il concorso di cause naturali e cause antropiche alla base di frane e alluvioni in Italia

Prendo spunto dalla alluvione che ha colpito la Toscana il 2 novembre per una serie di riflessioni generali sulle alluvioni in Italia in questi ultimi tempi. Le cause di questa impressionante serie di disastri vengono dalla somma di diversi eventi di un lungo cammino storico, iniziato secoli fa, all’epoca logico ma che per l’appunto hanno tutti contribuito alle gravi perdite in vite umane e danni materiali. Da ultimo faccio alcune proposte sulla direzione verso la quale si dovrebbe andare per mitigare il gravissimo problema.

L'EVENTO DEL 2 NOVEMBRE IN BREVE. Il fenomeno ha interessato le aree di Prato-Pistoia e più in generale la fascia da sud-ovest a nord-est, da Livorno in direzione di Pistoia-Prato, Mugello fino a superare lo spartiacque appenninico.

La convergenza della corrente africana di scirocco con quella atlantica da NW ha sostanzialmente creato quello che si chiama un “cluster temporalesco stazionario autorigenerante” noto anche come V-Shaped per la forma che assume visto dal satellite. 

E quindi per diverse ore sul mare nei pressi dell'isola di Capraia si è creata una serie continua di celle temporalesche che le correnti in quota hanno spinto verso ENE senza spostare l'area interessata. La conseguenza è stata che le precipitazioni hanno insistito con continuità nelle stesse aree anche per 5 ore, con picchi di 200 mm nell’area di Pontedera e nei bacini idrografici di Ombrone Pistoiese e Bisenzio. Un quantitativo così elevato di pioggia ha mandato in crisi il reticolo idraulico dei due fiumi, creando allagamenti ed esondazioni, generalmente per sormonto di argine. Purtroppo i sormonti hanno anche eroso e rotto gli argini, peggiorando la situazione.

A. LE MOTIVAZIONI DELLA FREQUENZA DELLE ALLUVIONI IN ITALIA

Abitualmente sede di questi fenomeni, l'Italia lo è diventata ancora di più a causa di una politica e di azioni nei confronti dell' assetto del territorio non proprio corrette (eufemismo). Vediamole, premettendo che alcune di queste erano logiche per l'epoca in cui sono state realizzate.

1. CONDIZIONI NATURALI (GEOLOGICHE, GEOGRAFICHE E CLIMATOLOGICHE). L’Italia è un Paese geologicamente molto recente, interessato da due orogeni (Alpi e Appennini) con molte aree attualmente in sollevamento, e non poco. Basta vedere la Val d'Aosta, la Toscana Meridionale e ancora di più l'Appennino centrale, che appena 700.000 anni fa aveva un paesaggio quasi pianeggiante (ne ho parlato qui). E notiamo come al sud di pianure lungo le coste ce ne siano davvero poche.  Per cui dal punto di vista “originario” la civiltà umana è partita da queste condizioni: 

in verde e celeste le aree in sollevamento
nel territorio italiano

• il rilievo è giovane 
• molte delle colline e addirittura delle montagne sono costituite di materiali particolarmente erodibili o di sedimenti “vagamente consolidati” (questo è un termine non scientifico, ma l'ho coniato perché rende bene l'idea) 
• l’Italia è circondata da mari caldi che quindi possono provocare precipitazioni intense e a cascata frane e alluvioni 
• il dato brutale in mm segnala che piove più in Italia che in Belgio, solo che lì piove poco quasi tutti i giorni, da noi piove pochi giorni con forte intensità, da cui segue che i corsi d'acqua hanno un regime torrentizio
• i suoi bacini fluviali sono molto piccoli e quindi rispondono molto velocemente ad intense precipitazioni 

Dai punti precedenti si ricava che in una buona fetta di territorio il motore principale di formazione del paesaggio siano le alluvioni e le frane (queste utime spesso generate o riattivate da alluvioni) e che tutte le pianure dalla più grande alla più piccola fossero un insieme di paludi, stagni e – lungo le coste – di lagune.

Ad aggravare le difficoltà naturali l’Italia ha una densità di popolazione molto elevata e per tutto questo il territorio italiano necessiterebbe di una attenzione maggiore che altrove. E invece da noi è stato fatto tanto di quello che non doveva essere fatto, ma quasi nulla di quello che avrebbe dovuto essere fatto per un corretto uso del territorio, come si nota nei punti successivi. 

a sinistra la pianura di Pisa. A destra le Everglades in Florida:
senza le bonifiche anche la piana pisana sarebbe un'alternanza di isolotti e specchi d'acqua

2. LA TRASFORMAZIONE DI PALUDI E LAGUNE IN AREE AGRICOLE. Come ho scritto in Italia qualsiasi pianura era una palude o - se lungo la costa - una laguna e le paludi fungevano da stoccaggi per l’acqua delle piene, come dimostra l’Arno, più largo a Firenze che a Pisa: prima delle bonifiche l’acqua in eccesso da Firenze finiva più nell’immenso sistema palustre del Valdarno inferiore che occupava tutta la vallata piuttosto che nell’alveo principale. Insomma, le pianure erano delle immense casse di espansione. 

Tale opere di bonifica, in corso addirittura nel periodo etrusco, sono proseguite a più riprese, e sono state completate a metà del secolo scorso ed hanno seguito la prassi progettuale classica creando un reticolo di drenaggio per le acque basse di pianura, i cui canali sfociano nei corsi principali che scendono dai rilievi limitrofi. Queste operazioni avevano una logica, rispondendo soprattutto a due azioni per rendere vivibili e utilizzabili queste aree: eradicare la malaria e rendere sfruttabili per l'agricoltura nuovi terreni.

Leonardo raffigurò l'Arno tra Firnze e Signa come un fiume meandriforme
Oggi è un canale rettilineo

3. LE DRAMMATICHE MODIFICHE AL RETICOLO FLUVIALE: in Natura i fiumi quando arrivavano nelle pianure sarebbero liberi di creare meandri e spostare il loro corso. Oltre ad averli arginati per prevenire le piene, i fiumi sono stati canalizzati, rettificati e ristretti. Di conseguenza:

• la loro lunghezza è stata ridotta anche di un terzo, per cui si verifica una diminuzione del volume totale di acqua contenibile dall’alveo 
• la velocità della corrente è aumentata per l’aumento della pendenza e per la mancanza di anse 
• la diminuzione della distanza vale anche fra le foci degli affluenti e così le piene degli affluenti si riversano quasi contemporaneamente nell’asta principale 
• per non parlare della massiccia opera di tombamenti che hanno coinvolto il reticolo minore (e talvolta non solo i fossi minori)
• da ultimo l'urbanizzazione ha in genere cancellato il reticolo di canali creato durante le bonifichei

4. L’AUMENTO DELLA QUANTITÀ DI SUOLO SIGILLATO DAL DOPOGUERRA. Come non si stanca di ripetere ad ogni occasione il buon Nicola Casagli (parlavamo così nel 2012 e da allora non è che sia cambiato molto...) l'urbanizzazione selvaggia è avvenuta senza criterio, soprattutto senza rendersi conto di costruire su suolo di pertinenza fluviale e cancellando totalmente il reticolo di canalizzazioni realizzato al tempo delle bonifiche. Il sigillamento del terreno e la cancellazione del reticolo di canalizzazioni contribuiscono ad inviare più velocemente le acque piovane nei fiumi

Il risultato è che oggi il reticolo fluviale va in crisi anche con piogge inferiori a quelle che in un territorio meno denaturalizzato provocherebbero meno danni.

Da notare che se dopo le bonifiche, le alluvioni erano benedette per l’agricoltura perché ricoprivano i campi di limo fertile, oggi invece le alluvioni rappresentano un disastro totale per le aree colpite

B. I CAMBIAMENTI CLIMATICI 

E LA DRASTICA MODIFICA DEL REGIME DELLE PRECIPITAZIONI 

una supercella a V in Oklahoma
immagine dal sito del Luther College - Iowa

In buona sostanza nei prossimi anni pioverà la stessa quantità di acqua ma in meno giorni (un trend già presente adesso..) per questo sta cambiando la tipologia delle alluvioni: non eventi epocali in cui tutto un bacino come quello dell’Arno è interessato da giorni e giorni di piogge continue, ma episodi come quello del 2 novembre 2023, in cui si sono verificati violentissimi picchi di precipitazione in bacini più ristretti e per poche ore. 

In altre parole: a Firenze, per esempio, mi fan più paura il reticolo minore tipo Terzolle o Ema di quanto oggi me ne faccia l'Arno.

Evitando di fare un elenco partendo dal disastro della Versilia del 1995, un altro aspetto importante è che eventi come questo ultimo in Toscana o quello delle Marche del settembre scorso (di cui ho parlato qui) si sono originati da celle temporalesche autorigeneranti “V-Shape”: il nome deriva dalla forma a V del temporale come è visibile dal satellite, mentre per autorigenerante si intende un temporale che continua ad autoalimentarsi rimanendo praticamente fermo per diverse ore, anziché muoversi come fanno la maggior parte dei temporali comuni. Vista l’area ristretta in cui si svolgono questi eventi, una loro previsione diventa praticamente impossibile: abbiamo visto appunto il 2 novembre come la cella sia rimasta ferma alimentandosi a largo di Livorno con l’evaporazione da un mare ben più caldo di quello che avrebbe dovuto essere in questo periodo. Questi fenomeni provocano i flash flood (termine ben più adatto rispetto a “bomba d’acqua”, quella che una volta si chiamava "nubifragio"...!).

Oltretutto se fino al settembre 2022 si poteva pensare che eventi del genere fossero localizzati solo sui rilievi vicino alle coste del Mar Ligure e nella pianura padana davanti all'Appennino ligure, l'evento delle Marche e quello del 2 novembre hanno evidenziato un "salto di qualità" in quanto hanno attraversato mezza o quasi tutta la penisola. 

C. PROPOSTE 

A questo punto mi permetto di esporre un ventaglio di proposte che secondo me potrebbero essere portate avanti per iniziare a parare i danni.

errare è umano, ma perseverare è diabolico:
Tortona: 60.000 mq di capannoni logistici in costruzione in riva allo Scrivia

1. COMUNICAZIONE ALLA POPOLAZIONE. Innanzitutto bisogna spiegare che cementificare gli argini, dragare gli alvei (ne ho parlato qui) e cose simili sono delle fesserie solenni (ma purtroppo persino vasta parte della classe politica propaganda queste iniziative che non sono inutili, ma, peggio, dannose). E se i corsi d’acqua andrebbero tenuti puliti, questa non è la soluzione “definitiva”… per alcuni soggetti sembra che se il Bisenzio fosse stato pulito sarebbe andata molto meglio (e non so neanche se non fosse stato pulito. Ma chi dice così mica si informa, ripete un mantra).

E basta anche con “ai tempi dei nonni si faceva così”, oppure "era meglio quando c’erano più analfabeti e meno studiosi", come se a quei tempi non ci fossero alluvioni.

2. POLITICA DI “SUPERFICIE ZERO”. Si continua a costruire su aree vergini, piuttosto che recuperare aree abbandonate. Questo non è certo un corretto uso del territorio e quindi bisogna fermare, o ridurre a livelli ragionevoli, il consumo di suolo. Quindi occorrono almeno: 

1. una politica di “superficie zero”
2. rendere più conveniente recuperare strutture e superfici laddove qualcuno in precedenza aveva già costruito. 

3. UN IMPEGNO PER MIGLIORARE LA SICUREZZA IDRAULICA, ma qui ci sono dei problemi “culturali”, che non viene vista come una priorità da popolazione e politica, e non esiste continuare a vedere situazioni in cui la popolazione addirittura ostacola la messa in sicurezza come nel caso delle lotte contro le casse di espansione del Seveso o del Misa

4. EVIDENZIAZIONE DEI VERSANTI CHE POSSONO RISULTARE PRONI A CELLE V-SHAPE, in base a modellizzazioni impostate soprattutto su topografia (orientazione e pendenza dei versanti) e direzione delle correnti che li possono alimentare. Occorre prioritariamente investire nella mitigazione del rischio su questi versanti (in particolare sui ponti e su opere di laminazione delle piene)

5. SUPERAMENTO DELLA NORMATIVA IDRAULICA BASATA SULLA PIENA DUECENTENNALE. Ne avevo già parlato in un post specifico. Le alluvioni degli ultimi anni sono spesso andate oltre questa soglia. Bisogna ripensare la normativa in base ad una modellistica basata su un certo evento possibile in un bacino. Come mi ha fatto notare un esponente molto importante del DPC, definire un “massimo evento possibile" è un po' difficile, e allora ho pensato di prendere come esempio la modellizzazione di un V-shape che persiste per un certo numero di ore

La corrente situazione in Islanda (alla mattina del 15 novembre 2023)

La frattura dove si sta intrudendo il magma
(credit: Icelandic Met Office)

È sempre più probabile che la penisola di Reykjanes sia oggetto di una eruzione vulcanica piuttosto importante perché il dicco magmatico (che risale probabilmente da sotto la crosta) sta continuando a risalire lungo una frattura estesa per una quindicina di km fra Stóra-Skógsfell a nord-est e il mare a SW di Grindavík. Questa frattura ha una direzione coerente con le tante linee tettoniche dell’area lungo le quali in passato e negli ultimi anni si sono verificate diverse eruzioni. NB: la situazione può cambiare all'improvviso

SITUAZIONE ALLA SERA DEL 14 NOVEMBRE. Mentre le immagini della deformazione a Grindavik fanno ovviamente il giro del mondo, le probabilità di una nuova eruzione nella penisola di Reykjanes sono sempre maggiori. Ed è realisticamente possibile che sia un evento molto più importante rispetto a quelli precedenti. Ieri sera 14 novembre nel punto più vicino alla superficie il magma era a 400 metri di profondità. Non ho capito dove ma Jon Fremann di Iceland Geology ritiene sia appena a nord-est della città di Grindavík, dove ci sarebbero emissioni di SO2 dal terreno.

La risalita ha deformato la superficie in maniera estremamente vistosa: la stazione GPS appena a nord di Grindavík registra un abbassamento di 1400 mm da venerdì 10 novembre 2023. A est di questa fossa, parallela alla frattura, le stazioni si stanno alzando, alcune fino a 1 metro. L’abbassamento è tale da far temere addirittura che parte della costa a SW di Grindavik possa finire sotto il livello del mare.

L'ufficio meteorologico islandese continua a registrare dai 700 ai 3000 terremoti ogni giorno, per lo più lungo la frattura, la cui Magnitudo arriva per gli eventi più forti intorno a 3.

E qui c’è poi un dato che lascia un po' perplessi: sempre secondo Jon Fremann l’afflusso del magma nella frattura sarebbe di oltre 70 metri cubi al secondo, valore addirittura inferiore a quello dei giorni precedenti. Un quantitativo del genere è piuttosto importante ma anche la deformazione di questa che è la quarta intrusione dal 2020 (solo la prima della serie non è arrivata in superficie) pare molto superiore a quelle precedenti.

Insomma è possibile che questa sia per adesso la più importante eruzione di questo ciclo.

la deformazione fra 10 e l' 11 novemnre 2023. Si vedono chiaramente l'area in abbassamento e quella in sollevamento

le fasi di attività vulcanica nella penisola di Reykjanes
suddivise per segmento 

IL CONTESTO: LA NUOVA FASE DI ATTIVITÀ VULCANICA NELLA PENISOLA DI REYKJANES. Ho parlato di “ciclo di attività” non a caso. Come ho accennato all’inizio, nella penisola di Reykjanes il territorio è diviso in varie aree da una serie di segmenti circa SW-NE (e anche la frattura associata a questa per adesso ancora probabile eruzione segue lo stesso trend) e l’attività viene considerata a livello di queste aree e non per edificio singolo. Si deve notare inoltre come prima dell’iniezione di magma che non ha raggiunto la superficie nella primavera del 2020 nella zona non veniva registrata attività vulcanica negli ultimi 700 anni. Da allora se non erro siamo al quarto episodio del genere (di cui solo i magmi del primo non sono arrivati in superficie).

Di fatto, come si vede da questo diagramma preso da Sæmundsson et al 2020, i vari sistemi della penisola si mettono in attività più o meno in contemporanea e anche le fasi di quiescenza sono comuni.

Limitatamente agli ultimi 3500 anni abbiamo 3 cicli di attività tra 3.550 – 3050, tra 2550 – 1900 e tra 800 – 1300 anni fa separati da intervalli di quiescenza di circa 500 e 750 anni. Oggi sono giusto 750 anni dalla fine dell’ultima attività pregressa.

Siccome l’ultima fase di quiescenza è stata assoluta, in quanto dimostrabile dalle testimonianze storiche, si può presumere che anche durante le altre fasi simili non ci sia stata la benchè minima attività vulcanica.

La prima eruzione, quella del 2021 presentava magmi particolarmente carichi di gas e con una composizione che ne denotava una origine estremamente profonda. La conclusione a cui erano arrivati i vulcanologi nel 2021, era quindi che la sismicità così intensa registrata a partire dal 2019, il fatto di aver avuto due distinte iniezioni di magma a meno di 12 mesi di distanza l’una dall’altra, la composizione dei magmi facevano pensare che l’evento del 2021 fosse l’inizio di una nuova fase di attività dei sistemi vulcanici della Reykjanes che durerà qualche secolo

I fatti stanno dimostrando la correttezza di questa ipotesi

BIBLIOGRAFIA CITATA: Sæmundsson et al (2020) Geology and structure of the Reykjanes volcanic system, Iceland Journal of Volcanology and Geothermal Research 391 106501

il crollo del ponte di Ozzanello (Appennino Parmense) del 30 ottobre 2023: come non costruire u attraversamento di un corso d'acqua

Fig.1: vista del ponte di Ozzanello da valle dopo il crollo

Un ponte può crollare per diversi motivi. Ma se crolla è probabile che qualcosa non abbia funzionato a dovere nella progettazione o nella dinamica dell’alveo. Qualche anno fa scrissi un post sui ponti “antichi” e su quelli moderni, facendo vedere che c’è negli ultimi decenni un po' di leggerezza nel costruirli (esempio classicissimo il nuovo ponte di Varese Ligure confrontato con il vecchio). È possibile che ci fosse più attenzione nel costruire i ponti durante la piccola era glaciale tra XIII e XVIII secolo perché le alluvioni a scala di bacino erano più frequenti e anche perché costruirne uno era una cosa difficile e costosa.

Per il crollo del ponte di Ozzanello, avvenuto il 30 ottobre 2023 durante una piena eccezionale sulla stampa è stato detto che il pilone ha ceduto perché l'onda d'acqua sovrastava il ponte nel momento di massima piena. Ma a vedere alcune immagini c’era qualcosa che mi sfuggiva. 

Fig.2: in celeste chiaro l'alveo di morbida,
in celeste scuro l'alveo di magra

Trovo giusto in prima battuta riepilogare alcune definizioni sugli alvei.

1. Alveo di magra: la porzione dell'alveo che resta bagnata anche nei periodi più secchi, quando scorre poca acqua.
2. Alveo di morbida: la porzione dell'alveo occupata dalle acque in condizioni di piena ordinaria nei periodi umidi, in cui scorre abbondante acqua.
3. Alveo di piena: la porzione del letto fluviale occupata quando scorre una quantità eccezionale di acqua tale da inondare aree che normalmente sono asciutte.

Gli argini principali sono quelli che circondano l’alveo di piena e tutte le sistemazioni devono per forza fare riferimento all'alveo di piena (in particolare andrebbe evitato di infilarci dentro strutture come pilastri o, peggio, rilevati)

IL PONTE DOPO IL DISASTRO. Dati i miei dubbi ho fatto alcune ricerche in rete, e ho trovato la figura 1: si tratta probabilmente di una immagine da drone che mostra il ponte dopo il crollo, visto guardando verso monte. Si vedono chiaramente la campata destra ancora a posto, una campata al centro crollata e una lunga zona priva di struttura che potrebbe corrispondere ad una terza campata, appena caduta. Questa ricostruzione lascia parecchi dubbi per diversi motivi: 

(1) non si vedono minimamente tracce di questa terza campata (dove sarebbe finita?)

(2) ci sono dei tubi ancora sospesi (strano… se erano a lato della campata crollata o peggio contenuti all’interno come hanno fatto a salvarsi? Mah…)

ma soprattutto

(3) la campata crollata sembrerebbe più lunga delle altre due, circostanza costruttiva abbastanza insolita. 

La cosa – indubbiamente anomala – mi ha incuriosito ulteriormente e sono andato  a cercare di capirci qualcosa. 

fig.3: vista del ponte da monte lungo la riva sinistra

IL PONTE PRIMA DEL DISASTRO. Per ricostruire come fosse la situazione e quindi come era fatto il ponte, le immagini di Google sono state estremamente utili. La figura 3, presa da Street View di Google dalla strada provinciale 39 che scorre lungo la riva sinistra dello Sporzana, chiarisce le cose: il ponte consisteva in due campate, con in aggiunta un rilevato che collegava la stessa SP39 con l’estremo della campata sinistra del ponte. Questo rilevato partiva dall’argine sinistro di piena ed è la cosa che manca completamente dopo il disastro, come appunto si vede dalla figura 1.

figura 4: vista aerea con il tracciato dell'alveo di morbida e la parte in erosione della sponda

Figura 5: dal ponte, sulla sinistra idraulica dello Sporzana si vede bene che
in sinistra idraulica la corrente tende ad erodere l'alveo

LA DINAMICA DEL TORRENTE SPORZANA A MONTE DEL PONTE. Qui sopra nella figura 4 vediamo un aspetto particolarmente importante che emerge dall’immagine aerea di Google: il fiume sta creando subito a monte del ponte un meandro all’interno dell’alveo di morbida e per questo il rilevato della strada che dalla SP39 porta al ponte è diventato esso stesso nella sua parte più estrema l’argine dell’alveo di morbida.

Nella figura 5, qui accanto, che è presa dal ponte stesso al suo inizio in riva destra, si tova la conferma visiva della situazione: a causa della incipiente formazione del meandro la sponda sinistra dell’alveo di morbida a monte del ponte è chiaramente in erosione, essendo quella esterna del meandro in formazione. Quando è stato realizzato il ponte, il suo pilastro di sinistra si appoggiava sul rilevato, probabilmente in corrispondenza della sponda sinistra dell’alveo di morbida di allora. Ma l’erosione in riva sinistra ha provocato una regressione della riva, per cui il lato a monte del rilevato si è trovato a far parte della sponda dell’alveo di morbida.

figura 6: ricostruzione del disastro

LA PROBABILE DINAMICA DEI FATTI. Quindi cosa è realmente successo al ponte di Ozzanello? Si vede dalla figura 6. 

Molto semplicemente a causa della piena la corrente del torrente Sporzana è andata sopra la sponda dell’alveo di morbida e ha demolito quella parte del rilevato che a seguito dell’erosone in riva sinistra era diventata la sponda. Lungo di esso la corrente particolarmente veloce essendo all'esterno della ansa è diventata estremamente erosiva, scavando il rilevato che alla fine è crollato. A questo punto la campata sinistra del ponte si è trovata senza l’appoggio sul rilevato, determinandone quindi il crollo.

La figura 6 riassume la situazione e soprattutto evidenzia il nuovo alveo dello Sporzana, che si trova al posto del rilevato ed è spostato a sinistra rispetto a quello precedente .

Perché succede questo? Perché un fiume lasciato libero tende a modificare il suo corso e all’interno dell’alveo di magra lo Sporzana era appunto libero di fare quello che farebbe naturalmente un fiume avendo spazi a disposizione, come si vede nel riquadro in basso a destra di della figura 6.

Direi quindi che l’errore fondamentale che ha portato al crollo è stato quello di costruirlo sostituendo parte della possibile travata in cemento armato con un rilevato all’interno dell’alveo di piena, usando come riferimento l'alveo di morbida: se il ponte fosse stato realizzato fino a comprendere tutta l’estesa fra le due rive dell’alveo di piena, probabilmente non sarebbe crollato.

La dinamica ricorda quella di un ponte crollato in Sardegna che si vede qui accanto: anche in questo caso l'attraversamento del corso d'acqua era parte in rilevato e parte in viadotto, con il rilevato che ha fatto da diga.

le immagini della sonda europea Mars Express e i dati del lander della NASa InSight evidenziano attività tettonica attuale e attività vulcanica recente in una regione di Marte

La presenza di faglie è un aspetto diffuso e comune sulla superficie marziana, e fornisce le prove di deformazioni fragili nel corso della storia del pianeta. La loro abbondanza nei terreni di tutte le età è stata interpretata come il risultato della contrazione termica dovuta al raffreddamento secolare e del conseguente restringimento del pianeta. Ma le ultime ricerche portano alla ribalta un Marte ancora interessato da fenomeni vulcanici e di tettonica attiva, in particolare nei dintorni di Elysium Mons, un vulcano di dimensioni enormi per gli standard a cui siamo abituati sulla Terra, dove un sistema di fosse tettoniche, le Cerberus Fossae, mostra evidenti segni di attività vulcanica recente e dove attualmente viene rilasciata la metà dell’energia sismica del pianeta.

L'immagine, scattata il 27 gennaio 2018 durante l'orbita 17813 dalla telecamera stereo ad alta risoluzione (HRSC) sul Mars Express dell'ESA,
mostra una porzione del sistema Cerberus Fossae nell'Elysium Planitia vicino all'equatore marziano.
Si nota bene che queste fratture tagliano i crateri per cui passano e quindi sono più recenti di essi
Anche la zona in alto a destra dell'immagine, totalmente priva di crateri, è giovane ma la fossa lo è ancora di più

CERBERUS FOSSAE: ATTIVITÀ VULCANICA RECENTE SU MARTE. Queste immagini sono state scattate dalla sonda dell’ESA Mars Express il 27 gennaio e mostrano parte del sistema Cerberus Fossae nella regione di Elysium Planitia vicino all’equatore marziano. Uno dei risultati più spettacolari dal punto di vista geologico delle osservazioni di Mars Express è proprio lo studio di questa zona. Come dice il nome le Fossae – termine latino per “fossati” o “trincee” – sono delle fratture; in questo caso si tratta di strutture larghe tra poche decine di metri e oltre un chilometro, che si estendono per più di 1000 chilometri da nord-ovest a sud-est. Si tratta di faglie e la cosa interessante è che lungo il loro percorso queste faglie attraversano crateri da impatto e colline, nonché pianure vulcaniche di età molto recente (10 milioni di anni) e quindi sono state attive in tempi ancora più recenti.

Mars Express è la prima missione europea su Marte: da ben 15 anni il satellite continua la sua indagine globale di grande successo orbitando intorno al pianeta (a parte la tristissima perdita iniziale del lander Beagle 2 che si è schiantato sulla superficie marziana anziché atterrare dolcemente). I suoi strumenti stanno analizzando Marte in modo completo, dalla parte più alta, la ionosfera, fino al suo sottosuolo con il radar. Oltre a varie altre cose ha acquisito oltre 40.000 immagini ad alta risoluzione del pianeta rosso e delle sue due lune, perché fra gli obiettivi principali della missione ci sono l’imaging ad alta risoluzione della sua intera superficie (10 metri/pixel), l'imaging di aree selezionate a altissima risoluzione (2 metri/pixel) e una mappa della composizione minerale della superficie con una risoluzione di 100 metri.

L’area delle Cerberus Fossae era già stata precedentemente identificata come un luogo con attività vulcanica recente su Marte, datata a meno di 10 milioni di anni (Taylor et al 2013), contemporanea alla deposizione di colate di lave basaltiche sulla parte orientale della Elysium Planitia (Berman & Hartmann, 2002). 

le Cerberus Fossae si trovano vicino al vulcano Elysium
a bass altitudine settentrionale

Il sistema di Cerberus Fossae è costituito da cinque principali strutture dirette NW-SE lunghe tra 250 e 600 km, ma ulteriormente segmentate (i segmenti più piccoli identificabili in superficie sono lunghi 5–10 km)

Le fosse più occidentali sono più mature (cioè con larghezza e estensione maggiori) e i loro segmenti meglio collegati rispetto a quelli delle fosse più orientali. Inoltre, è stato identificato un deposito tufaceo nella parte centrale (Horvath et al 2021), la Cerberus Mantling Unit, per la quale è stata ipotizzata una età di meno di 200.000 anni.

Il sistema di Cerberus Fossae è stato interpretato generalmente in due modi: un sistema di fosse tettoniche oppure un sistema di fessure vulcaniche collassate e allargate. In entrambi i casi potrebbe esserci un collegamento con l'indebolimento della crosta dovuto alla fusione parziale del mantello sotto Elysium Mons (un vulcano alto oltre 14.000 metri posto al di sopra di un grande rigonfiamento superficiale) e quindi ad un sistema di fratture riempite da lave (dicchi) che si estende a partire da lì (Hauber et al 2001)

LA SISMICITÀ DI CERBERUS FOSSAE. E qui viene in sinergia alle osservazioni di Mars Express la sonda della NASA Insight. Questo lander è atterrato a poco più di 1000 km di distanza dal sistema delle Cerberus Fossae il 26 novembre 2018 ed è rimasto operativo fra il dicembre 2018 e il 15 dicembre 2022, quando le tempeste di polvere hanno coperto i pannelli solari impedendone il funzionamento e lasciando la sonda senza corrente (le missioni dei rover durano di più rispetto a quelle dei semplici lander perché i rover nel loro movimento puliscono i pannelli solari, consentendo di continuarne il funzionamento e quindi l’afflusso di corrente alla sonda).

Uno degli strumenti fondamentali di Insight era un sismografo, i cui dati, esaminati da Stahler et al (2022) confermano che nella regione di Cerberus Fossae ci sia ancora attività tettonica: in particolare la sismicità a 15-50 km di profondità suggerisce un regime di stress estensionale situato in un ambiente più caldo delle zone adiacenti. Queste osservazioni forniscono un quadro coerente con la recente attività magmatica e con la presenza di una zona parzialmente fusa a una profondità di 30–50 km: il flusso di calore locale è particolarmente elevato, 36 ± 10 mW m−2 contro valori medi globali marziani che si collocano intorno a 21÷22 ± 7 mW m−2.

La sismicità è asimmetrica: non se ne osserva nella parte occidentale delle Fossae, dove invece la deformazione è maggiore. Il tutto suggerisce un processo dinamico, tramite una apertura rapida che però è diventata per lo più passiva dopo un breve periodo; si tratta di un trend comunemente osservato in situazioni simili sulla Terra: terminata la fase attiva si apre una nuova frattura più ad est. Inoltre non può essere un caso che la sismicità attuale sia correlata all’area di origine dei tufi più recenti. Usando una modellazione della sismicità provocata dalle fratturazioni indotte da dicchi magmatici simili sulla Terra, si ottiene un quadro coerente con la rapida apertura di una fessura avvenuta tra 53 e 210.000 anni fa

modello tettonico dei terremoti rilevati da InSight
nelle Cerberus Fossae da Strahler et al (2022)

CERBERUS FOSSAE E LA GEODINAMICA MARZIANA. Stahler et al (2022) confermano che Cerberus Fossae rappresenti su Marte un ambiente tettonico unico modellato dagli attuali processi magmatici e dal flusso di calore localmente elevato. Propongono quindi che la sismicità superficiale rilevata da InSight si inneschi lungo faglie a bassa profondità dovute alla struttura stessa della crosta, che possibilmente costituiscano la continuazione sotterranea dei fianchi delle fosse, anche perché il segnale sismico non è compatibile con fonti quali frane o altri processi distruttivi o impatti meteoritici

A livello globale marziano, la quantità di momento sismico rilasciato nella regione delle Cerberus Fossae è praticamente la metà di quella globale misurata da Insight, suggerendo che la contrazione termica globale e quindi la compressione litosferica non siano il motore dominante della tettonica contemporanea su Marte.

Inoltre la distribuzione e la natura dei martemoti mostrano come il campo di stress globale non possa spiegare l'origine di Cerberus Fossae, che invece si spiega bene con un meccanismo innescato dalla fusione parziale del mantello marziano al di sotto dell'Elysium Mons: questa indebolisce localmente la crosta e consente l'apertura dei graben.

Un flusso di calore così localizzato nell'Elysium Mons ha ulteriori implicazioni, di tipo geodinamico: esiste una fonte di calore dinamica, come un pennacchio simile ai plumes mantellici terresti? Oppure la fusione parziale risulta da una crosta localmente spessa? La prima ipotesi si adatta meglio alla situazione, perché su Marte la crosta più spessa è quella dell'emisfero meridionale, non di quello settentrionale e aumentare lo spessore con i dati attuali di gravimetria implicherebbe automaticamente una bassa densità crostale in quella zona, difficilmente spiegabile.

Inoltre la presenza di una ristretta zona più calda nel mantello e la sismicità rilevata su Marte da InSight si accordano con uno schema in cui nel sistema solare l’attuale tettonica dei pianeti terrestri più grandi, Marte, Venere e la Terra, è dominata da dinamiche interne, invece che da un raffreddamento e un restringimento puramente passivi, come si riscontra sui più piccoli Luna e Mercurio.

BIBLIOGRAFIA

 

Berman e Hartmann (2002). Recent fluvial, volcanic, and tectonic activity on the Cerberus Plains of Mars. Icarus 159, 1–17

Horvath et al (2021). Evidence for geologically recent explosive volcanism in Elysium Planitia, Mars. Icarus 365, 114499 (2021). 

Stahler et al (2022). Tectonics of Cerberus Fossae unveiled by marsquakes. Nature Astronomy, 6 /12, 1376–1386

Taylor et al (2013). Estimates of seismic activity in the Cerberus Fossae region of Mars. J. Geophys. Res. E Planets 118, 2570–2581  

alcune domande che mi sono posto sull'ultimo comunicato del Dipartimento di Protezione Civile a proposito dei Campi Flegrei

l'ultima interpretazione della struttura dei Campi flegrei
da Akande et al (2019) 

Il comunicato del  Dipartimento di Protezione Civile a proposito dei Campi Flegrei e le parole del ministro Musumeci mi hanno lasciato un pò perplesso, vorrei un attimo esporre le mie perplessità e quello che mi domando a seguito di quanto è stato scritto.

Il Dipartimento di Protezione Civile ha emesso un comunicato a seguito della riunione della Commissione Grandi Rischi indetta per fare il punto sulla situazione dei Campi Flegrei.

Il ministro della Protezione Civile in base a questo comunicato avrebbe detto che “La attività vulcanica nei Campi Flegrei, connessa al bradisismo, risulta essere in costante evoluzione. Non si esclude che, se dovesse perdurare tale situazione, si possa passare al livello di allerta arancione”.

Questa frase non è del tutto chiara. Innanzitutto perché non sarebbe certo una novità la possibilità di elevare l’allerta dal colore giallo a quello arancione. È noto a tutti che questo passaggio sarebbe una conseguenza necessaria ed inevitabile in caso di movimenti del magma (e qui ripeto che i terremoti da soli non possono determinare un cambiamento di colore, perché, a meno di cambiamenti normativi, questa è una allerta vulcanica e fino a quando gli ipocentri restano confinati al di sopra della zona idrotermale, non ci sono indizi sulla eventuale risalita di magma.

dal bollettino mensile di ottobre 2023 dell'Osservatorio Vesuviano
a. frequenza di accadimento degli eventi sismici b. profondità ipocentrali
c. Magnitudo d. energia cumulativa rilasciata

Insomma il DPC non sta decidendo nulla. Semplicemente il ministro dice che il DPC é pronto a decidere questo innalzamento in caso di sviluppi. Ma non era una novità perché lo era di già da decenni…. Anche se fa bene a sottolinearlo, avrebbe potuto precisare che non è da oggi che è così. Ma è un politico...

Tantomeno è una novità quello che sottolinea il comunicato quando viene scritto che il quadro complessivo della situazione “faccia comunque emergere la possibilità che i processi in atto possano evolvere ulteriormente”.

Mi chiedo quindi se quanto dichiarato sia semplicemente un ribadire la cosa. Poi però aggiunge un particolare di difficile interpretazione: “se dovesse perdurare tale situazione”. 

Mi chiedo quale situazione. Quella attualmente nota nella quale il magma rimane fermo nella camera magmatica? Se ha detto così ha sbagliato, a meno che non cambi qualcosa nel regolamento. Se perdurasse la situazione di magma a riposo non ci sarebbe bisogno di innalzare l'allerta (altrimenti... sarebbe stato già fatto..).

Poi però sul comunicato si legge una cosa che potrebbe essere più preoccupante: “In base a quanto emerso e alle valutazioni compiute, la Commissione rileva che l’insieme dei risultati scientifici rafforza l’evidenza del coinvolgimento di magma nell’attuale processo bradisismico di sollevamento del suolo”, precisando comunque che il quadro complessivo “non è di univoca interpretazione”.

Allora, delle due l’una:

1. il magma è coinvolto perché è è la sorgente dei gas (analogamente a quanto sta succedendo in California nella caldera di Long Valley)? Questa non sarebbe una novità. E così non cambierebbe niente
2. il magma è coinvolto vuole dire che “è in risalita” o “ne è arrivato dell’altro nella camera magmatica”? A questo punto mi domando: ne sono stati rilevati dei movimenti? Da chi? In che modo? O è solo una impressione, sia pure motivata dall’esperienza, di qualcuno? Ma se fosse così il passaggio all’allerta arancione avrebbe già dovuto essere avvenuto...!

Insomma, mi piacerebbe che venisse precisato questo passaggio e cioè cosa si intenda nel comunicato per coinvolgimento di magma...

Ricordo che se una tomografia del 1985 ha trovato del magma liquido a bassa profondità vuol dire che ha rilevato il magma che in quel momento si stava muovendo verso l’alto ed è arrivato a 2 km dalla superficie. Ma quel magma adesso è solidificato.

Akande et al (2019) Three-dimensional kernel-based coda attenuation imaging of caldera structures controlling the 1982-84 Campi Flegrei unrest. Journal of Volcanology and Geothermal Research 381, 273-283  

È forse necessario nelle progettazioni idrauliche passare da un approccio storico (le piene duecentennali) ad un nuovo approccio che consideri gli eventi estremi possibili in un bacino?

Prendo spunto dalla questione del nuovo aeroporto di Firenze per una serie di considerazioni che riguardano la progettazione di nuove opere impattanti nel territorio (e, volendo, per una mitigazione del rischio in quelle vecchie): già adesso mi hanno riferito che il Consiglio Superiore del Lavori Pubblici richieda come scenario di confronto per le opere che incidono sui corsi d’acqua la piena duecentennale aumentata di una certa percentuale, ma la sempre maggiore frequenza delle celle temporalesche autorigeneranti V-shaped e dei Medicanes mi spinge a ipotizzare la necessità di modificare il paradigma, cambiando lo scenario di riferimento, che oggi è quello storico, a quello di una modellazione basata sui possibili effetti in un bacino delle precipitazioni associate ad una cella temporalesca autorigenerante V-shaped. Ringrazio l’amico prof. Fabio Castelli, per le ampie discussioni che mi hanno molto aiutato sull’argomento.

ITALIA E OPERE PUBBLICHE: TROPPA IDEOLOGIA. Una caratteristica di base della cultura politica e sociale del nostro Paese è la trattazione dei progetti sulla costruzione di opere pubbliche in maniera ideologica, sia da parte di chi è a favore sia da parte di chi è contrario. Con questo approccio i dati purtroppo contano meno dei preconcetti ideologici, che purtroppo spesso prescindono da quella che è la logica scientifica, ambientale e trasportistica. Non solo, ma spesso chi discute evita di proposito di leggere i dati (e talvolta anche i progetti) se vanno contro le loro convinzioni o desideri, oppure cita esclusivamente (e disonestamente) solo quelli a favore della propria tesi. 

Insomma, in genere manca un approccio “laico” alle opere, grandi o piccole che siano e anche per questo l’Italia è la patria della sindrome NIMBY (no, non nel mio cortile!).

A trattare argomenti del genere senza tenere conto dei dati (o citando solo quelli che appoggiano la propria tesi), succede spesso che vengano realizzate infrastrutture inutili e non vengano realizzate infrastrutture utili, oppure le realizzazioni lascino parecchio perplessi quando sono dettate da compromessi che non hanno nulla di logico. E questo è un altro motivo del declino del nostro Paese.

IL NUOVO AEROPORTO DI FIRENZE. La conseguenza del problema di cui sopra è che in tutto questo marasma di discussioni i progetti si trascinano per anni, se non decenni. La questione dell’aeroporto di Firenze ne è un esempio classico visto da quanto tempo se ne parla. In buona sostanza le ipotesi sono 3: (1) lasciare le cose come sono, (2) realizzare in alternativa alla pista attuale una seconda pista perpendicolare ad essa e (3) chiudere tutto. Non intervengo in questi aspetti anche se, per onestà intellettuale e correttezza nei confronti di chi legge, considerazioni trasportistiche, ambientali ed economiche (i famosi “dati”!) mi spingerebbero verso la (2). Quindi non sono del tutto neutrale, ma un conto è essere neutrale, un altro essere obbiettivo e personalmente mi sento in dovere di fare le pulci sia ad opere sia ad opere a cui sono tendenzialmente contrario, sia a maggior ragione ad opere a cui sono tendenzialmente favorevole, perché farei anche io una brutta figura.

Ho in proposito solo una perplessità su questo progetto, di cui approfitto per parlare di una questione più larga e cioè se e come la normativa idraulica debba o no essere modificata alla luce dei cambiamenti climatici. Questo vale nelle più varie situazioni, da un territorio allo stato “quasi naturale” a una realizzazione in una plaga ampiamente antropizzato.

La cosa si dovrebbe anche applicare anche alle decisioni da prendere per rimediare ad evidenti guasti fatti per rendere maggiormente sicuri territorio, infrastrutture e manufatti in genere. Ad esempio nella mitigazione del rischio idraulico per l’abitato di Firenze a monte del ponte S. Trinita del 2021 deve essere garantito un franco di 70 cm per la piena duecentennale nello scenario futuro (cioè con realizzate le casse di espansione del Valdarno superiore (ne ho parlato qui) e 70 cm non sono proprio pochi.

il reticolo idrografico della piana fra Firenze, Sesto Fiorentino e Campi Bisenzio con la nuova pista 

FARE I CONTI CON I GUASTI DEL PASSATO. Non mi stancherò mai di ripetere che per “guasti fatti” mi riferisco alla drastica diminuzione dello spazio concesso a fiumi e specchi d’acqua: le pianure come le vediamo, dalla più grande alla più piccola a parte poche rilevanti eccezioni non sono naturali perchè una volta erano aree acquitrinose nelle quali i fiumi erano liberi di fare gli affari propri, spostando il corso a loro piacimento. Inoltre paludi e lagune fungevano anche da enormi casse di espansione che tenevano abbastanza costante il livello di un fiume. 

Le bonifiche hanno cancellato la malaria, liberato ampi territori per l’agricoltura ed altre cose utili all’Umanità, ma hanno ridotto lo spazio a disposizione per i fiumi; inoltre nelle pianure l’urbanizzazione ha sigillato una gran parte del territorio, cancellando il reticolo idraulico. La costruzione delle casse di espansione serve proprio a laminare le piene, ripristinando in parte quello che era il loro stoccaggio nelle paludi. 

LA LEGISLAZIONE ATTUALE: LA PIENA DUECENTENNALE. Per legge, dal punto di vista idraulico, i progetti devono essere riferiti alla portata di una piena duecentennale. Mi giungono voci in base alle quali da un po' di tempo il Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici chieda di considerare un certo incremento di questo valore. Per quanto riguarda l’estero, non sono a conoscenza di revisioni particolari (ma è possibile che sia io a non saperne niente), tranne che in Olanda dove hanno alzato il tempo di ritorno (insomma, più o meno come se noi aumentassimo la piena di riferimento dalla duecentennale alla cinquecentennale). 

le porte vinciane alla confluenza
dei fossinel fiume Bisenzio

LA QUESTIONE IDRAULICA DELL’AEROPORTO DI FIRENZE. Venendo nello specifico al caso dell’aeroporto fiorentino, intervenire con infrastrutture importanti su un territorio già ampiamente antropizzato è sempre complesso. I problemi ambientali paiono risolti in maniera egregia (a parte alcune infrastrutture per la mobilità), ma c’è una questione su cui sono piuttosto perplesso: il tracciato attuale del Fosso Reale confligge con il nuovo rilevato e deve essere modificato. 

Il fosse Reale è un canale di bonifica che a monte della progettata pista raccoglie le acque provenienti da Monte Morello e che poco a valle rispetto al sito dell'intervento diventa quello centrale di 3 fossi: a destra il Collettore Acque Basse e a sinistra il Collettore Sinistro Acque Basse. Il Fosso Reale e il Collettore Acque Basse sfociano nel Bisenzio a San Mauro a Signa, dopo un percorso di 6 km dall’interferenza con la pista e a meno di 1 km dalla foce del Bisenzio nell’Arno; il Collettore Sinistro invece finisce direttamente in Arno a monte della foce del Bisenzio; prima della foce dei primi due nel Bisenzio, è presente un sistema di "porte vinciane": sbarramenti mobili ad altezza fissa che sfruttano la variazione di livello del corso d'acqua. Sono dette "vinciane" perché si presume che siano state inventate da Leonardo Da Vinci. Questo sistema parzializza progressivamente il deflusso con il rialzarsi dei livelli dei corsi d'acqua, fino a determinarne la completa chiusura con il transito delle piene del fiume Bisenzio: in tal caso tutto quello che passa per i tre fossi defluisce in Arno attraverso il Collettore Sinistro. 

Un aspetto interessante di questi 3 fossi a valle della progettata pista è la presenza di 3 anse, che rallentano un po' eventuali flussi di piena. 

il progetto della deviazione del Fosso Reale

L’asta fluviale del Fosso Reale (che di naturale non ha proprio nulla) si trova abbastanza vicina al termine del rilevato della pista, pertanto il progetto prevede oltre a sistemazioni del reticolo a monte della pista (in particolare briglie e rimboschimenti sul versante di monte morello), anche una deviazione dell'alveo, con tre curve: una prima grossolanamente ad angolo di circa 90° e una seconda morbida a 180° con all’esterno una cassa di espansione che ricorda bene la geometria di un meandro fluviale; infine, una terza, ancora ad angolo di 90° come la prima, reimmette il fosso nel tracciato attuale. Ci sono poi altri interventi sul reticolo dei fossi che però non riguardano l'argomento generale del post e quindi evito di descriverli.

Lungi da me criticare le anse dei fiumi e dei canali (anzi, rappresentano un valore rispetto alle aste fluviali in linea retta e dipendesse da me li farei rifare tutti con delle belle anse...) e sono sicuro della rispondenza dal punto di vista idraulico – legale del nuovo corso del Fosso Reale e della cassa d'espansione agli standard normativi (ci mancherebbe altro!), però mi aspetto (e auspico) che essendo una soluzione con funzionamento idraulico “non standard”, verrà richiesto in fase di progettazione definitiva un qualche studio su modello fisico, in modo da verificare aspetti su cui i normali modelli numerici lasciano ancora margini di incertezza. Annoto che nella revisione del progetto si dice che rispetto al progetto originario, il percorso del Fosso Reale viene ridotto di circa 1.100 metri rispetto alle  previsioni di Masterplan, con evidenti benefici in termini di deflusso idraulico e velocità di scorrimento idrico. Resto sbalordito da questa asserzione: una riduzione così decisa del percorso riduce il volume delle acque contenibili dal fosso, e si continua a dire che la velocità di deflusso sia un valore positivo, quando invece potrebbe essere un problema per quanto sta a valle.

una cella temporalesca autorigenerante V-Shaped in Liguria e un Medicane sul Tirreno:
fenomeni sempre più frequenti

NORMATIVA IDRAULICA E CAMBIAMENTI CLIMATICI. Dopo questa lunga introduzione vengo ora al tema di cui vorrei parlare: l'ipotetico comportamento di un sistema idraulico rispetto ad eventi inusuali come quelli a cui stiamo assistendo da qualche anno a questa parte.

La mia opinione è che siamo davanti ad un tema talmente ampio da richiedere dei profondi cambiamenti a livello normativo: il tradizionale approccio progettuale è incentrato sui tempi di ritorno di un evento di massima portata (la “piena duecentennale”); ora, considerare la duecenennale sarebbe un criterio valido con un clima costante, ma purtroppo la velocità a cui stanno procedendo i cambiamenti climatici ormai evidenti pone appunto il serio problema di quanto l’approccio “storico” possa essere ancora significativo. Mi chiedo quindi se sia da modificare questo paradigma, e lasciando per ora perdere l'esistente, richiedere per i nuovi interventi una verifica del comportamento rispetto a scenari non necessariamente legati al tempo di ritorno ricavato dalla storia passata del bacino, ma a scenari catastrofici purtroppo plausibili dal punto di vista climatico-fisico. 

Detto che in questo momento con l’evoluzione climatica in corso sono fonte di preoccupazione maggiore i bacini minori di quelli principali (ad esempio, per rimanere su Firenze il torrente Ema mi preoccupa molto più dell’Arno), definire cosa sia fisicamente plausibile, ancorché catastrofico, è una sfida scientifica ancora molto aperta. 

La tempesta del 15 settembre 2022 in particolare è stata rivelatrice di un pericolo maggiore rispetto al preventivato: a partire dall’evento di Stazzema del 1996, per proseguire con tutti gli altri disastri simili, sembrava che queste perturbazioni fossero relegate ad aree costiere oppure potessero proseguire solo in zone “abbastanza pianeggianti”, magari fino ad un ostacolo successivo, come succede in Veneto, oppure in Piemonte e Lombardia occidentale, dove possono arrivare, attraversando il non elevato Appennino ligure, i V-shaped che si formano nel Golfo di Genova. Invece la tempesta marchigiana ha attraversato quasi in direzione trasversale quasi tutta la penisola, prima di scaricare tutta la sua furia sulla dorsale del monte Catria (ne ho parlato qui), dimostrando che anche nell’Italia peninsulare aree interne molto lontane dal mare sono a rischio per questi fenomeni.

Il tutto mentre i nuovi fenomeni degli uragani mediterranei (i cosiddetti Medicanes) stanno flagellando sempre di più l'Italia meridionale.

Monte Morello visto dall'autostrada e dalla vecchia pista aeroportuale

UN NUOVO PARADIGMA PER LA NORMATIVA IDRAULICA? Provo pertanto ad ipotizzare ad esempio come scenario – limite di riferimento per l’Italia centrale e meridionale (in Liguria e in tutta l’Italia settentrionale le cose possono essere diverse) gli effetti di una cella autorigenerante V-Shaped simile a quello che ha colpito le Marche nel settembre 2016; pertanto propongo un cambiamento di paradigma, e cioè fissare le prescrizioni idrauliche non su eventi precedenti avvenuti nel bacino oggetto dell’intervento e quindi sulla piena duecentennale, ma sulla reazione del bacino stesso ad una eventuale situazione di questo tipo. 

Risolta la questione scientifica (che non sarà semplice: potrebbero essere fissati dei massimi di pioggia per aree ben più estese, in base a morfologia, orientazione, correnti e quant’altro), questa andrebbe poi tradotta in prescrizioni sulla progettazione, in quanto un progettista non è uno studioso, bensì un tecnico che esegue gli studi che gli vengono richiesti da normativa, secondo lo stato dell'arte corrente, e solo per quelli viene pagato. Naturalmente è possibile nel corso della progettazione di un’opera la prescrizione di ulteriori studi ed approfondimenti particolari da parte delle amministrazioni coinvolte, ma anche queste difficilmente si muovono al di fuori delle normative correnti sulle opere pubbliche. 

Nel caso di cui parlo specificamente, la dorsale di Monte Morello, alta 900 metri e il cui lato rivolto a SW verso la piana di Firenze è quasi una parete verticale, per la sua orientazione può essere considerata a rischio di essere investita da una cella V-shaped e quindi a me piacerebbe vedere una modellazione della risposta del reticolo idrografico e del territorio di Monte Morello a un evento analogo a quello marchigiano in cui piovono 400 mm di pioggia in 6 ore.

Le zone di subduzione come motore delle celle convettive del mantello e quindi della tettonica a placche

Stimolato da quanto ha scritto Joao Duarte, a mio avviso una delle menti più brillanti che abbiamo fra i teorici della tettonica globale, vorrei fare il punto sullo stato dell’arte della ricerca in materia, perché rispetto al vecchio paradigma della semplice espansione dei fondi oceanici come motore dei movimenti delle placche di Hess dei primi anni sessanta oggi sappiamo che i “motori” sono diversi. O, meglio, le correnti di convezione esistono, ma sono una conseguenza della tettonica a placche, in particolare della subduzione della crosta oceanica nelle zone di convergenza e non la causa della dinamica terrestre. Lo avevo già fatto notare in tre post che scrissi sull’argomento una decina di anni fa. Da allora nella manualistica poco è cambiato e le correnti di convezione del mantello vengono ancora descritte - a torto - come il motore della tettonica a placche.

Carta di John T. Wilson del 1962 in cui propone la formazione dell'Oceano Indiano
a partire dalla separazione fra Africa, Antartide, Australia e Asia.
Si nota l'ipotesi di una dorsale che ha allontanato India e Australia
messa con il beneficio del dubbio. Hess fornirà una spiegazione degli allontanamenti

Per vedere come come in 50 anni dalla deriva dei continenti di Wegener siamo arrivati a John Tuzo Wilson e alla tettonica a placche, attraverso Holmes e le sue celle di convezione del 1931, ho scritto nel lontano 2009 questo post. Dopo Wilson altri tre giganti delle Scienze della Terra completarono il quadro: Dewey introdusse il termine "tettonica a placche crostali", Hess propose l’espansione degli oceani per spiegare l'esistenza di una dorsale oceanica, mentre Jason Morgan capì che la superficie del nostro pianeta è suddivisa in circa 20 placche.

In seguito ho scritto alcuni post facendo notare che i movimenti delle placche e l'espansione dei fondi oceanici possono essere addebitati a più meccanismi. Vorrei ricapitolare come la Scienza è arrivata allo stato dell'arte odierno, che purtroppo, non è ben recepito neanche nella comunità delle Scienze della Terra.

HARRY HESS, IL GEOLOGO SOMMERGIBILISTA E IL QUADRO TRADIZIONALE. Parliamo un po' più diffusamente di Harry H. Hess: era un geologo e comandante di sottomarini della Marina durante la seconda guerra mondiale (e per questo mi è molto simpatico, dato che anche mio nonno era un sommergibilista). Nell'immediato dopoguerra l’importanza dei sottomarini crebbe a dismisura e fu avviato da parte degli Usa un importante programma di mappatura dei fondi oceanici (a cui un comandante di sottomarini geologo non poteva certo sottrarsi!). Parte della sua missione consisteva nello studiare le parti più profonde del fondale oceanico. Nel 1946 aveva scoperto che centinaia di montagne dalla cima piatta, forse isole sommerse, modellano il fondale del Pacifico,  che si può considerare un pò una una estensione del lavoro di Darwin sugli atolli (Darwin, 1842). 

Negli anni ’50 furono scoperte le dorsali oceaniche. Ristudiando i suoi dati di anni prima e dopo aver riflettuto a lungo, nel 1960 Hess propose che il movimento dei continenti fosse il risultato dell'espansione del fondale marino. Nel 1962 aggiunse un meccanismo geologico per tenere conto del movimento dei continenti secondo Wegener: era possibile che il magma fuso da sotto la crosta terrestre potesse fuoriuscire lungo le dorsali oceaniche. Il magma continua ad uscire e “spinge” in là quello appena più vecchio e quindi le placche su entrambi i lati della dorsale (ad esempio nell’Oceano Atlantico le Americhe a ovest e Eurasia e Africa a est): così l’Oceano Atlantico diventa sempre più ampio ma le coste delle masse continentali non subiscono grandi cambiamenti (Hess, 1962).

In questo modo Hess ha dimostrato che l'idea fondamentale di Wegener era giusta e ha chiarito il meccanismo che dalla Pangea ha formato i sette continenti che ci sono familiari: i continenti fanno parte delle placche e non si muovono indipendentemente da esse, ma sono le placche stesse a spostarsi, trascinandoli con sé.

Questo è il quadro comunemente noto. In realtà le cose stanno diversamente.

IL RUOLO DELLE SUBDUZIONI SECONDO WILSON. Sempre Wilson all'inizio degli anni ‘70 intuì il ruolo delle zone di subduzione nella dinamica del mantello: lungo di esse l'affondamento delle placche nel mantello genera i moti di convezione che lo interessano e quindi a cascata l’espansione dei fondi oceanici. Questo quadro è supportato da osservazioni ed è riproducibile in modelli numerici (ad esempio Ueda et al, 2008) ma ha una conseguenza fondamentale: le correnti di convezione esistono, ma sono l’effetto e non la causa, ribaltando tutto quello che era stato pensato fino ad allora.

POSSIBILI CAUSE DELL’ESPANSIONE DEI FONDI OCEANICI. Per spiegarla, come avevo fatto notare, sono stati chiamati in causa diversi processi:

1. trascinamento da correnti convettive del mantello: la placca è trascinata da una corrente convettiva del mantello. È l'ipotesi fondamentale su cui si basava già Arthur Holmes negli anni '30 per spiegare la deriva dei continenti come ipotizzata da Wegener e che era diventata il paradigma all’inizio della storia della Tettonica a placche negli anni '60
2. trascinamento da parte della zona in subduzione (“slab-pull”): la crosta oceanica che subduce nel mantello (il cosiddetto slab) “trascina” la parte ancora in superficie della zolla
3. spinta da parte della formazione di nuova crosta lungo una dorsale medio – oceanica: è l’ipotesi – diciamo così – “classica”: siccome il diametro della Terra rimane costante il continuo formarsi di nuova crosta oceanica lungo le dorsali medio – oceaniche impone che altrettanta crosta debba in qualche modo scomparire nelle zone di subduzione. Di fatto si vede bene in moltissimi casi la "coppia" formata da una dorsale dove si produce la nuova crosta e una zona di subduzione dove vecchia crosta scompare affondando nel mantello
4. spinta da parte di un punto caldo: questo fattore agisce solo per tempi limitati ma può essere molto importante a causa della presenza di una zona di risalita di magma dal profondo che forma una serie di espandimenti basaltici. In sostanza, la presenza di questo materiale anomalmente caldo e quindi poco viscoso permette alla litosfera sovrastante velocità maggiori. Ad esempio proprio per il caso della deriva dell'India al passaggio Cretaceo – Terziario era attiva la serie dei Trappi del Deccan in cui in meno di 1 milione di anni sono stati messi in posto circa 1 milione di km cubi di magma. Questo può dare conto della velocità estremamente elevata che sembra aver avuto l'India proprio in quel momento e anche della temporanea inversione del movimento verso E dell’Africa.

questa figura tratta da Meschede e Warr (2019) evidenzia come la litosfera in subduzione
più fredda provochi, immergendosi, un richiamo verso l'alto di parte della astenosfera più calda 
presente ai lati del cuneo in subduzione

IL QUADRO ATTUALE. Questa immagine, molto semplice, tratta da Meschede e Warr (2019) illustra relativamente bene lo stato dell’arte della ricerca sulla tettonica delle placche nel contesto dinamico del mantello:

1. nelle zone di convergenza le placche oceaniche entrano nelle zone di subduzione 
2. le placche oceaniche affondano perché sono più dense del mantello circostante e sottostante
3. la subduzione genera un flusso di ritorno (frecce rosse tratteggiate) che a sua volta induce la risalita di materiale profondo, i mantle plumes (pennacchi del mantello)

Notiamo quindi una inversione dei rapporti di causa – effetto: è la perturbazione provocata dalla subduzione a provocare a sua volta i flussi ascendenti del mantello (e quindi la corrente di convezione) e non il contrario. 

Per capire meglio la situazione prendiamo come modello di riferimento le correnti di convezione verticale negli oceani: si generano perché l'acqua più fredda nelle aree polari affonda, provocando la risalita passiva di masse d'acqua più calde. La stessa cosa accade nel mantello terrestre: il materiale più freddo (e più denso) della superficie che scende genera la convezione, e i plumes sono zone di risalita del mantello.

Alcuni di questi plumes arrivano verso la superficie. In questo caso la diminuzione della pressione provoca la fusione parziale della roccia e quello che arriva verso la superficie forma nuova crosta oceanica lungo una dorsale, dopo che si è aperto un rift, generalmente lungo una sutura precedente fra due masse continentali che si erano precedentemente scontrate (Butler e Jarvis 2004). La crosta oceanica sarà formata da peridotiti (il residuo refrattario della fusione parziale del mantello del plume) e da magmi a composizione basaltica tipici di questo ambiente tettonico, i cosiddetti Normal MORB (Mid Oceanic Ridge Basalts). Questi magmi possono arrivare ad eruttare i basalti MORB sul fondo oceanico oppure formano complessi gabbrici se si raffreddano senza arrivare in superficie.

I corollari di questo scenario sono:

1. le placche in subduzione sottostante generano la maggior parte delle correnti di convezione del mantello. 
2. Le placche sono anch'esse parte delle celle di convezione.

IL PROBLEMA DI COMUNICAZIONE ATTUALE. Purtroppo la maggior parte dei manuali continua a usare il vecchio quadro delle correnti di convezione e quindi che è l’espansione dei fondi oceanici a generare il movimento delle placche. Ora, questo non solo non è supportato dalle osservazioni, ma nessun modello numerico è stato in grado di riprodurlo. È semplicemente sbagliato. Non c'è altro modo per dirlo. Insomma, dal punto di vista della comunicazione, siamo fermi agli anni ‘60. 

BIBLIOGRAFIA

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HOLMES, A. (1931). Radioactivity and Earth movements. Transactions of the Geological Society of Glasgow, 18, 559–606,

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