Emungimento delle falde acquifere, asse di rotazione terrestre e livello del mare: gli scopi del lavoro e cosa è stato effettivamente scritto

L’asse terrestre si muove di continuo (succede anche in caso di forti terremoti). Il titolo della notizia uscita su openonline e su altri giornali recita “L’estrazione di acqua dalle falde ha modificato l’inclinazione dell’asse terrestre – Il sorprendente studio su Nature”. Ora, è vero che l’emungimento delle falde acquifere può provocare subsidenze particolarmente elevate (oltre 50 mm/anno) e quindi forzatamente un po' di disequilibrio ci deve essere per forza, ma l’estensione delle zone interessate dal fenomeno pare un po' troppo limitata e saltuaria per provocare uno sconquasso del genere. Comunque sarebbe bastato leggere meglio il lavoro (o meglio farlo leggere ad una persona competente) o affidarsi a qualche lancio di agenzia autorevole per trattare meglio la questione e dire che le variazioni della posizione dell'asse di rotazione terrestre sono state il mezzo per arrivare al fine: il lavoro è partito dali movimenti dell’asse terrestre per capire se ci sia e quanto sia il contributo dei prelievi dalle falde acquifere all'aumento del livello dl mare. Invece Openonline (e gli altri a cascata) partono da una conclusione accessoria senza parlare dello scopo reale del lavoro. Inoltre non è vero che questo studio "smentisce la precedente teoria secondo cui a modificare l’inclinazione dell’asse terrestre fosse la fusione dei ghiacci polari": semplicemente conferma la presenza di un altra componente oltre a quelle già note, fra le quali ovviamente la fusione dei ghiacci antartici e groenlandesi è presente eccome.

area in subsidenza a Lorca, in soagna a causa dei prelievi
idrici dal sottosuolo a scopo irriguo

SFRUTTAMENTO DELLE FALDE ACQUIFERE E SUBSIDENZA. Già l’inserimento del prefisso “sovra” implica di suo che la risorsa venga sfruttata più di quanto viene prodotta. Venendo alle acque sotterranee in alcuni casi, soprattutto nelle zone aride, si tratta di acquiferi fossili, formatisi in condizioni climatiche diverse da quelle attuali e che quindi sono sovrasfruttati per definizione. Comunque il sovrasfruttamento delle falde acquifere presenta diversi aspetti negativi da tempo acclarati e piuttosto gravi. Innanzitutto produce subsidenza; il che in aree lontane dal mare, per esempio a Pistoia o a Lorca in Spagna, dove ci sono importanti necessità di acqua a scopo irriguo, il problema è meno grave, anche se potrebbe portare a qualche rischio per gli edifici o a un aumento della pericolosità da alluvione. 

La subsidenza indotta dai prelievi di acque di falda nelle aree costiere invece si somma alla subsidenza naturale che caratterizza nella maggior parte dei casi le aree di questo tipo, acuendone le conseguenze. Anche bonifiche e canalizzazioni, che da un lato sono utilissime per evitare danni alle coltivazioni e ai beni antropici in generale impedendo le alluvioni, dall’altro sono un problema perché senza le alluvioni non si depositano quei sedimenti sul terreno che in Natura spesso servono proprio per controbattere la subsidenza (è proprio la somma di subsidenza e deposito di sedimenti alluvionali che consente lungo le coste accumuli sedimentari particolarmente potenti). Da ultimo l’aumento del livello marino si somma dal punto di vista geometrico alla subsidenza. 

Quindi tra subsidenza e innalzamento del livello marino le conseguenze possono essere devastanti, sia per la sommersione di importanti aree, specialmente deltizie, che per la risalita delle acque marine nel sottosuolo, il cosiddetto cuneo salino, il quale rende impossibile sfruttare ulteriormente le falde e distrugge l’agricoltura quando le falde contenenti acque salse arrivano al livello delle radici delle piante.

a sinistra la Variazione totale dello stoccaggio delle acque sotterranee sulla terraferma
a destra la variazione del livello del mare associata
Periodo 1993–2010 - Valori in mm da Seo et al 2023

LE COMPONENTI DELL’AUMENTO DEL LIVELLO DEL MARE. Da come è messo il titolo dell’articolo in italiano sembra che l’asse terrestre si muova a causa della somma degli effetti locali del sovrasfruttamento delle falde acquifere. 

In realtà non è una conseguenza diretta del sovrasfruttamento, perché è stato omesso un passaggio fondamentale: per la maggior parte dopo il loro utilizzo queste acque finiscono appunto in mare e lo scopo della ricerca è stabilire se e quanto il livello del mare sia stato influenzato da questo contributo. 

Nel periodo 2005-2015, l'altimetria satellitare ha mostrato un aumento del livello medio globale del mare di 3,5 mm/anno. La missione spaziale GRACE è stata in grado di fornire in dettaglio il contributo di varie componenti come lo scioglimento delle calotte glaciali antartica e groenlandese e dei ghiacciai montani: i cambiamenti della densità oceanica hanno contribuito per circa 1,3 mm/anno (WCRP, 2018). Il resto (2,2 mm/anno) è causato dall'aumento della massa oceanica (Kim et al., 2019). 

ASSE DI ROTAZIONE TERRESTRE E PRELIEVI IDRICI. Ma a quanto ammonta l'aumento del livello marino a causa dei prelievi di acque sotterranee? Sulla base di modelli climatici, gli scienziati hanno precedentemente stimato per i prelievi antropici un valore di circa 2.150 gigatonnellate di acque sotterranee, equivalenti a più di 6 millimetri di innalzamento del livello del mare, dal 1993 al 2010. Ma convalidare tale stima è difficile e questo lavoro ha dato una risposta quantitativa alla domanda.

Per dare una risposta si è ricorsi a delle misure indirette e cioè alle modifiche dell’asse di rotazione terrestre indotte da questo processo. In sostanza il polo di rotazione terrestre si muove rispetto alla crosta (è il cosiddetto moto polare) ed è ovvio che la distribuzione dell'acqua sul pianeta ne influenzi la posizione perché gli oceani non sono uniformemente distribuiti sulla superficie terrestre. Insomma, uno spostamento dell’acqua dalle calotte polari o dalla terraferma verso gli oceani modifica leggermente la posizione dell'asse di rotazione terrestre.

In passato era stato erroneamente dedotto che lo stoccaggio in terraferma rappresentasse una componente che diminuiva il livello marino perché le variazioni nel centro di massa terrestre non erano adeguatamente contabilizzate nell'elaborazione dei dati GRACE (Jeon et al., 2018). 

a sinistra le singole componenti del trend di movimento del polo di rotazione
a destra la somma delle componenti con (blu pieno) e senza (blu tratteggiato) il contributo delle acque sotterranee
La freccia rossa è il movimento osservato da Sao et al (2023)

RISULTATI DELLA MODELLAZIONE. A differenza di quanto riporta Openonline, non è vero che lo scioglimento dei ghiacci non contribuisca al fenomeno: in realtà il contributo dell’acqua finita in mare a seguito di attività antropiche è una componenti che si aggiunge alle precedenti, sia per l’innalzamento del livello del mare che - di conseguenza - per le perturbazione del movimento dell’asse terrestre. Inizialmente Seo et al (2023) hanno modellato il movimento di deriva del polo di rotazione terrestre prendendo in considerazione solo lo scioglimento di calotte glaciali e ghiacciai. I risultati non erano in accordo con la realtà. I conti tornano invece aggiungendo quei 2150 miliardi di tonnellate di acque interne finite in mare per l’attività antropica, che hanno provocato tra il 1993 e il 2010 una componente del movimento dell’asse terreste di 4,36 cm l’anno, da cui deriva un contributo all'aumento del livello del mare da parte delle acque di provenienza dalla terraferma di circa 0,3 mm/anno.

Il prossimo passo potrebbe essere guardare al passato: osservare i cambiamenti nel polo di rotazione terrestre è utile per comprendere le variazioni di stoccaggio dell'acqua su scala continentale: i dati sul movimento polare sono disponibili già dalla fine del XIX secolo e quindi, questi dati potrebbero essere utilizzati per comprendere le variazioni di stoccaggio dell'acqua continentale durante gli ultimi 100 anni ed esplorare le possibili conseguenze sul clima.

BIBLIOGRAFIA

Jeon et al. (2018). Global sea level change signatures observed by GRACE satellite gravimetry. Scientific Reports, 8(1), 13519. 

Seo et al.(2023). Drift of Earth's pole confirms groundwater depletion as a significant contributor to global sea level rise 1993–2010. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL103509

WCRP (2018). Global sea-level budget 1993–present. Earth System Science Data, 10(3), 1551–1590

La possibile evoluzione delle condizioni meccaniche delle rocce al di sopra del campo geotermico dei Campi Flegrei e le conseguenti implicazioni sulla dinamica del vulcano e sui parametri che la governano

La fase di sollevamento attualmente in corso ai Campi Flegrei differisce sensibilmente da quelle recenti e ben studiate scientificamente perché è ben più lunga e presenta un tasso di sollevamento molto minore (anche se, per la sua lunghezza, in valore assoluto è la più importante). In un lavoro recentemente uscito Kilburn et al (2023) sostengono che il cambiamento nel comportamento del sollevamento sia stato causato dalle interazioni fra il gas magmatico che si accumula a circa 3 km sotto la superficie e la crosta sovrastante, dove i gas inducono delle fratturazioni. Una fratturazione più diffusa potranno offrire al magma e al gas che risalgono da una profondità maggiore un accesso più facile alla superficie rispetto a quanto è successo fino ad ora. Comprendere i cambiamenti strutturali in atto oggi è quindi essenziale per rendere più affidabili gli scenari pre-eruttivi.

la stratigrafia ddella caldera flegrea
da Kilburn et al 2023

La caldera flegrea è notoriamente interessata da movimenti verticali, talmente significativi da essere citati addirittura nella copertina nel leggendario Principles of Geology di Charles Lyell del 1832 e il più prestigioso riconoscimento per contributi eccezionali nelle Scienze della Terra è la medaglia Lyell, assegnata ogni anno dalla Geological Society of London. Nella medaglia Lyell sono raffigurate le colonne del tempio di Serapide a Pozzuoli. Anzi, le osservazioni che fece Lyell al tempio di Serapide sono la prima osservazione sicura del gradualismo dei fenomeni geologici (ne ho parlato qui)

I resti della città di Baia attualmente sommersi dimostrano che il suolo in età romana fosse ben più alto di adesso e un forte sollevamento precedette l’eruzione del Monte Nuovo del 1538.

IL SISTEMA IDROTERMALE DEI CAMPI FLEGREI E I SUOI MOVIMENTI VERTICALI. I Campi Flegrei hanno un sistema idrotermale attivo fino a una profondità di circa 2,5-3,0 km, alimentato dal degassamento del magma che si trova a circa 8 km di profondità. I gas vengono costantemente rilasciati dalle fumarole (le principali sono la Solfatara e Pisciarelli).

La maggior parte dei fluidi per adesso rimane in profondità perché tra essi e la superficie si trovano sedimenti impermeabili, per cui l’unico modo di risalire dei gas è attraverso delle fratture, che attualmente sono poche (ho parlato di recente proprio della provenienza di questi fluidi).

Sollevamenti e subsidenze sono legati ad intrusioni magmatiche a bassa profondità come nel 1985 (Troise et al, 2019) o ad aumenti della temperatura nel sistema idrotermale dovuto all’afflusso dal profondo dei gas liberati dal magma che aumentano la temperatura e la pressione nel sistema idrotermale. A questo modo si genera la sismicità a profondità minore di 3 km (e quindi ben risentita dalla popolazione) attualmente presente nei dintorni di Pozzuoli. La sismicità avviene in genere durante le fasi di sollevamento e viene considerata vulcano-tettonica. 

Alla conclusione della fase di intrusione di magmi e/o degli afflussi di vapore profondi le fasi di sollevamento si concludono innescando una relativa subsidenza e una netta diminuzione dell’attività sismica. Da notare che la velocità del sollevamento per cause magmatiche come nel 1984-85 è decisamente più alta che in una fase semplicemente guidata dai gas come quella attuale. Il rilassamento tra il 1986 e il 2004 viene spiegato con una diminuzione del flusso di gas dalla camera magmatica (Kilburn et al, 2017).

In particolare negli ultimi decenni ci sono stati 4 episodi di sollevamento, di cui l’ultimo è ancora in corso dal 2005 (quindi quasi 20 anni contro i pochi anni degli episodi precedenti). È caratterizzato da un tasso medio di sollevamento dell'ordine di 0,01-0,1 m all'anno, dieci volte più lento di quelli che lo hanno preceduto, ma a causa del suo protrarsi nel tempo il valore assoluto del sollevamento è estremamente alto. Inoltre la sequenza sismica attuale interessa una minima parte del volume crustale interessato dalla sequenza del 1984.

La ovvia domanda è “come mai queste differenze?”.

IL RAPPORTO FRA DEFORMAZIONE E NUMERO DI TERREMOTI. Tutto il lavoro ruota sulla curva del grafico che mette in relazione il numero progressivo di eventi sismici con il sollevamento. Quello che balza agli occhi è che dal 2015 la curva descritta da questo rapporto tende ad aumentare la pendenza in modo esponenziale, per poi diventare una retta.

Vediamo la curva divisa in 3 settori: tra l’agosto 2010 e il gennaio 2015 è sostanzialmente lineare. Dal gennaio 2015 al gennaio 2020 abbiamo 5 anni in cui la curva descrive un esponenziale. Dal maggio 2020 al giugno 2021 la curva diventa di nuovo una retta. 

La curva ritorna ad essere una retta perché la resistenza alla trazione delle rocce scende dal suo valore iniziale a zero man mano che le fratture crescono e si uniscono; nel 1984 sembra che il processo si sia arrestata prima ddi arrivare a questo punto. Il nuovo comportamento del rapporto fra sollevamento e sismicità dimostrerebbe quindi una diminuzione della resistenza nella zona interessata dalle rotture, almeno dal maggio del 2020, quando la crosta è entrata nel regime anelastico di deformazione. Il comportamento anelastico è un precursore di un'ulteriore rottura, ma non è detto che si arrivi per forza ad una rottura totale. Si possono prevedere almeno tre scenari diversi:

(1) si stabilisce un nuovo stato di equilibrio: il sollevamento rallenta fino ad arrestarsi e si ritorna ad una subsidenza come tra 1986 e 2004

(2) il quantitativo di flusso oscilla, perché i fluidi tendono a depositare minerali nelle fratture cercando quindi di chiuderle, mentre la pressione tende a riaprirle. Anche in questo caso comunque il movimento del suolo si inverte e quindi dal sollevamento si passa a subsidenza 

(3) Il sollevamento continua finché la crosta superiore non si rompe completamente. Supponendo che nelle fratture passeranno soltanto fluidi in pressione, le conseguenze possono variare da un aumento generale del flusso di gas in superficie a rilasci concentrati come esplosioni freatiche. Annoto che probabilmente le esplosioni freatiche saranno difficilmente prevedibili.

Robertson e Kilburn (2016): l'eruzione del Rabaul del 
1994 è stata èreceduta da una sismicità inferiore
a quella registrata tra 1984 e 1986 senza la produzione di una eruzione 

POSSIBILI MODIFICHE AI PRECURSORI DI UNA ERUZIONE. Se la situazione nei prossimi anni evolverà in questa direzione, ci potranno essere delle significative modifiche in alcuni parametri che vengono monitorati per prevedere le eruzioni.

Il lavoro di Kilburn et al 2023 non si occupa di parametri come temperatura e composizione delle fumarole o osservazioni gravimetriche, anche se penso che la nuova situazione porterà ad una variazione significativa di alcuni parametri di base anche in questi ambiti, probabilmente su valori intermedi fra quelli attuali “a riposo” e quelli di “preavviso di eruzione” e resta il fatto che prima di una eruzione ci saranno lo stesso delle variazioni “in peggio” di questi parametri.

Per Kilburn et al (2023) ci potrebbero essere cambiamenti importanti su precursori come la sismicità e le deformazioni del suolo: in particolare a parità di condizioni saranno minori i tassi di sismicità e il sollevamento del suolo. Questo comportamento è stato dedotto in analogia a quanto già osservato alla caldera del Rabaul, in Papua Nuova Guinea dove l’eruzione del 1994 fu preceduta si da un aumento nella frequenza di eventi, ma su valori dieci volte inferiori a quelli registrati durante una crisi sismica durata due anni nel decennio precedente che non aveva poi provocato una eruzione (Robertson e Kilburn, 2016) (il tutto ricordandosi che il Rabaul è un vulcano di tipo calcalcalino mentre i Campi Flegrei appartengono alla suite potassica e il comportamento potrebbe non essere lo stesso).

La cosa importante derivata da questi studi è che IN CASO DI ERUZIONE alcuni scenari da esaminare saranno diversi da quelli attuali.

CONSIDERAZIONI SUL FUTURO DEI CAMPI FLEGREI. Questo, ovviamente, non vuole dire che a causa di questo cambiamento nella meccanica delle rocce ci sarà sicuramente un’eruzione, anche se questa eventualità – che è indipendente da questa nuova situazione – non è assolutamente da scartare a priori perché in ognuno dei tre scenari descritti la crosta superficiale dei Campi Flegrei sarà sicuramente più fratturata di adesso e quindi più debole di quanto non sia stata dal 1950 fino ad oggi. 

La domanda è cosa succederebbe in queste nuove condizioni in caso di iniezioni magmatiche come quella che si è messa in posto tra il 1982 e il 1984 (e probabilmente è successo lo stesso nei brevi episodi di sollevamento tra 1950 e 1952 e tra il 1969 e il 1972)? In quelle occasioni la lava è rimasta all’interno della crosta, ma se ci fossero state le nuove condizioni di bassa resistenza, queste intrusioni sarebbero potute arrivare in superficie?

Faccio notare, come ripete spesso il mio amico Luigi Chiaiese, che dire questo non è “Terrorismo Mediatico" (cosa di cui furono accusati Kilburn e gli altri Autori nel 2016). È semplicemente quello che dice lo stato dell’arte della Scienza. 

Ma attenzione: al solito non dico "sarebbero arrivate in superficie" ma mi domando se avrebbero potuto arrivarci: applicandolo ad oggi ripeto che c'è una enorme differenza fra dire che “sarebbe più facile che il magma arrivi in superficie” e dire che “ci sarà sicuramente una eruzione” (come intende fra le righe qualche titolista acchiappaclick)! 

Quindi io non mi colloco fra quelli che dicono che ci sarà sicuramente una eruzione, anche se è uno scenario che non si può assolutamente escludere. Faccio altresì notare che se il magma non si fosse fermato a un paio di km di profondità, dal 1950 di eruzioni ce ne sarebbero state sicuramente una, ma probabilmente 3. E questo – di nuovo – non è allarmismo, ma la realtà dei fatti.

i terremoti con M maggiore di 3 si sono verificati solo negli ultimi anni e sono abbastanza allineati

DUE PAROLE SULL’EVENTO DELL’11 GIUGNO 2023. Come si nota da questa carta i 3 eventi con M superiore a 3 nella terraferma sono allineati lungo una linea che corrisponde più o meno alla faglia della Starza ed è pure vicina alla zona dove si è intruso il magma nel 1985 (la linea in magenta) (per confronto nella carta c’è anche a sinistra la carta da Kilburn et al 2023 da cui ho preso i dati). I tre epicentri sono vicini alla faglia ma non corrispondenti. Ma questo non è un problema: se la faglia non è verticale ovviamente l’epicentro non cade sulla proiezione in superficie della faglia. 

La magnitudo superiore di questi 3 eventi in effetti è un po' anomala. Come si vede dalla figura qui accanto, questa faglia delimita, l’area con la sismicità di fondo attuale, e quindi in qualche modo potrebbe controllare qualcosa. Però dai dati della deformazione satellitare non mi sembra che gli effetti arrivino in superficie.

BIBLIOGRAFIA

Kilburn et al (2023) Potential for rupture before eruption at Campi Flegrei caldera Communications Earth & Environment 4:190

Robertson e Kilburn (2016) Deformation regime and long-term precursors to eruption at large calderas-Rabaul Earth and Planetary Science Letters 438 (2016) 86–94

Troise et al (2019) The Campi Flegrei caldera unrest: Discriminating magma intrusions from hydrothermal effects and implications for possible evolution. Earth-Science Reviews 188, Pages 108-122

L'Antropocene è definibile o no? E quando sarebbe iniziato? - riflessioni

Ispirato da una discussione innescata da Massimo Sandal (uno dei migliori divulgatori scientifici che abbiamo oggi) dal suo profilo Facebook vorrei dire anche io la mia sull’argomento. Oggi in molti parlano di Antropocene, però la sua definizione è molto vaga, quasi come quella di specie: allo stesso modo in cui si parla applicando disinvoltamente il concetto di specie senza che ne sia stata data una definizione certa (a parte gli assurdi strepiti dei creazionisti, ovviamente), in tanti parlano dell’Antropocene, senza però poterlo definire chiaramente, al punto tale che c’è chi ne parla come una cosa seria e c’è chi invece lo considera una inutilità, per non parlare di quando inizierebbe. Il correttore automatico considera la parola un errore e quindi entra di diritto nel raggruppamento “l’Antropocene non esiste”. 

Per molte persone l’Antropocene inizia con l’industrializzazione. Addirittura qualcuno aveva proposto il 1945 con le bombe atomiche. Altri vanno indietro nel tempo, e parecchio. Io sono fra questi: se proprio si deve usarlo, il termine andrebbe applicato dal momento in cui le attività umane hanno iniziato a modificare l’equilibrio naturale attraverso sistemi “non naturali” e cioè utensili, fuoco e vesti.

PALEOLITICO, PRIMI UTENSILI CACCIA E RACCOLTA: ANTROPOCENE? Quindi secondo me l'Antropocene dovrebbe iniziare quando é iniziato l'uso non occasionale di utensili, sia per macellare le carogne ma soprattutto per la caccia attiva. Perché? Perché in questo modo l’umanità dell’epoca ha iniziato a barare usando qualcosa di diverso rispetto semplicemente alle sue capacità fisiche: già senza gli utensili sarebbe stato molto difficile se non impossibile nutrirsi di carogne, figuriamoci catturare degli animali (e non solo di grossa taglia: anche una lepre... ). Ora, è vero che diversi animali usano a volte degli utensili, ma non è che senza non vivrebbero. Invece già nel paleolitico una vita senza utensili sarebbe stata impossibile.

Gli utensili sono stati il primo step, e poi ne sono seguiti altri quando ancora l’Umanità era formata da cacciatori - raccoglitori

Ad esempio fuoco e vestiti.

Il fuoco ha avuto una serie di conseguenze positive:

• mangiare cibi cotti (altra cosa “qualificante”) è importante per la salute (la cottura diminuisce il rischio-patogeni senza avere uno stomaco acidissimo come i coccodrilli) e per il fisico (bastano denti normali e non da carnivoro e la digestione é piú rapida). Meno energie sono investite nella digestione, più energie sono allocate per il funzionamento di altri organi, ad esempio del cervello. Da tempo per molti ricercatori la comparsa di una consistente frazione di carne nella dieta è stata fondamentale per lo sviluppo del cervello (Aiello e Wheeler, 1995)
• un aumento dell'areale, in quanto i Primati sono notoriamente animali di alte temperature e il riscaldamento è stato la chiave per conquistare ambienti più freddi. Solo alcuni primati asiatici sono capaci di vivere per mesi a temperature inferiori allo zero.
• un miglioramento della sicurezza, perchè il fuoco consentiva di sfuggire ai predatori restando in campo aperto nonostante la mancanza di velocità / stazza fisica

La domanda è comunque quanto queste attività “non naturali” abbiano inciso sull’ambiente. La prima cosa che viene in mente sono le estinzioni della megafauna.

Non è ancora chiaro se siano stati i cacciatori – raccoglitori, i cambiamenti climatici avvenuti al passaggio Pleistocene – Olocene o entrambe le cause a provocarle in Europa e nelle Americhe (Metcalf et al, 2016) (ne ho parlato qui). Invece in Australia le estinzioni sono arrivate molto prima e lì non pensare alla causa antropica è difficile (Saltré et al, 2019). In Africa invece la macrofauna non se l'era passata malissimo almeno fino a pochi secoli fa. 

Al di là della loro causa, è anche possibile che alcune di queste estinzioni abbiano cambiato il paesaggio e i processi erosivi attraverso un aumento della copertura vegetale (Bakker et al 2015): da questo punto di vista è illuminante anche se estremamente diverso concettualmente, il caso Yellowstone dove la reintroduzione dei predatori, diminuendo gli erbivori, ha segnato un aumento degli alberi.

Però – ripeto – ai fini di “Antropocene si o no” bisogna essere sicuri che gli umani in queste estinzioni ci abbiano quantomeno messo lo zampino.

le evidenti modifiche al territorio operate dall'uomo: difficile non comprenderle nell'Antropocene

OLOCENE: AGRICOLTURA E ANTROPOCENE. Il passaggio dall’economia di caccia e raccolta all’agricoltura e all’allevamento avvenuto poche migliaia di anni fa in parecchie aree del mondo è stato un processo che sicuramente ha provocato consistenti variazioni del paesaggio.

Con l’agricoltura nella partita “umanità vs resto del mondo” al resto del mondo è andata molto peggio che con la caccia e raccolta, con una distruzione dell'habitat naturale (soprattutto delle foreste) per creare campi e per l’aumento della popolazione: ad esempio negli ultimi 8000 anni in Europa sono scomparse una enorme quantità di specie (leoni, iene, elefanti, rinoceronti, uri, grandi rapaci e quant'altro) e molte altre si sono ridotte di numero e areale in modo estremamente massivo. Dopo il neolitico sono iniziate anche attività industriali con la lavorazione dei metalli e fasi di intense deforestazioni, soprattutto per edilizia e costruzioni navali.

Il carico di sedimenti fluviali dovuto ai disboscamenti ha provocato un avanzamento delle linee costiere, specialmente intorno alle foci dei fiumi e l’interramento di molte lagune. Direi quindi che se inserire nell’Antropocene la fase dei cacciatori – raccoglitori possa essere discutibile, trovo estremamente difficile non esserci dentro almeno dall’adozione dell’agricoltura.

BONIFICHE E ANTOPOCENE. Più recentemente l’ultima grande operazione è stata il prosciugamento delle paludi e delle lagune, che ha provocato una diminuzione della quantità della biosfera enorme, perché lagune e paludi sono ambienti con una produttività incredibile di biomassa. Giova ricordare che senza le bonifiche la maggior parte delle pianure sarebbero paludi (lagune se lungo la costa) o quantomeno zone acquitrinose. Sono quindi evidenti le ulteriori trasformazione del paesaggio dopo quelle legate all’adozione dell’agricoltura e le implicazioni a livello di flora e fauna.

L’ERA INDUSTRIALE. La novità attuale é semplicemente una trasformazione chimica accelerata dell’ambiente, che con il ricorso ai combustibili fossili e l’aumento della popolazione ad un ritmo elevatissimo hanno fatto

un chiodo d'oro in Australia 

IL CHIODO D’ORO: DAL PUNTO DI VISTA DELLA SCALA DEL TEMPO GEOLOGICO È POSSIBILE PARLARE DI ANTROPOCENE? I GSSP ovvero Global Stratotype Section and Point (Sezione e punto dello stratotipo globale) sono i punti dove è stato evidenziato il maggior numero di informazioni fisiche, chimiche e paleontologiche che consentono di individuare un limite tra due suddivisioni del tempo geologico. Vengono contraddistinti da un chiodo d’oro (internazionalmente: golden spike). Un GSSP è scelto da un’apposita commissione della Commissione Internazionale di Stratigrafia, organo in seno alla Unione Internazionale delle Geoscienze, che esamina le motivazioni per le quali il sito è stato proposto.

Da questo discende che per essere accettato come parte del tempo della Terra l’Antropocene dovrebbe avere un inizio certo e significativo perché per definirlo la scala del tempo geologico necessita appunto di un qualcosa di univoco e collegabile a scala globale: ad esempio l’inizio della escursione del rapporto isotopico del Carbonio che denota il passaggio Paleocene – Eocene, è appunto un evento contenuto in tutti i sedimenti dell’epoca. Da questo punto di vista il 6 luglio 1945 potrebbe essere un inizio a scala globale visto che coincide con l’inizio di una modifica del rapporto isotopico del Carbonio. Ma trovo un po' forzato e soprattutto molto filosofico (il momento in cui l’umanità ha capito come annientare se stessa) e poco scientifico definire l’inizio dell’Antropocene con “l’era atomica” , come se precedentemente l’umanità non abbia provocato ampi sconvolgimenti. In particolare una definizione del genere tradisce la mancanza di conoscenze in fatto di Scienze della Terra e Scienze della Vita.

Quindi l’Antropocene, essendo forzatamente diacrono fra un continente e l’altro (anzi, anche a breve distanza) non può essere definito in base ad una scala cronologica univoca, per lo stesso motivo per il quale non lo sono l’età del bronzo o l’età del ferro: perché non iniziano né finiscono nello stesso momento dappertutto.

Sarebbe comunque interessante cercare di stabilire nelle diverse aree l’inizio dell’Antropocene, indicandolo il momento in cui le attività umane hanno iniziato a trasformare l’ambiente, dalla biosfera in poi, per poi suddividerlo nel periodo di caccia e raccolta, prima agricoltura, le varie età dei metalli etc etc

BIBLIOGRAFIA CITATA

Aiello e Wheeler (1995) The expensive-tissue hypothesis: the brain and the digestive system in human and primate evolution. Curr Anthropol 36: 199–221

Bakker et al (2015) impact of megafauna extinctions on woody vegetation PNAS doi/10.1073/pnas.1502545112

Metcalf et al. (2016) Synergistic roles of climate warming and human occupation in Patagonian megafaunal extinctions during the Last Deglaciation science Advances 2 : e1501682

Saltré et al (2019) Climate-human interaction associated with southeast Australian megafauna extinction patterns Nature communications doi: 10.1038/s41467-019-13277-0 

l'erosione accelerata dell'alveo come causa del crollo in Calabria del ponte sul fiume Trionto del 3 maggio 2023

Spesso e non solo su Scienzeedintorni, ho sempre espresso la mia opinione contraria rispetto a chi invoca i dragaggi in alveo come strategia di diminuzione della pericolosità idraulica (non del rischio… è un’altra cosa...) A chi lo chiedi ho a mia volta chiesto di considerare cosa succederebbe agli argini e alle pile dei ponti in caso di abbassamento dell’alveo. Ovviamente non ho ricevuto risposta in merito. Il 3 maggio nel momento in cui l’attenzione era rivolta alla situazione dovuta al primo evento alluvionale della Romagna, anche lungo la costa ionica della Sicilia settentrionale e in Calabria sono successi un po' di guai. In particolare è crollato un ponte sul fiume Trionto sulla SS 177. Questo evento rappresenta una ottima occasione per parlare delle dinamiche fluviali, in particolare della solita questione delle conseguenze della realizzazione di opere in alveo e soprattutto delle escavazioni che appunto a detta di qualcuno dovrebbero prevenire le alluvioni (anche se qui non si tratta di problemi legati alle escavazioni). 

Il crollo del ponte sul Tronto rappresenta, come vedremo, un chiaro esempio delle conseguenze che potrebbe portare l’abbassamento degli alvei. 

PONTE E ALVEO DEL TRIONTO. Nella costruzione non erano stati previsti i pali ma solo una fondazione in c.a. a platea di 8 x 8m con altezza di m 1,5 poggiante direttamente sui depositi fluviali. Non sono un esperto in materia, e quindi il mio giudizio “non conta”, ma la mancanza di pali sotto la platea mi ha lasciato un po' perplesso. Altri sono stati molto più precisi e hanno commentato la mancanza di pali in modo estremamente negativo, proponendola come concausa del disastro. Nell’immagine si vede molto bene dalle basi delle pile quanto l’alveo si sia approfondito dopo la costruzione del ponte stesso (che dovrebbe essere avvenuta intorno al 2014). 

La domanda che viene spontanea è quanto di naturale e quanto di antropico (e cosa) abbia pesato per ottenere un risultato del genere. È noto che tutti i fiumi calabresi sono in erosione per il sollevamento regionale, ma l’attività tettonica non può dare degli effetti così rapidi a meno di improvvise deformazioni cosismiche. Al di là quindi di cause tettoniche, che sono attive “alla lunga” e non in 10 anni, fondamentalmente un abbassamento veloce e improvviso dell’alveo di un fiume (in altre parole, la comparsa di una violenta erosione) può essere attribuito a due fenomeni:

• il prelievo non sostenibile di inerti a valle
• la diminuzione del trasporto solido

Il primo fenomeno è direi abbastanza intuitivo: il prelievo di inerti abbassa il livello dell’alveo e quindi tutta l’asta a monte dell’area interessata dalle attività reagisce alla modifica e quindi per ritornare ad un profilo ottimale l’alveo va in erosione (ed è il motivo per cui sono contrario alle escavazioni).

il secondo fenomeno è meno intuitivo per i non addetti ai lavori: l’erosività della corrente di un fiume dipende non solo dalla sua velocità, ma anche dalla quantità di carico solido trasportato; cioè un’acqua già carica di sedimento ha meno capacità erosiva di un’acqua che ne trasporta pochi.

i piloni del ponte e la forte erosione dell'alveo
successiva alla costruzione del manufatto (foto Dr.Francesco Foggia)

IL CASO-TRIONTO. Essendo nella parte verso il mare una classica fiumara, la maggior parte dell’alveo del Trionto è normalmente priva di acqua. Osservando le immagini di Google Earth a valle del ponte il suo esteso alveo evidenzia ad un occhio addestrato un deficit di trasporto solido di origine piuttosto recente. 

Ma siccome non ci sono tracce di attività di prelievi di inerti questo è un indizio importante: è chiaro ed evidente come l’innesco dell’erosione che ha indebolito la pila del ponte sia dovuta ad una diminuzione del carico solido del fiume. 

A sua volta la diminuzione del carico solido è teoricamente attribuibile a due fattori diversi: 

• una diminuzione dell’erosione a causa della riforestazione, che notoriamente limita l’erosione dei versanti 
• un blocco degli apporti solidi a causa della costruzione di briglie a monte 

Ad esempio in Toscana gli alvei sono in erosione molto netta a causa della diminuzione del carico solodo dovuta al rimboschimento e alla costruzione di dighe.

Ho interpellato un geologo che abita in zona, Francesco Foggia, che era andato a vedere la situazione subito dopo il disastro; le foto sono sue. Il motivo dell’erosione accelerata dell’alveo risiede nell’assenza di una briglia a valle del ponte in questione (la più vicina si trova oltre 1,5 km), mentre a monte il collega ne ha fotografate ben 6, realizzate dopo la costruzione del ponte. A valle la prima briglia si trova a circa 2 km dal ponte.

Inoltre in quel tratto un affioramento di roccia laminata di colore verde ha concentrato la piena sui depositi sottostanti i due piloni. 

le briglie sul fiume: si nota la distanza troppo elevata fra il ponte e le briglie a monte
immagine elaborata dal Dr. Francesco Foggia

È evidente quindi che l’erosione dell’alveo sia dovuta fondamentalmente alla diminuzione del trasporto solido causata dalla recente costruzione delle briglie a monte, che abbattono drasticamente il carico solido. Possiamo comunque invocare anche la concausa della canalizzazione della corrente dettata da motivi stratigrafici (la roccia laminata). 

NB: questo escluderebbe da un lato responsabilità nella filiera della costruzione del ponte, ma dall’altro c’è il grosso interrogativo sulla mancanza di pali sotto le platee, pali che comunque stante la situazione prima o poi entro qualche decennio non sarebbero stati sufficienti a meno di realizzare a valle del ponte una briglia. Stupisce però che nessuno si sia reso conto del problema.

LEZIONI PER IL FUTURO. Questa storia dimostra quanto possano essere impattanti per i manufatti le operazioni in alveo e quindi prima di realizzarle sarebbe meglio analizzare attentamente la situazione e capire le conseguenze. E probabilmente che un po' di prudenza nella progettazione di opere come un ponte con pile in alveo non guasterebbe, considerando scenari futuri che appunto possano apportare modifiche radicali alla dinamica fluiale (come è dimostrato dal caso in oggetto). 

E visto che conseguenze simili si hanno pure a causa dei dragaggi in alveo, ancora una volta invoco la prudenza nei confronti delle ipotesi di dragaggio dei fiumi proposto come rimedio alle alluvioni, ritenendolo semplicemente un provvedimento che farebbe più danni rispetto ai presunti vantaggi.

La domanda spontanea è “quanti ponti sono nella stessa situazione, con o senza pali sotto le platee, e non solo in Calabria?”. Purtroppo fra disboscamento e costruzione di invasi, con la maggior parte dei fiumi italiani in erosione accelerata è chiaro che il problema si porrà presto in diverse situazioni, sia che abbiano pali sotto le platee che non. E a questo si aggiunge il normale degrado dei manufatti in cemento armato, notoriamente non eterni.

Insomma, per i ponti italiani si preparano momenti molto duri e come al solito ci limiteremo a reagire alle emergenze e basta.