X-XI della Mercalli: simili termini di distruzione non si ricordavano in Italia dal terremoto in Irpinia del 1980; neanche nel 2009 all’Aquila abbiamo avuto danni simili, nonostante la magnitudo decisamente superiore. 

Fig. 3 - i tre segmenti coinvolti nella sequenza, che si sono mossi
in tempi diversi: agosto 2016 la parte centrale, ottobre 2016
quella settentrionale e gennaio 2017 quella meridionale
INQUADRAMENTO GEOGRAFICO. Quella del 2016 - 2017 è sostanzialmente simile alle altre grandi sequenze appenniniche storiche. I meccanismi focali ne dimostrano l’origine estensionale, quindi un movimento lungo una faglia normale (fig. 2). Sommando i rigetti provocati da tutti i terremoti, lungo questa faglia il dislocamento complessivo è superiore ai 1000 metri. 
Nella figura 3 vediamo i 3 segmenti del sistema di faglie interessato dai terremoti: il primo a muoversi è stato il settore centrale, poi a ottobre gli epicentri interessano a nord il settore del Monte Bove e a gennaio il settore della Laga a sud. Il segmento centrale è tratteggiato perché la faglia non arriva in superficie, mentre invece a nord nella zona di Castelluccio (sistema di M. Bove – M.Vettore) e a sud in quella di Campotosto (sistema della Laga) la faglia del Vettore e quella di Campotosto, ben visibili in superficie e ampiamente conosciute e studiate, sono inserite nel database ITHACA per la descrizione delle faglie attive e capaci (dove per “capaci” si intende “capaci di provocare fagliazione superficiale”). 

LA SEQUENZA DELLE REPLICHE. A terremoti così forti è sempre associata una lunga sequenza di “repliche”, in inglese "Aftershocks" (“repliche” è un termine più corretto rispetto a “scosse di assestamento”, che ne implica una chiara origine). 
Fig. 4 - La sequenza di Omori del terremoto del 2009
Queste repliche sono diminuite in intensità e frequenza con l’andare del tempo, seguendo la classica legge di Omori: Fusakichi Omori (1868 – 1923) è stato un geologo e geofisico giapponese che ha proposto una relazione empirica tra il tempo che trascorre da un terremoto importante e la diminuzione in frequenza e intensità delle repliche. Vediamo ad esempio in fig. 4 la sequenza di Omori associata al terremoto aquilano del 2009. Per questo è normale che la sismicità di fondo rimanga alta a distanza di settimane (e mesi) nell’area interessata da un forte evento sismico. Naturalmente ogni terremoto fa storia a se e quindi i coefficienti della legge di Omori variano da sequenza a sequenza; inoltre durante l’attenuazione della sequenza si possono verificare repliche di un valore superiore a quella che è, in quel momento, una Magnitudo caratteristica. Alcuni di questi eventi possono innescare a loro volta serie di Omori secondarie.
La durata che è sembrata infinita delle repliche probabilmente non è stata molto diversa da quella degli eventi storici, ma siccome la stragrande maggioranza degli eventi è strumentale, solo oggi con la rete di sismometri è stato possibile rendersi conto effettivamente di come scosse strumentali possano durare molto a lungo. Quindi non possiamo sapere quanto sono durate, ad esempio, le code degli eventi del 1700, anche se alcune fonti storiche parlano di scosse che si sono protratte per mesi.

Fig. 5 - La cartografia sismica nazionale
prevista nella OPCM 3519 del 2006
I TIMORI DI NUOVI EVENTI IMPORTANTI ARRIVARONO PRESTO. Subito dopo il 24 agosto, nel pieno della parte iniziale della sequenza di Omori generate dal terremoto di Amatrice e annidata nel settore centrale, gli scienziati non hanno nascosto la possibilità di nuovi terremoti distruttivi, in conformità con quanto avvenuto nel passato, ad esempio nel XIV e nel XVIII secolo quando ci sono stati forti terremoti con una frequenza molto serrata. 
Ad esempio l’11 settembre 2016 sul Corriere della Sera è apparso un articolo di Mario Sensini. Nell’articolo, il cui titolo un po' improvvido per colpa del titolista e non certo del giornalista era “Ora la frattura si sposta a Nord”, Paola Montone dell’INGV aveva detto, banalmente, che “l’evoluzione spazio – temporale della sismicità suggeriva la possibilità della migrazione dell’attività in settori adiacenti della faglia”.
 Paola Montone ha usato il verbo “suggerire”, Quindi anche se non si poteva escludere la possibilità di nuovi terremoti importanti, chiaramente quella non era una “previsione”, ma l’accettazione del fatto che in quel momento il rischio di qualche evento un po' più forte rispetto alla sismicità di fondo dell’area era notevole. 
Anche un rapporto prodotto da un gruppo di ricercatori afferenti a enti governativi e università straniere e italiane scrisse esplicitamente che era aumentata la probabilità di terremoti importanti nell’area (Piccardi et al, 2016).

Questa non era comunque una previsione, perché allo stato attuale i terremoti non si possono prevedere, neanche mezzo minuto prima che avvengano. Sappiamo comunque quali sono nel nostro Paese le aree con il maggiore potenziale sismico e difatti gli epicentri di tutti questi terremoti sono compresi nell’area ad alto rischio sismico corrispondente ad una fascia che corre lungo il crinale appenninico, chiaramente visibile nella carta sismica vigente dal 2006 (fig. 5), dove la magnitudo massima (Mw) potenziale associata alle varie faglie del sistema è intorno a 7. Questo valore è stato determinato da vari tipi di studi sui terremoti del passato: documenti storici importanti che attestano i danni nelle varie località, studi sul campo hanno evidenziato la presenza di forti dislocamenti cosismici, modificazioni del reticolo fluviale ed altre caratteristiche geomorfologiche. Un ottimo articolo che mostra diverse evidenze di movimenti lungo diverse faglie attive in Italia è Galli et al (2008).
I movimenti associati a un evento sismico importante sono stati particolarmente evidenti durante il più forte terremoto recente dell’area prima del 1997, quello del Fucino del 13 gennaio 1915, per oltre 80 anni l’unico realmente distruttivo avvenuto in “età sismologica” nell’Appennino centrale (Galadini e Galli, 1999).

Fig. 6 - Eventi sismici con M 3 e superiore fra il 24 agosto e il 25 ottobre 2016 
FINE OTTOBRE: ATTIVAZIONE DEL SISTEMA BOVE - VETTORE. Queste ipotesi di continuazione della sequenza (cosa diversa dal definirle “previsioni”) hanno avuto una tragica conferma due mesi dopo: il 26 ottobre due scosse molto forti hanno investito la zona tra Visso e Castelsantangelo sul Nera, a nord di Castelluccio. Per fortuna la prima delle due è stata la più debole, ma è stata sufficiente a far uscire la popolazione per strada e per questo la seconda, due ore dopo, ha colto gli abitanti all’aperto e non nelle proprie case all’ora di cena. Gli eventi del 26 ottobre hanno interessato duramente anche Camerino. 
Quattro giorni dopo, la mattina del 30 ottobre, è arrivata la scossa più violenta di tutte, il terremoto M 6.5 di Norcia. Questo terremoto, il più forte avvenuto in Italia dopo la tragedia irpina del 23 novembre 1980, ha prodotto una serie di effetti superficiali diffusi, in particolare ci sono stati dei movimenti ben visibili sia lungo la faglia principale (fino a quasi 2 metri di rigetto allo Scoglio dell’Aquila, sul monte Vettore) che lungo tutta una serie di faglie accessorie; alcuni di questi hanno addirittura sbarrato il passo ad alcuni ruscelli, provocando la formazione di piccoli laghi temporanei (ho descritto alcune faglie del bacino di Castelluccio qui). Inoltre a seguito del sisma c’è stata una importante modificazione nel sistema di circolazione delle acque sotterranee (il massiccio dei Sibillini è essenzialmente formato da rocce carbonatiche delle quali il carsismo costituisce una delle caratteristiche peculiari): il fiume Nera nei giorni successivi ha più che triplicato la sua portata, passando da 3 a 10 metri cubi a secondo. Ma il terremoto per fortuna non ha fatto vittime anche a causa delle scosse del 26, dopo le quali gran parte della popolazione di una vasta area non era ancora tornata a casa. Naturalmente con le scosse del 26 e del 30 ottobre sono iniziate nuove sequenze di Omori. 
Fig. 7 - dal 26 ottobre la sismicità a M 3 e superiore interessa anche la zona più settentrionale
fino ad allora risparmiata. La linea rappresenta il limite di questa sismicità al 25 ottobre

 Fig. 8 - gli eventi con M 3 e più fino a maggio 2019: si vede come dopo
gli eventi di Campotosto anche la parte meridionale non ha zone senza epicentri
18 GENNAIO 2018: I TERREMOTI DI CAMPOTOSTO. Dopo qualche mese di scosse più o meno risentite quotidianamente dalla popolazione locale, a metà gennaio la sequenza sismica ha avuto una nuova recrudescenza, stavolta a sud di Amatrice, generando i 4 terremoti di M compresa fra 5.0 e 5.4 del 18 gennaio 2018. Da allora non sono state più registrati eventi sismici con tale Magnitudo. 

In queste carte si vede la distribuzione delle repliche in tre intervalli temporali significativi, osservando esclusivamente gli eventi con M uguale o superiore a 3: la sequenza iniziata il 24 agosto 2016 è caratterizzata da 3 fasi: 
  1. nella prima fase (fig. 6), dal 24 agosto al 25 ottobre, la sismicità è essenzialmente annidata fra Preci a nord e il lago di Campotosto a sud, ma con gli eventi più meridionali “staccati” dagli altri. Questo denota che il settore settentrionale del Monte Vettore non ha ancora iniziato a muoversi. 

  2. il 25 ottobre 2016 (fig. 7) si attiva anche la parte settentrionale tra Preci e Camerino, e fino al 15 gennaio 2017 le repliche coprono tutta l'area tra Muccia a nord e Pizzoli a sud, a parte una leggera discontinuità che separa gli eventi della zona di Amatrice da quelli di Campotosto 

  3. dopo il 15 gennaio 2017 (fig. 8) non esiste più il gap tra Amatrice e Campotosto e la distribuzione delle repliche è praticamente continua

Fig. 9: tra aprile e maggio 2018, oltre a due eventi a Campotosto,
solo la zona di Pieve Torina è stata unteressata da sismicità con M 3+
LA CODA DI PIEVE TORINA. Nella primavera del 2018 si è evidenziato un aumento della frequenza e della magnitudo degli eventi nella zona più settentrionale del cratere sismico: tra Muccia e Pieve Torina, dal 4 aprile al 23 maggio 2018, l’area estremamente localizzata evidenziata nella carta di fig. 9, è stata colpita da 172 eventi con M > 2.1, dei quali 19 con M uguale o superiore a 3 e, soprattutto, dalle le punte di M 4.0 il 4 e 4.6 il 10 aprile. Ma era dall'inizio del 2018 che in zona si registrava una attività superiore a quella dei mesi precedenti: vi sono stati localizzati dal 1 gennaio al 22 maggio 2018 ben 36 dei 38 eventi con M 3 ed oltre di tutto il cratere. L’evento del 4, ma soprattuto quello del 10 aprile, hanno innescato a loro volta una piccola sequenza di Omori: limitandoci a terremoti con M uguale o superiore a 3 la zona di Muccia è stata interessata tra il 10 e il 30 aprile 2018 da 10 eventi (compreso il 4.6 del 10 aprile) e da 5 eventi nel giugno successivo, mentre in tutto il resto del cratere tra il 10 aprile e la fine di maggio ne è stato registrato solo uno; nel resto del 2018 in tutta l’area ci sono stati 7 eventi con M uguale o superiore a 3, mentre nel 2019 fino a tutto il 10 giugno sono stati registrati 4 eventi. 
Dal punto di vista temporale in tutta l'area interessata gli eventi complessivi con M3+ sono 260 entro il 23 ottobre 2016, e 957 entro il 14 gennaio 2017; considerando solo la zona del M 6.5 del 30 ottobre 2016, i 3 eventi più forti che hanno seguito la scossa principale sono: 

• M 4.8 1 novembre 2016 
• M 4.7 3 novembre 2016 
• M 4.6 10 aprile 2018 

Insomma, la sequenza di Omori iniziata il 24 agosto 2016 sembra finalmente volgere al termine... 
 


Gupta e Scholz, 2000. A model of normal fault interaction based on observations and theory. Journal of Structural Geology 22, 865–879

Galadini e Galli, 1999. The Holocene paleoearthquakes on the 1915 Avezzano earthquake faults (central Italy): implications for active tectonics in central Apennines, Tectonophysics 308, 143–170. 

Galli et al 2008. Twenty years of paleoseismology in Italy. Eart. Sci. Rev., DOI: 10.1016/j.earseirev.2008.01.001

Piccardi et al 2016. The August 24, 2016, Amatrice earthquake (Mw 6.0): field evidence of on‐fault effects – preliminary report
  

martedì 4 giugno 2019

Cronache della Scienza - 4 giugno 2019

Marie – Tharp: l’immagine è tratta da
 https://massivesci.com/articles/marie-tharp-bottom-ocean-maps/
dove c’è una biografia di questa geniale scienziata

Come qualcuno ha notato, è da un po' che non aggiorno Scienzeedintorni. Sono, per dirla con il poeta, ”in altre faccende affaccendato” e non ho più molto tempo per studiare, almeno per questo periodo. Ma siccome continuo a leggere un po' di notizie in giro, e le condivido spesso sui social, ho deciso di fare una cosa: anziché condividerle in maniera spot una per una, condivido qui su Scienzeedintorni una serie di notizie che mi paiono interessanti. Non so quanto potrò essere continuo, ma proverò ad esserlo. La copertina di questo primo numero è dedicata a Marie Tharp, una geologa dotata di un acume eccezionale che la fa essere uno dei principali precursori del passaggio, tra anni ‘50 e ‘60, dalla wegeneriana deriva dei continenti alla “wilsoniana” tettonica delle placche. 



LA SIGNORA DELLA TETTONICA DELLE PLACCHE. Oggiscienza ci propone la storia di Marie Tharp (1920 – 2006): è stata una delle prime donne che si sono occupate attivamente di geologia. A lei dobbiamo la prima carta dettagliata dell’Atlantico settentrionale, e la scoperta della valle mediana delle dorsali oceaniche, esattamente interpretata come le zone di divergenza fra le placche, in un momento in cui ancora che i continenti si muovessero era una convinzione di pochi. Ho parlato di come avvenne questo passaggio in questo post.

ANIMAZIONE DELLA FRATTURAZIONE DEL GONDWANA. La troviamo a questo URL.  Estremamente interessante anche perché illustra pure anche le varie Large Igneous Provinces (LIP), anche se i nomi attribuiti mi lasciano un po' perplesso: sono correttamente indicate la CAMP (la Provincia magmatica dell'Atlantico centrale, quella al passaggio Triassico - Giurassico e causa della contemporanea estinzione di massa e i basalti del Deccan (della fine del Cretaceo e, con buona pace dei sostenitori dell'impatto dello Yucatan, la vera causa dell'estinzione dei dinosauri), ma negli altri casi indica non le LIP, ma l'isola attualmente sopra alla zona in cui si sono originate: per cui Bouvet indica i basalti di Karoo – Ferrar, Tristan da Cunha quelli della provincia di Paranà – Etendeka, e Marion è il Madagascar. Da notare l'ttima evidenziazione di come  l’India schizzi letteralmente via verso nord: qualche anno fa alcune ricostruzioni della collisione India – Eurasia erano state scartate perché “richiedevano una velocità dell’India doppia di quella massima attuale”. Che invece era vera. Sull'apertura dell'Oceano Indiano ho scritto questo post

ANTROPOLOGIA. Come ho sempre sostenuto, il passaggio da una economia basata su caccia e raccolta ad una basata sull’agricoltura è stata una fregatura pazzesca: gli agricoltori vivevano di meno e avevano una salute peggiore rispetto ai loro antenati cacciatori – raccoglitori. L’aumento di popolazione fu dovuto solo all’aumento della prolificità, perché i figli servivano a lavorare la terra, attività che richiedeva un impegno molto maggiore rispetto allo stile di vita precedente. E questo è stato dimostrato di recente: nelle Filippine una parte di una tribù di cacciatori – raccoglitori ha abbracciato l’agricoltura: rispetto agli esponenti della loro etnia che hanno continuato a fare i cacciatori – raccoglitori, gli agricoltori lavorano di più e hanno meno tempo libero 

ENERGIA E AMBIENTE. Uno studio cinese mira a sostituire l’acqua con il CO2 nelle operazioni di fracking. Rimarranno i soliti problemi di inquinamento ma se non altro si eviterebbe il consumo di acqua, tanta acqua, di cui una buona parte ritorna in superficie (il cosiddetto flow-back, tipicamente un 20% di quanto iniettato), che poi visto cosa contiene non può certo essere liberata nell'ambiente e quindi deve essere stoccata in profondità, talvolta provocando sismicità. Ne ho parlato diverse volte, ad esempio qui.

ENI IN EGITTO. l’ENI ha concluso l’allestimento delle infrastrutture per l’estrazione di metano dal giacimento Zohr, a largo dell’Egitto. Si tratta di una scoperta del 2015, una delle più grandi scoperte nel Mediterraneo che fu celebrata dai media 4 anni fa, gli stessi che avevano ignorato una scoperta simile sempre in Egitto pochi mesi prima, Nooros. Entrambe si trovano a poca distanza dalla copsta tra il delta del Nilo e il Sinai



martedì 5 marzo 2019

Ulteriori indizi sul fatto che l'impatto dello Yucatan non c'entra nulla con l'estinzione dei dinosauri (nonostante quello che viene asserito anche negli articoli che presentano i due nuovi lavori)


In questi giorni sono uscite delle notizie di stampa su due lavori che hanno riguardato la tempistica delle eruzioni dei trappi del Deccan, suggerendo che il contributo dei basalti indiani all’estinzione di fine Cretaceo sia ancora da discutere e che quindi l’impatto dello Yucatan sia la causa preminente dell’evento. Niente di tutto questo. In entrambi i lavori si dice semplicemente che i meccanismi attivati dalle Large Igneous Provinces che causano le estinzioni di massa sono ancora in parte da capire e che probabilmente non è neanche vero che l’impatto abbia provocato un aumento dell’attività vulcanica, come invece è stato indicato da parecchi Autori. Ennesima dimostrazione che sia vero quanto sostengo io ne “il meteorite e il vulcano: come si estinsero i dinosauri”: la bufala colossale dell’asteoride – killer è nata esclusivamente per non attribuire a ingenti emissioni di CO2 i problemi di quello che allora si chiamava KT e oggi KPB (Cretaceous – Paleogene border).

la perfetta correlazione fra estinzioni di massa e Large Igneous Provinces
INNANZITUTTO  UNA NOTA: National Geographic riporta più o meno questa frase: Tuttavia, gli studi sono in disaccordo sulla precisa collocazione temporale e sulla durata delle eruzioni, fondamentali per risalire alle cause dell'estinzione di massa. Il primo dei due studi afferma che i Trappi del Deccan intensificarono considerevolmente l'attività eruttiva nei 100 mila anni precedenti all'impatto dell'asteroide, stravolgendo forse alcuni ecosistemi prima del colpo finale sferrato dall'asteroide. L'altro studio sostiene invece che gran parte delle eruzioni vulcaniche sarebbero occorse solo in seguito all'impatto, suggerendo che l'attività vulcanica abbia avuto un ruolo minore nell'estinzione di massa.
Ebbene, chi ha scritto queste note non ha proprio letto gli articoli. O se li ha letti è semplicemente convinto/a che i dinosauri siano stati sterminati dall’impatto, cosa che nei due articoli non è stata assolutamente scritta. Mentre i due articoli dimostrano che la crisi è iniziata ben prima del cosmico impatto ed è finita ben dopo.

L'articolo di McLean del 1978
sull'effetto serra della fine del Cretaceo
ESTINZIONI E LARGE IGNEOUS PROVINCES. Noto prima come evento K/T (Cretaceo – Terziario), oggi il passaggio Cretaceo – Paleogene viene chiamato KPB (Cretaceous – Paleogene Border), e corrisponde alla più nota delle estinzioni di massa, quella che ponendo fine 65 milioni di anni fa a 135 milioni di anni di dominio da parte dei dinosauri (o, meglio, a 185 milioni di anni di dominio degli arcosauri, oggi rappresentati solo da uccelli, coccodrilli e, possibilmente, tartarughe), aprì nuovamente la strada al dominio dei sinapsidi, rappresentati questa volta dai mammiferi. I mammiferi placentati in particolare sono i veri vincitori del dopo KPB; erano già diffusi in tutti i continenti (Australia esclusa), e quindi dovevano essere rappresentati da parecchie linee ma quelle attuali si sono differenziate abbondantemente dopo il KPB: questo – secondo me – prova che anch’essi furono duramente provati da questo evento (e da quello successivo al passaggio Paleocene – Eocene, il PETM).
In entrambi i casi, come nelle estinzioni al passaggio Permiano – Triassico e Triassico – Giurassico e in vari altri eventi “minori”, le crisi biotiche sono contemporanee alla messa in posto di una Large Igneous Province, immensa copertura di centinaia di migliaia di km cubi di lave basaltiche, come si vede nella figura iniziale.
Tutti questi eventi sono stati preceduti da una serie di situazioni, in particolare una diminuzione delle temperature e del livello del mare a cui segue una fase a forte riscaldamento, variazioni nei rapporti fra gli isotopi del carbonio e dello stronzio, acidificazione dei mari, formazione di zone prive di ossigeno al culmine della crisi etc etc
Quindi sarebbe stato facile attribuire anche l’evento della fine del Cretaceo ad una Large Igneous Province.
Purtroppo c’è un problema: il KPB è quello più studiato, vuoi perché fra è l’estinzione più recente fra quelle massicce, vuoi perché vi sono stati coinvolti gli animali forse più iconici di tutti e cioè i dinosauri, che però – forse – si erano già estinti qualche centinaio di migliaia di anni prima (Archibald, 2014). Questo problema nasce nel 1978, quando Dewey Mc Lean propose per la fine del Cretaceo problemi dovuti ad un forte effetto – serra dovuto ad un aumento del CO2 atmosferico (McLean, 1978). Tirare fuori le emissioni di CO2 è un problema ancora adesso negli USA e non solo, figuriamoci 40 anni fa.. per questo la reazione pochi mesi dopo fu la storia dell’asteroide – killer in cui il passaggio fra Cretaceo e Paleocene si era svolto in un momento buio e freddo anziché di violento riscaldamento (cosa nota da tempo, basta vedere Fantasia di Walt Disney..). E tralascio il modo con cui Alvarez e i suoi hanno trattato McLean e quelli – in genere – che non la pensavano come gli impattisti.
Recentemente anche il figlio di Alvarez ha capito che l’asteroide è caduto parecchio prima del limite, in un articolo in cui, comunque si sostiene che la virulenza dei Trappi del Deccan sia dovuta all’impatto (Richards et al 2015).
Ma di “indiani” ancora attaccati al meme del meteorite ce ne sono tanti. E fuori da chi si occupa specificamente del problema non c’è verso: l’asteroide è il Killer, e chissenefrega se come durante  le altre estinzioni di massa c’era una Large Igneous Province in corso (o, meglio, le altre sì sono dovute alle LIP ma questa no…). Addirittura, è il concetto stesso di Large Igneous Provinces che è sconosciuti ai più (e, aggiungo, difficilmente immaginabile proprio per l’immensità di queste eruzioni)
Fondamentalmente ci sono due modelli che legano le Large Igneous Provinces ai cambiamenti ambientali (Bond e Wignal, 2014):

  • rilascio di CO2 da parte dell’attività vulcanica, che provoca riscaldamento globale, acidificazione degli oceani e destabilizzaizone del ciclo del carbonio
  • iniezione di SO2 nella stratosfera, con la sua conversione in aerosols, che provocano un raffreddamento, e piogge acide (ben spiegato in Schmidt et al 2016) 

In realtà queste sono probabilmente due sfaccettature diverse dello stesso problema. In particolare il secondo fenomeno può essere ben visto come la causa del raffreddamento che precede il riscaldamento con cui si avvia l’acme dell’evento di estinzione, anche perché questi due meccanismi hanno tempi diversi di formazione e di durata: gli effetti delle emissioni di SO2 da una singola eruzione durano qualche anno, mentre, mentre l’accumulo di gas-serra permane per decine di migliaia di anni. Inoltre l'aumento della alterazione chimica delle rocce silicatiche a causa dell’acidificaizone dell’atmosfera ha come conseguenza un importante sequestro di CO2.

I NUOVI LAVORI SULLA DATAZIONE DEI TRAPPI DEL DECCAN. La discussione ovviamente verte sulla datazione dei basalti del Deccan. 
Un punto fermo sono stati i lavori della Chenet e soci, che avevano trovato 3 fasi principali (Chenet et al 2009). Ma vediamo le ultime novità.
Nel primo lavoro Schoene et al (2019) hanno datato gli zirconi di alcune lave e di alcuni tufi del Deccan con il metodo U-Pb, che fornisce una forbice di circa 40.000 anni, considerando cristalli presumibilmente formatisi durante o poco prima della messa in posto delle lave. Secondo queste datazioni i trappi del Deccan si sono messi in posto in 4 principali eventi massicci, ciascuno di durata di circa 100.000 anni, separati da periodi di relativa quiescenza: 

  • tra 66.3 e 66.15 Ma (varie formazioni basali)
  • tra 66.1 e 66.0 Ma (Poladpur)
  • tra 65.9 e 65.8 Ma (Ambenali)
  • tra 65.6 e 65.5 Ma (Mahabaleshwar). 

Come datazione di riferimento per il KPB utilizzano una cenere vulcanica nel bacino di Denver, datandola a 66.016 ± 0.050 MA. Per loro c’è un 90% di probabilità che la fase di Poladpur sia iniziata qualche decina di migliaia di anni prima dell’evento di estinzione. 

Sprain et al (2019) per datare le lave usano invece il metodo 40Ar / 39Ar. Nel mio libro ho parlato di come le prime datazioni con il metodo potassio – argon erano ben poco precise perché l’argon tende a uscire dai reticoli cristallini se la roccia a un certo punto sale di temperatura e quindi la quantità di argon-40 derivato dal potassio-40 è minore di quello che dovrebbe esserci. Per cui si confronta la quantità di Argon 40 con quella di Argon 39, supponendo che entrambi gli isotopi abbiano avuto un ritmo di fuga simile.
I risultati sono parecchio diversi da quelli dell’altro lavoro: l’attività del Deccan sarebbe stata quasi continua per quasi un milione di anni da circa 66,413 Ma ago a 65.422 Ma ago emettendo 560.000 km3, oltre il 90% del totale di tutti i trappi del Deccan. Questi autori usano come orizzonte del KPB una cenere vulcanica che si trova 1 cm sopra l’anomalia dell’Iridio nel Montana orientale, datato a 66.052 ± 0.008/0.043 Ma con il metodo 40Ar/39Ar, che quindi si collocherebbe durante l’attività magmatica. 
Le due datazioni diverse si sovrappongono fra 66,060 e 66,066 MA. Per Sprain et al (2019) la messa in posto in 3 fasi di Chenet et al (2007) deriverebbe da un errore dovuto a pochi dati e di precisione inferiore (10 anni di perfezionamento della strumentazione sono importanti).

Però c’è un però: in base alla stratigrafia del Deccan Sprain e soci notano che l’attività sarebbe aumentata DOPO il KPB e questo pone qualche evidente problema, in quanti i maggiori cambiamenti climatici si sono verificati PRIMA del KPB. Li ricordo:

  • un aumento nelle temperature globali di circa ~2.5–5°C nel tardo Maastrichtiano tra 150.000 e 450.000 anni prima del KPB (Barnet et al, 2018), che curiosamente coincide con le ultime testimonianze di dinosauri (Archibald, 2014)
  • un evento di raffreddamento di ~ 5°C che porta al KPB
  • nel milione di anni dopo il KPB oltre a un impulso di raffreddamento di breve durata (da mesi a millenni) (da 2° a 4°C) immediatamente dopo il KPB, abbiamo 100.000 anni di surriscaldamento (~ 5°C)

Il ciclo delle temperature è simile a quello indicato negli altri eventi di estinzione di massa, in particolare il raffreddamento nelle fasi precedenti all’evento,  che invece si colloca durante un brusco riscaldamento. 

Nello scenario di una attività continua in Deccan
 la maggior parte delle lave si sono prodotte dopo il KPB
La vastità dei Trappi del Deccsn

DATAZIONE DEL KPB E DELL’ATTIVITÀ MAGMATICA. Riepilogando:

  • per Shoene et al il KPB è avvenuto dopo l’inizio della fase di Polapdur, e quindi il legame appare abbastanza chiaro anche se è ancora “da perfezionare” 
  • mentre per Sprain et al c’è un aumento del ritmo di produzione di lave DOPO il KPB. 

Quindi per Sprain e soci la domanda è come e quando si producono i volatili che sarebbero alla base dei cambiamenti climatici a cui si deve la crisi biotica connessa ad una Large Igneous Province. In altre parole, il rilascio di gas magmatici  clima-alteranti (principalmente CO2 e SO2) è sincrono con il culmine del volume di lava eruttato o no? 
Nel caso del Deccan se il rilascio di gas fosse stato direttamente proporzionale alla produzione di magmi qualcosa non torna. Ma è estremamente probabile che non lo sia e che le emissioni di gas alteranti siano state particolarmente ingenti nelle fasi pre-eruttive. Recentemente è stato dimostrato che un ingente degassamento si verifica quando il magma risiede a profondità superficiale senza alcun flusso di lava corrispondente che generi eruzioni e i volatili sono introdotti passivamente nell'atmosfera attraverso faglie preesistenti e sistemi idrologici superficiali (Edmonds e Wallace 2017). Soprattutto, le porzioni crustali intorno e sopra il magma sarebbero sottoposte ad un riscaldamento (quello che forma le aureole metamorfiche intorno ai graniti) e quindi a reazioni chimiche che rilasciano volatili, in particolare carboni e/o idrocarburi e/o sedimenti evaporitici, comuni nelle sequenze che si formano nelle zone di rift nelle quali si impostano di preferenza le Large Igneous Provinces: ad esempio i carboni sono stati proposti come fonte di CO2 per i trappi siberiani e l’estinzione di fine Permiano (Blacks et al, 2012). mentre gli idrocarburi come fonte del riscaldamento al passaggio Paleocene – Eocene prima della messa in posto della provincia magmatica dell’Atlantico settentrionale (Arnes et al, 2016).
Effetti atmosferici delle emisisoni delle Large Igneous Provinces

Quindi le emissioni possono essere disaccoppiati dall'attività eruttiva e Sprain et al (2019) propongono questo modello:
1. i primi magmi che sono risaliti dal mantello sotto il Deccan hanno perso una grande quantità di volatili magmatici (soprattutto CO2) prima delle eruzioni superficiali quando si sono fermati nella nella crosta superiore;  l’emissione di questi volatili ha provocato il riscaldamento globale (Sobolev, 2011), anche se fra i gas che si sono formati durante il metamorfismo delle rocce adiacenti alle riserve magmatiche non c’erano idrocarburi o carboni, come suggeriscono la geologia dell’area e il fatto che non è stato destabilizzato in questa fase il rapporto isotopico del Carbonio
2. Successivamente, proseguendo nel tempo verso il KPB, il trend varia verso il raffreddamento a causa di tre meccanismi: 
(a) i primi magmi avrebbero persistentemente iniettato in atmosfera zolfo che ha formato degli aerosol e provocato un raffreddamento globale, che per i quantitativi in gioco è forzatamente maggiore di quello provocato dalle esplosioni vulcaniche come quella del Tambora del 1815 o del Pinatubo nel 1991 
(b) l’acidità atmosferica provocata dall’aumento del CO2 e di SO2 ha aumentato l’alterazione chimica dei silicati, un processo che sequestra appunto del CO2 ed è dimostrato dalle alterazioni del rapporto isotopico dello stronzio e 
(c) diminuisce sensibilmente l’apporto di volatili dovuto al metamorfismo della crosta intorno ai magmi  
Notate che una buona parte degli avvenimenti sono accaduti PRIMA dell’impatto dello Yucatan e quindi si conferma ancora una volta che l’evento astronomico non c’entri assolutamente niente

Pertanto è probabile che dal punto di vista della capacità di promuovere una estinzione di massa o no la discriminante principale fra una Large Igneous Province che lo faccia e un’altra che non lo faccia siano le caratteristiche chimiche e stratigrafiche al di sotto della superficie terrestre sopra la quale i basalti si mettono in posto: senza un importante contributo proveniente dal metamorfismo di materiali crustali le Large Igneous Provinces non hanno un grande effetto biotico; sarebbe questo quindi il motivo per cui i basalti di Paranà – Etendeka, messi in posto in una zona in cui l’Oceano Atlantico doveva ancora aprirsi e all’epoca piuttosto interna al continente composto da Africa e America meridionale, abbiano avuto effetti piuttosto modesti sul bioma (Jones et al, 2016). 

In conclusione i due lavori forniscono cronologie e dinamica molto diverse sulla tempistica delle eruzioni del Deccan e resta ancora molto da scoprire su come il magmatismo del basalto inondazioni contribuisca alle estinzioni di massa. Ma chiedere come fanno una rivalutazione fondamentale del ruolo delle eruzioni del Deccan nell'estinzione di massa del KPB  non significa assolutamente rimettere in gioco l’impatto dello Yucatan come fattore scatenante dell’estinzione. come invece si è letto da diverse parti.


  • Archibald (2014) What the dinosaur record says about extinction scenarios GSA Sp Pap 505, 213-224 
  • Arnes 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
  • Barnet et al (2018) A new high-resolution chronology for the late Maastrichtian warming event: Establishing robust temporal links with the onset of Deccan volcanism Geology 46/2, 147–150 
  • Blacks et al 2012 Magnitude and consequences of volatile release from the Siberian Traps
  • Earth and Planetary Science Letters 317–318, 363-373
  • Bond e  Wignall, 2014 Large igneous provinces and mass extinctions: An update Geol. Soc. Am. Spec. Pap. 505,  29–55 (2014)
  • Chenet et al 2009 Determination of rapid Deccan eruptions across the Cretaceous - Tertiary boundary using paleomagnetic secular variation: 2. Constraints from analysis of eight new sections and synthesis for a 3500-m-thick composite section J. Geophys. Res., 114, B06103, DOI:10.1029/2008JB005644. 
  • Edmonds e Wallace 2017 Volatiles and Exsolved Vapor in Volcanic Systems Elements 13 (1): 29-34.
  • Jones et al., 2016, The effects of large igneous provinces on the global carbon and sulphur cycles. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 441/1, 4-21
  • McLean 1978, A terminalmesozoic “greenhouse”: lessons from the past. Science 201, 401–406
  • Richards et al. 2015 Triggering of the largest Deccan eruptions by the Chicxulub impact GSA Bulletin 127, 1507 – 1520
  • Schmidt et al 2016 Selective environmental stress from sulphur emitted by continental flood basalt eruptions Nat. Geosci. 9, 77–82
  • Schoene et al 2019 U-Pb constraints on pulsed eruption of the Deccan Traps across the end-Cretaceous mass extinction Science 363, 862-866 
  • Sobolev et al 2011 Linking mantle plumes, large igneous provinces and environmental catastrophes Nature 477, 312–316