La geologia per lo studio delle faglie attive

La geologia per lo studio delle faglie attive

Nelle precedenti lezioni abbiamo imparato come la definizione dell'attività di una faglia sia un concetto strettamente correlato al regime sismotettonico in atto. Quest'ultimo riguarda dunque un intervallo temporale e, di conseguenza, un criterio utile (ancorché cautelativo) per definire l'attività di una faglia è proprio quello di utilizzare un intervallo temporale.

In Italia, paese caratterizzato da una medio-alta pericolosità sismica, si considera attiva quella faglia che si è attivata almeno una volta negli ultimi 40.000 anni (ICMS, 2008). Altri criteri (e.g. Galadini et al. 2012) temporali definiscono attiva e capace una faglia che mostra indizi di attività post-Pleistocene medio a meno che depositi non più giovani dell'Ultimo Massimo Glaciale (LGM, circa 20.000 anni) sigillino la faglia, che in tal caso può essere ritenuta inattiva.

Le faglie capaci, quella sottocategoria di faglie attive che sono in grado di produrre una dislocazione cosismica istantanea e permanente del piano campagna, sono la chiave di lettura per il geologo per studiare i terremoti.

Il ruolo della geologia del terremoto è quello di studiare l'espressione in superficie delle faglie sismogenetiche e gli effetti della fagliazione di superficie prodotta da terremoti forti (Mw > 5.5 - 6, soglia per la quale si può verificare fagliazione di superficie).

Ma in che modo si "manifestano" in superficie le faglie?

Le faglie possono avere un'espressione superficiale più o meno evidente. Una faglia si può definire superficiale se i terremoti di magnitudo elevata generano una fagliazione di superficie i cui segni sono visibili sul paesaggio. Si definisce nascosta se esiste ed è capace, ma non vi sono indicatori morfologici che lasciano intuire la sua presenza. Una faglia può essere attiva ma non accumulare un energia tale per rompere la superficie topografica. In tal caso si può definire cieca.Considerata l'esistenza di queste differenti sottocategorie di faglie attive, appare chiaro che gli indizi geomorfologici non sono univoci. La deformazione prodotta da una faglia attiva può essere locale o regionale.

La deformazione locale (geologia e geomorfologia della zona di faglia) è quella che si manifesta in corrispondenza dell'emersione in superficie della faglia, sia dal punto di vista della faglia stessa, sia dal punto di vista dei possibili indicatori geomorfologici (corsi d'acqua deviati, conoidi rigettati ecc.).

La deformazione regionale è quella che causa il sollevamento (o l'abbassamento) di una regione di territorio ampia alcuni chilometri quadri, come risultato dell'attività tettonica. Può essere studiata attraverso la geomorfologia regionale, la geomorfologia tettonica e la geomorfologia quantitativa.

A Deformazione regionale: sollevamenti e abbassamenti hanno luogo in una regione ampia alcuni Km2, zone montuose si sollevano e seftori vallivi si ribassano. Deformazione locale: una scarpata si forma in corrispondenza dell'emersione in superficie della faglia. K Faglia B ipocentro ribassamenti - sollevamentiUn geologo ha quindi, come detto, il ruolo di studiare questi indizi lasciati dall'attività di una faglia sul territorio, allo scopo di definire la localizzazione, la dimensione e l'età dei terremoti del passato.

La disciplina che studia questi aspetti è la paleosismologia. La paleosismologia è un approccio multidisciplinare che prevede l'utilizzo di più discipline finalizzate allo studio di una faglia attiva.

Attraverso analisi storiche, consultazione di database e cataloghi sismici, o rilevamenti macrosismici condotti su terremoti del passato è possibile avere una prima stima sulla localizzazione di una faglia sismogenetica.

La geologia del quaternario e la geomorfologia regionale consentono invece di identificare e di studiare l'evoluzione di settori crostali guidati nella loro strutturazione dall'attività di una faglia.

Studi di dettaglio geologici e geofisici permettono infine di localizzare la faglia attiva e, su di questa, è possibile condurre degli studi diretti sul piano di faglia.

Uno studio molto utilizzato per identificare l'attività di una faglia e di stabilirne differenti parametri è lo scavo di trincee geognostiche con finalità paleosismologiche lungo la traccia in superficie di una faglia.

Ricerche paleosismologiche

Le ricerche paleosismologiche si effettuano quindi esplicando attraverso due fasi distinte:

1. L'identificazione delle strutture sismogenetiche (ovvero quelle faglie di cui abbiamo sufficienti informazioni per ritenere che possano produrre terremoti significativi);
2. La loro caratterizzazione, ossia la valutazione dei parametri geometrici e cinematici che consentono di stimare la magnitudo massima attesa.

Studi paleosismologici

Gli studi paleosismologici possono/devono essere corredati da:

• Studio della sismicità storica di un'area attraverso la consultazione di cataloghi sismici (CPTI, DBMI, pubblicazioni scientifiche)
• Distribuzione della macrosismicità (epicentri e andamento delle isosisme).
• Segnalazioni bibliografiche su riviste specialistiche.
• Esistenza degli elementi strutturali messi in luce dall'analisi bibliografica.
• Lettura di foto aeree e immagini telerilevate.
• Rilevamento geologico-geomorfologico.

Strumenti per l'identificazione di strutture sismogenetiche

La paleosismologia e la neotettonica sono quelle discipline che consentono di investigare nel dettaglio un vasto intervallo temporale, ovvero i range temporali con i quali è possibile verificare l'attività o l'inattività di una faglia.

Abbiamo visto come la paleosismologia (ovvero la disciplina che studia la localizzazione, l'intensità e l'età dei terremoti del passato) serva a identificare strutture sismogenetiche, per poi studiarle nel dettaglio.

La neotettonica è una disciplina più ampia e consente di costruire gli schemi strutturali riferibili al regime tettonico in atto. Consente cioè di definire l'intervallo temporale durante il quale una faglia può essere definita attiva, o al contrario, inattiva.

Una definizione di neotettonica può essere la seguente: "insieme integrato di ricerche avente come scopo la definizione dell'evoluzione tettonica pliocenico-quaternaria, ricostruita con scansione temporale dell'ordine delle centinaia di migliaia di anni".

Strumenti del geologo

Ma quali sono gli strumenti che può utilizzare un geologo per compiere queste ricerche?

Sono sostanzialmente tre e sono ognuna propedeutica all'altra:

1. La geologia del Quaternario,
2. La geomorfologia,
3. La geologia strutturale.

Geologia del Quaternario

• La geologia del Quaternario permette di ricostruire la parte più recente della storia geologica fornendo la base per la valutazione dei processi geologici in atto. Il Quaternario è il periodo geologico che comprende il Pleistocene e l'Olocene, andando dunque da 2,58 M.a. ad oggi.

La metodologia di base per lo studio della geologia del Quaternario è il rilevamento geologico-geomorfologico. È solo studiando la correlazione tra la geometria dei vari corpi geologici con le forme del paesaggio che è possibile delineare un'evoluzione geologico strutturale a lungo termine.

Il rilevamento geologico può essere condotto attraverso le classiche metodologie per la raccolta dati di terreno (martello, bussola e cartografia di base + eventuali software) per definire le principali unità stratigrafiche da correlare con le informazioni geomorfologiche e strutturali.

Abbiamo visto come i corpi geologici possono essere raggruppati in unità litostratigrafiche (ovvero accumunate da caratteristiche litologiche) o geocronologiche (ovvero accumunate dal periodo di messa in posto). Tuttavia, per quanto riguarda la geologia del Quaternario è particolarmente utile un approccio che tenga conto sia delle caratteristiche litologiche, sia del periodo di messa in posto che della morfologia del paesaggio.

Quest'approccio è il criterio stratigrafico delle UBSU (Unconformity-bounded Stratigraphic Units), dove un un'unità può essere così definita:

«corpo roccioso delimitato alla base e alla sommità da superfici di discontinuità specificatamente designate, significative e dimostrabili, aventi preferibilmente estensione regionale o interregionale».

Geomorfologia

• La geomorfologia è lo strumento più utile per individuare ed analizzare le forme risultanti dell'attività tettonica e a definire livelli (forme) di riferimento utili a quantificare movimenti verticali.

Le forme del paesaggio sono un'espressione diretta dell'interazione tra aspetti esogeni ed endogeni. Correlare, ad esempio, due superfici pianeggianti poste a quote differenti, ma formatesi nello stesso momento per lo stesso processo, può dare un'idea dello spostamento che una faglia può aver prodotto (e.g. un terrazzo fluviale dislocato, una conoide rigettata ecc.)

Anche in questo caso è possibile avvalersi del rilevamento geomorfologico, ma ci vengono in aiuto anche la fotogeologia ed il telerilevamento in generale.

Le indagini fotogeologiche consentono in poche parole di ampliare la scala di osservazione di un fenomeno senza perdere di vista il focus dell'indagine.

Molti processi che andiamo a ricercare hanno una scala maggiore rispetto a quella che ci fornisce il rilevamento diretto sul terreno (pensiamo ad una DGPV o, appunto, una faglia lunga decine di chilometri). Distaccarci dalla realtà di terreno consente di arrivare ad una scala più idonea per l'osservazione di grandi fenomeni e, allo stesso tempo, di avere una visione sinottica su di essi.

Tutti questi studi andranno tuttavia validati sul terreno per poter esser sicuri di quanto osservato in maniera indiretta.

Analisi indiretta: fotogeologia

Quest'analisi indiretta (la fotogeologia) si compone di due differenti tecniche: la fotointerpretazione e la stereoscopia.

1. La prima, la fotointerpretazione, consiste nell'individuazione di oggetti e forme attraverso l'acquisizione di informazioni a distanza a partire da immagini bidimensionali, quali foto aeree (e.g. Volo Base 1954 e Volo Italia 1988-1989) o ortofoto. Le informazioni possono essere ottenute attraverso l'osservazione delle variazioni tonali e tessiturali di un'immagine. Per tono si intende la quantità di luce riflessa da un oggetto, mentre la tessitura è la frequenza con cui il tono varia all'interno di un'immagine.
2. La seconda tecnica è la stereoscopia, ovvero la possibilità di osservare un oggetto in tre dimensioni. Questa capacità deriva dall'elaborazione del fattore topografico a partire da due immagini piane dello stesso oggetto (stereo-coppie) eseguite da due angolazioni differenti. Questo processo è facilitato dall'utilizzo dello stereoscopio, uno strumento che consente di restituire in tre dimensioni una coppia di foto bidimensionali attraverso un sistema di specchi e lenti.