Torna all’indice generale

7. Fisica della Terra Solida (aggiornato al Dicembre 2001)

 

7.1 Meccanica delle faglie

7.2 Modellistica delle strutture sismogenetiche

7.3 Applicazione delle tecniche spaziali: pericolosità sismica dell’Appennino

7.4 Studio del terremoto di Messina del 1908

7.5 Elaborazione di dati macrosismici.

7.6 Studio in laboratorio della fisica di base dei terremoti

7.7 Fisica del vulcanismo

7.8 Modelli termo-fluidodinamici delle colate di lava e di fango

7.9 Tecniche di telerilevamento per il monitoraggio dei vulcani

7.10 Modelli dinamici di frane in ambiente subaereo e marino

7.11 Tecniche spaziali e terrestri (GPS e gravimetria) per lo studio delle deformazioni della crosta terrestre

Eruzioni vulcaniche, terremoti e maremoti sono alcune delle manifestazioni più spettacolari dell’attività interna del nostro pianeta. La Terra è un sistema fisico complesso, in continua evoluzione. La Fisica della Terra solida ha lo scopo di comprendere il funzionamento di questo sistema, tramite lo studio dei processi che avvengono all’interno del pianeta e delle loro manifestazioni esterne. Tale studio è realizzato tramite le metodologie e gli strumenti propri della fisica, basati su un’impostazione rigorosa e quantitativa dell’indagine scientifica.
La Terra è un corpo eterogeneo, costituito da materia in vari stati di aggregazione (solido, liquido, gassoso), in condizioni di temperatura e di pressione che crescono verso il centro del pianeta, dove raggiungono rispettivamente parecchie migliaia di gradi e oltre tre milioni di atmosfere (300 GPa). La Terra è stratificata: è composta da un nucleo interno solido e da un nucleo esterno liquido, formati prevalentemente da ferro; da un mantello formato da silicati e da una sottile crosta superficiale, avente uno spessore medio di 35 km. La densità della Terra solida cresce da circa 3000 kg/m3 alla superficie terrestre fino a 13000 kg/m3 al centro del pianeta. La composizione e le condizioni di temperatura e pressione determinano il comportamento reologico della Terra, cioè la maniera in cui le diverse regioni del pianeta rispondono agli sforzi: il mantello si comporta come un corpo viscoelastico, mentre lo strato esterno della Terra (chiamato litosfera) è elastico e fragile. La litosfera è frammentata in una dozzina di grandi placche e molte placche minori, che sono in lento movimento l’una rispetto all’altra. La superficie terrestre è coperta per la maggior parte da acqua allo stato liquido (idrosfera) o solido (criosfera) ed è circondata da un involucro gassoso (atmosfera), la cui densità e pressione decrescono verso l'esterno.
La Terra produce due fondamentali campi di forze: il campo gravitazionale e il campo magnetico. Inoltre non è un sistema chiuso, ma riceve energia e materia dallo spazio esterno: è sottoposta all’azione di campi di forze gravitazionali da parte del Sole e degli altri corpi del sistema solare (prevalentemente la Luna) ed elettromagnetiche (radiazione solare); riceve dallo spazio un continuo flusso di materia (meteoriti, vento solare, raggi cosmici). L'interazione tra il campo magnetico terrestre e il vento solare dà origine alla magnetosfera, una regione che si estende per decine di migliaia di chilometri attorno alla Terra.
Il motore dell’attività terrestre è il calore presente all’interno del pianeta. Esso risale in parte all’epoca della formazione della Terra, in parte è generato dal decadimento degli isotopi radioattivi presenti nelle rocce. Il calore produce i movimenti convettivi del nucleo che sono all’origine del campo magnetico e il lento moto di convezione nel mantello che causa il moto delle placche litosferiche. Questo moto, che ha una velocità media di alcuni centimetri all’anno, origina il processo noto come tettonica delle placche, responsabile dell’orogenesi e dell’attività sismica e vulcanica. I terremoti sono onde elastiche che si propagano nella Terra come conseguenza del movimento di grandi fratture, chiamate faglie. I vulcani sono aperture della crosta terrestre attraverso le quali fuoriesce il magma, materiale che si forma in profondità per fusione parziale delle rocce. Terremoti ed eruzioni vulcaniche esplosive, quando avvengono in prossimità dei mari o degli oceani, generano i maremoti, perturbazioni che si propagano sulla superficie degli oceani come onde di gravità e, giungendo sulle coste, possono raggiungere altezze di decine di metri, con un grande potere distruttivo.

La faglia di San Andreas in California.

L'eruzione del Vesuvio del 1794 (Napoli, Museo San Martino).

L’interno della Terra è sostanzialmente inaccessibile: il pozzo più profondo che sia stato perforato ha raggiunto la profondità di circa 20 km, un trecentesimo del raggio della Terra. Ciò comporta che le nostre conoscenze debbano essere dedotte esclusivamente tramite l’osservazione dei fenomeni superficiali: non solo di quelli più appariscenti, come terremoti ed eruzioni, ma anche delle lente variazioni dei parametri fisici rilevanti, come gli spostamenti e le deformazioni del suolo, il campo gravitazionale, la temperatura e il flusso di calore, il campo magnetico. Lo studio della Terra solida richiede pertanto un controllo continuo della superficie terrestre, che può essere effettuato tramite reti strumentali appropriate. La misura e lo studio dei movimenti della superficie terrestre sia a breve che a lungo termine sono realizzati dalla geodesia, tramite tecniche che oggi ricorrono sempre più all’impiego dei satelliti artificiali, come l’SLR (Satellite Laser Ranging), il GPS (Global Positioning System) e il SAR (Synthetic Aperture Radar), grazie alle quali si possono apprezzare spostamenti del suolo dell’ordine dei millimetri. Grazie alla radar-altimetria da satellite, è possibile monitorare costantemente l’innalzamento del livello medio del mare sia a scala globale che regionale, con precisione millimetrica: queste osservazioni sono importanti per studiare l’impatto ambientale del cambiamento climatico globale. La misura delle oscillazioni del suolo connesse ai terremoti è effettuata tramite reti sismometriche, insiemi di stazioni di registrazione dotate di strumenti (sismometri) uguali e sincronizzati, facenti capo a un unico centro di controllo, raccolta ed elaborazione dei dati.

 
 

Un satellite GPS.

Il centro di raccolta ed elaborazione dati sismici dell'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia di Roma .

La Fisica terrestre riveste un ruolo preminente nella valutazione dei cosiddetti rischi naturali, in particolare quelli che derivano dall'azione della Terra solida sull'uomo e sull’ambiente antropizzato, come terremoti e bradisismi, eruzioni vulcaniche, maremoti, frane, subsidenza. Se consideriamo come esempio i terremoti e le eruzioni vulcaniche, la probabilità che un simile evento colpisca una determinato sito entro un dato periodo di tempo è chiamata pericolosità sismica o vulcanica. Poiché i terremoti e le eruzioni sono fenomeni caratteristici di determinate regioni, dette rispettivamente sismiche e vulcaniche, nelle quali si ripetono nel corso del tempo, per la determinazione della pericolosità di una regione è essenziale conoscerne in primo luogo la storia sismica e vulcanica. Per l'Italia questo è possibile grazie alla documentazione scritta dei fenomeni distruttivi che hanno colpito il nostro territorio negli ultimi duemila anni e più.
Lo studio dei fenomeni geofisici è effettuato tramite modelli matematici che riproducono il comportamento dei sistemi fisici ove tali fenomeni si manifestano. I modelli si avvalgono delle teorie fisiche che descrivono i fenomeni considerati, come la teoria dell'elasticità, la meccanica dei fluidi, la fisica dello stato solido, la termodinamica, le teorie della gravità e dell’elettromagnetismo. Tramite i modelli matematici, è possibile ad esempio simulare gli scenari più probabili che si presenteranno come conseguenza dell’attivazione di una sorgente sismica o vulcanica e valutare la pericolosità di un sito rispetto all’evento considerato.
Le potenzialità di applicazione di queste metodologie nel nostro Paese sono vastissime. L'Italia possiede il più rilevante patrimonio storico-artistico del mondo, con oltre duemila centri storici classificati di elevato valore culturale. Per la diffusa urbanizzazione del territorio e per la tipologia prevalente delle costruzioni esistenti, caratterizzate da notevole vulnerabilità, si può affermare che l'Italia è caratterizzata da una pericolosità sismica e vulcanica moderate, ma da un rischio sismico e vulcanico elevati. La salvaguardia delle vite umane e del patrimonio edilizio richiede interventi sistematici per la riduzione dei rischi naturali (principalmente sismico, vulcanico e idrogeologico), un'impresa che necessita di grandi risorse umane ed economiche e che deve prendere le mosse da una valutazione accurata del rischio cui ciascun sito è sottoposto.
Torna inizio documento

 

7.1 Meccanica delle faglie.

Personale dell’Università: M. Bonafede, M.E. Belardinelli.
 
Personale degli Enti di ricerca: A. Bizzarri (INGV).
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: E. Rivalta.

La ricerca che si occupa di interpretare il comportamento di una faglia consente in particolare di descrivere i fenomeni che avvengono durante un terremoto alla "sorgente" ovvero nella zona dove il terremoto ha origine e dove si colloca l'ipocentro. Tale tipo di ricerca richiede di fare riferimento alla roccia come un mezzo elastico in cui il campo di spostamento è discontinuo attraverso la superficie della faglia, che rappresenta appunto una frattura della roccia. A tal fine si utilizza la teoria delle dislocazioni o la teoria della frattura in mezzi elastici. Abbiamo in particolare ricavato le soluzioni matematiche che descrivono gli sforzi prodotti nelle rocce da processi di fagliazione associati a terremoti avvenuti in mezzi elastici eterogenei, per tenere conto della effettive discontinuità strutturali presenti nelle rocce della crosta terrestre, dove si sviluppa la maggior parte dei terremoti. La presenza di discontinuità strutturali è causa di effetti inattesi, e può rendere conto della complessità geometrica delle regioni di faglia e di alcune asimmetrie osservate nella distribuzione della sismicità. Queste soluzioni sono state applicate in particolare allo studio di regioni sismiche attive dell'Islanda, della California e dell'Appennino centrale.

La discontinuità dello spostamento in corrispondenza di una faglia prende nome di scorrimento. Durante un terremoto si verifica un improvviso scorrimento con una velocità dell'ordine dei metri al secondo. L’impiego di leggi che descrivono l'attrito sulla superficie di faglia e che contengono una dipendenza dalla velocità di scorrimento ed effetti di memoria consentono di interpretare il comportamento nel tempo di una faglia e di studiare l'interazione tra faglie durante sequenze di terremoti. Si è considerata la perturbazione dello stato di sforzo prodotta da un terremoto nella regione circostante l'ipocentro. Tale perturbazione può contribuire a innescare successivi terremoti sulle faglie preesistenti nella regione e, in tal caso, la distribuzione temporale degli eventi successivi dipende dall'andamento temporale della perturbazione di sforzo e dalle leggi di attrito utilizzate. Questo studio è stato applicato al caso di due eventi del terremoto dell'Irpinia (1980).

Torna inizio documento
 

7.2 Modellistica delle strutture sismogenetiche

Personale dell’Università: M. Dragoni, A Piombo.

I dati di deformazione del suolo sono fondamentali per l’individuazione della geometria delle faglie attive e dell’ampiezza dei loro scorrimenti. La presenza di asperità sulle faglie assume un notevole rilievo in virtù del fatto che il cedimento delle asperità origina i terremoti. La ricerca in oggetto ha preso in esame modelli della crosta terrestre, rappresentata come un semispazio elastico all'interno del quale sono presenti faglie piane normali o inverse. Si è assunto che su una faglia sia presente un'asperità che rimane bloccata, mentre il resto o una parte della superficie di faglia scorre in maniera uniforme. Si è calcolato il campo degli spostamenti prodotto alla superficie terrestre e si è studiata l'influenza della forma, della dimensione e della profondità dell'asperità, anche al variare dell'angolo di immersione della faglia. In termini di spostamento, l'effetto è proporzionale allo scorrimento delle aree circostanti l'asperità. L'interpretazione della struttura in profondità, responsabile del campo di spostamenti misurato in superficie, è possibile introducendo nel modello una opportuna scelta dei parametri, sostenuta da vincoli sismologici e geologici. La ricerca è effettuata in collaborazione con l’Università di Urbino.

Torna inizio documento
 

7.3 Applicazione delle tecniche spaziali: pericolosità sismica dell’Appennino centro meridionale

Personale dell’Università: P. Baldi, M. Bacchetti, C. Guidi.

Personale di Enti di ricerca: G. Casula, A Pesci (INGV).

L’Appennino centrale e meridionale è una delle zone più sismiche dell’area italiana, dove sono evidenti grandi deformazioni tettoniche avvenute in epoca recente. La stima del rischio sismico di quest’area è stata effettuata fino ad oggi utilizzando essenzialmente metodi statistici; attualmente è possibile misurare con grandissima precisione le deformazioni in atto, utilizzando la tecnica del Global Positioning System e dell’interferometria SAR. È quindi possibile, partendo dalla conoscenza della distribuzione spaziale e temporale del campo di deformazione attuale, vincolare i modelli geodinamici attivi, comprendere meglio le modalità di accumulo e rilascio dello sforzo tettonico e quindi ottenere una stima deterministica della pericolosità sismica dell’area. La ricerca, coordinata dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, vede impegnata l’unità operativa del Dipartimento principalmente nell’osservazione ed elaborazione di dati GPS, sia utilizzando numerose stazioni permanenti, sia effettuando campagne di misura periodiche nelle aree di maggiore interesse. Sono stati sviluppati opportuni codici numerici per l’acquisizione e l’analisi automatica dei dati con controllo remoto. Lo scopo principale dell’analisi consiste nella determinazione di un insieme preciso di coordinate di stazione e nella ricerca di eventuali spostamenti dei vertici, dovuti a eventi sismici o a movimenti tettonici lenti. L’obiettivo è combinare tutte le informazioni GPS raccolte al fine di vincolare modelli di sorgenti sismiche e vulcaniche e di individuare anomalie nell’andamento della deformazione regionale e locale separando la componente tettonica da quella sismica e vulcanica

Torna inizio documento
 

7.4 Studio del terremoto di Messina del 1908

Personale dell’Università: E. Boschi.

Il terremoto di Messina del 1908 è il più grande che abbia colpito l’Italia nel XX secolo. Da allora sono avvenuti nella zona solo eventi di piccola magnitudo: lo studio dell’evento del 1908 è pertanto cruciale per comprendere le modalità di rilascio di sforzo in quella zona. I sismogrammi disponibili per questo evento sono stati raccolti e digitalizzati con lo scopo di studiare le caratteristiche della sorgente. Tramite l’inversione delle forme d’onda delle onde P si sono ricavate la funzione sorgente e il momento sismico dell’evento, ottenendo un buon accordo con i risultati derivanti dall’inversione dei dati geodetici di livellazione. Lo scorrimento sismico è avvenuto con propagazione unilaterale verso nord del fronte di dislocazione su una faglia lunga circa 43 km, con uno scorrimento massimo di circa 4 m in corrispondenza del centro della superficie di dislocazione.

Torna inizio documento
 

7.5 Elaborazione di dati macrosismici. Rivalutazione e catalogazione dei parametri strumentali dei terremoti

Personale dell’Università: E. Boschi, P. Gasperini.

Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: F. Carletti, B. Lolli.

Si tratta di una serie di ricerche volte al miglioramento della definizione dei parametri dei terremoti storici avvenuti in Italia. Sulla base della distribuzione spaziale dei risentimenti (intensità macrosismica) dei terremoti, sono state definite ed applicate metodologie robuste per determinare l’epicentro, la magnitudo e l’orientazione della struttura sismogenetica responsabile del terremoto. Al fine di rendere oggettiva e riproducibile la stima dell’intensità macrosismica, è stato inoltre sviluppato un metodo di supporto informatico alla valutazione dell’intensità stessa, che fa uso della teoria degli insiemi sfumati (fuzzy sets). Sono state avviate ricerche per la definizione delle modalità di attenuazione dell’intensità nell’area italiana e l’individuazione degli effetti di amplificazione locale. Nell’ambito del Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti (GNDT), si sono svolte attività volte 1) al riordino e alla rielaborazione del database delle letture dei tempi di arrivo delle fasi sismiche registrate dal 1981 al 1996 da parte della Rete Sismica Nazionale Centralizzata (RSNC) dell’INGV e di altre reti quattro locali italiane; 2) al controllo e alla catalogazione dei meccanismi focali disponibili in letteratura per l’area italiana e più in generale per quella mediterranea. Riguardo al primo argomento è in corso di stampa un CD/ROM contenente il database riordinato. Il contributo del Dipartimento ha riguardato il coordinamento del progetto e la rivalutazione omogenea della magnitudo locale. Relativamente al secondo argomento, è stato prodotto un sistema informatico per la gestione, il controllo e la selezione dei meccanismi focali, che include attualmente circa 5000 terremoti.

Sorgenti sismiche storiche in Appennino centrale e meridionale dedotte da dati macrosismici


 

Variazioni laterali dell'attenuazione dell'intensità macrosismica in Italia

Torna inizio documento

 

7.6 Studio in laboratorio della fisica di base dei terremoti

Personale dell’Università: F. Mulargia.

Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: S. Castellaro, M. Ciccotti.

Il verificarsi di un terremoto richiama all'attenzione l'incapacità della scienza di prevedere questo fenomeno in maniera accurata come è invece possibile, ad esempio, per molti fenomeni astronomici. Questa incapacità deriva innanzi tutto dalla mancanza di un modello efficace della fisica di base dei terremoti. In sismologia esistono modelli che spiegano in modo soddisfacente la generazione e la propagazione delle onde sismiche, ma la dinamica dei processi che portano al verificarsi, e al ripetersi, di un terremoto in una certa porzione della crosta terrestre, resta al momento insufficientemente conosciuta. Il motivo è da ricercare da una parte nella natura complessa del fenomeno, che è l'esito di molti processi non lineari concomitanti, con un grande numero di variabili in gioco e, dall'altra, dal fatto che la zona sorgente non è accessibile. Basandosi sul fatto che una delle caratteristiche fenomenologiche fondamentali sembra essere l'autosimilarità, appare possibile studiare il problema in dimensioni ridotte in laboratorio, sotto condizioni controllate. Nel Laboratorio di meccanica delle rocce, si studia la rottura di un'asperità, e cioè della porzione di roccia che, in una faglia sismica, fa da blocco allo scorrimento. Nel 2000 questa attività ci ha portato a: 1) sviluppare e applicare una procedura efficace per misurare la presenza autosimilarità; 2) sviluppare un nuovo metodo di inversione dei dati, che permette, a differenza del metodo classico di Evans, di misurare in maniera accurata i parametri di frattura per la configurazione utilizzata in laboratorio; 3) applicare il metodo a un caso pratico; 4) sviluppare un modello teorico ad automa cellulare capace di riprodurre la fenomenologia nota per i terremoti con il minimo possibile di assunzioni.

Torna inizio documento
 

7.7 Fisica del vulcanismo

Personale dell’Università: M. Bonafede.

Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: E. Trasatti, E. Rivalta.

La teoria delle dislocazioni in mezzi elastici è applicata all'interpretazione dei meccanismi di risalita dei magmi. Il magma si differenzia lentamente all'interno delle rocce del mantello terrestre e, per la sua minore densità, tende a salire per effetto della spinta di Archimede. Questa spinta può aprire fratture nelle fredde rocce crostali, all'interno delle quali il magma può salire verso la superficie. La sismicità delle regioni vulcaniche trova una naturale giustificazione nelle elevate tensioni prodotte lungo le superfici di discontinuità strutturale da questi meccanismi intrusivi. Le deformazioni prodotte in superficie dall'aumento di pressione del magma in profondità` forniscono stime della profondati` ed estensione della sorgente deformativa, particolarmente utili ai fini della previsione di possibili eruzioni. L'eterogeneità` del mezzo altera in modo significativo la deformazione osservabile in superficie, e le proprietà` anelastiche degli strati rocciosi più profondi possono generare importanti variazioni alle deformazioni attese per un mezzo elastico omogeneo. Studi di modellistica fisica di questo tipo possono essereefficientemente sviluppati tramite l'impiego di metodi numerici agli elementi finiti.

Variazioni di quota (metri) del pavimento del Serapeo a Pozzuoli (Napoli) rispetto al livello del mare dovute all'attività vulcanica dei Campi Flegrei nel corso degli ultimi 20 secoli fino al 1947 (Parascandola, 1947).

Variazioni di quota (millimetri) misurate dalla rete altimetrica dell'Osservatorio Vesuviano a Pozzuoli. Si riconoscono i sollevamenti del suolo durante le due crisi bradisismiche (1969-1972 e 1982-1984) ed il successivo lento abbassamento che tuttora è in atto.

Torna inizio documento

 

7.8 Modelli termo-fluidodinamici delle colate di lava e di fango

Personale dell’Università: M. Dragoni, A. Piombo.

Personale degli Enti di ricerca: F. Quareni (INGV).

La lava è un sistema multifase, chimicamente eterogeneo, che si comporta come un fluido non newtoniano e, durante l’effusione, è soggetto a un processo di raffreddamento che ne modifica in maniera continua le proprietà fisiche. In particolare, le proprietà reologiche della lava sono fortemente dipendenti dalla temperatura e hanno un ruolo fondamentale nel determinare la dinamica delle colate. Il modello comunemente usato per descrivere la reologia delle lave è quello del corpo di Bingham. La ricerca in oggetto ha riguardato lo studio di un flusso di Bingham in un canale a sezione rettangolare, con inclinazione costante rispetto al piano orizzontale. Il modello consente di valutare il campo di velocità all’interno di una colata di lava e le dimensioni della regione indeformata, caratteristica dei flussi di Bingham. Si è inoltre sviluppato un modello che descrive la dinamica delle colate di fango, un fenomeno che avviene in molte aree vulcaniche, quando i depositi piroclastici che coprono il suolo sono imbevuti d’acqua. Una colata di fango è un flusso di detriti di dimensioni variabili, in sospensione acquosa, che scorre lungo un pendio sotto l’azione della gravità. La colata è modellata come il flusso isotermo di un fluido non newtoniano, del quale si studiano la velocità, lo spessore e la portata in funzione delle caratteristiche reologiche. Un aspetto di cui si tiene conto è l’erosione del suolo sul quale scorre il fluido, che contribuisce ad aumentarne notevolmente la portata. Sulla base del modello si sono studiate le colate di fango che hanno interessato la località di Sarno (Campania) nel 1998, in seguito a parecchi giorni di piogge intense.

Colata lavica

Torna inizio documento

 

7.9 Tecniche di telerilevamento per il monitoraggio dei vulcani

Personale dell’Università: P. Baldi, M. Bacchetti.

Personale di Enti di ricerca: A. Pesci (INGV).

Negli ultimi anni l’applicazione di tecniche di telerilevamento allo studio dei vulcani e della loro attività è cresciuta significativamente, grazie alla disponibilità di nuovi sensori e di nuove tecniche di elaborazione dei dati. Il progetto, finanziato dal Gruppo Nazionale per la Vulcanologia nell’ambito del programma quadro 2000-2002, vede coinvolte numerose unità operative italiane e straniere; esso si sviluppa in cinque linee di ricerca principali finalizzate alla applicazione di tecniche di interferometria SAR, utilizzo della fotogrammetria digitale per lo studio delle deformazioni del suolo, rilevamento delle anomalie termiche, monitoraggio delle nubi eruttive e studio dei gas emessi nei plumes vulcanici. L’unità operativa del Dipartimento è principalmente coinvolta nell’applicazione della fotogrammetria digitale e del SAR per la definizione di modelli digitali del terreno e nel loro utilizzo nell’osservazione e quantificazione delle variazioni morfologiche delle aree vulcaniche.

Immagine dell'Isola di Vulcano ottenuta con rilievo aereo-fotogrammetrico.

Torna inizio documento

 

7.10 Modelli dinamici di frane in ambiente subaereo e marino.

Personale dell’Università: S. Tinti.

Dottorandi, assegnisti, borsisti: A. Armigliato, A. Manucci, F. Zaniboni.

Lo studio della dinamica delle frane è di grande importanza per la conoscenza del territorio e per le implicazioni socio-economiche. La ricerca ha posto l’attenzione sulla modellistica numerica, cioè sullo sviluppo di programmi per il calcolo della stabilità dei versanti e per la simulazione delle frane ed anche sullo sviluppo di programmi per la simulazione delle onde marine (maremoti) generati da frane che si staccano in prossimità di bacini (mare o laghi). Oltre ai programmi numerici, la ricerca ha anche considerato modelli analitici.

Simulazione di maremoto a Stromboli, provocato dal collasso laterale del vulcano nell'Olocene (5000-6000 anni fa). Il tempo in secondi è misurato dall'inizio del collasso. In grigio la superficie dell'acqua, in verde Calabria, Sicilia e Isole Eolie.

Torna inizio documento

 

7.11 Tecniche spaziali e terrestri (GPS e gravimetria) per lo studio delle deformazioni della crosta terrestre

Personale dell’Università: S. Zerbini, M. Bacchetti, C. Guidi.

Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: F. Domenichini.

I dati di geodesia spaziale costituiscono una sorgente fondamentale per la comprensione del sistema Terra. La Terra è un sistema complesso dove le varie componenti (geosfera, atmosfera, idrosfera, criosfera) interagiscono l’una con l’altra su diverse scale sia spaziali che temporali. Lo studio e la comprensione di queste interazioni è quindi un fatto che non si può eludere ed è strettamente legato allo sviluppo di una futura capacità di monitoraggio sistematico, prevenzione e management in campo ambientale e valutazione e prevenzione dei rischi naturali. I movimenti crostali verticali sono assai meno conosciuti e quantificati di quanto lo siano i movimenti orizzontali delle stazioni. Su vaste scale spaziali e temporali, i processi che inducono movimenti verticali sono, prevalentemente, di origine tettonica e/o isostatica. I movimenti verticali, inoltre, risentono su breve scala temporale degli effetti di carico indotti da variazioni di parametri ambientali quali, ad esempio, fattori meteo-climatici ed il ciclo idrologico. Sono influenzati, quindi, anche da processi inerenti il fenomeno del cambiamento globale. La misura di alta precisione, ed il controllo dei movimenti verticali della crosta terrestre, sono di importanza cruciale nelle aree interessate da fenomeni di subsidenza, in particolare dove un contributo antropico si sovrappone a quello naturale. Questo è il caso ben noto di buona parte della costa adriatica nord-occidentale, la cui vulnerabilità agli eventi estremi è incrementata dalla tendenza alla risalita del livello medio del mare. Nel corso degli ultimi cinque anni abbiamo sviluppato una rete GPS permanente nell’area dell’Adriatico settentrionale costituita da quattro stazioni (Medicina, Bologna, Porto Corsini e Trieste), una quinta, a Loiano sugli Appennini, sarà installata tra breve. Da cinque anni è anche operativo presso la stazione di Medicina un gravimetro a superconduttore, periodicamente controllato mediante misure assolute di gravità. Tra le tecniche terrestri d’osservazione, infatti, la gravimetria costituisce un metodo completamente indipendente rispetto alle tecniche spaziali per la stima dei movimenti crostali verticali. Il lavoro di ricerca riguarda l’analisi dei dati GPS per stimare, con alta precisione (pochi mm), le quote giornaliere delle stazioni. Interpretazione delle serie GPS per individuare e modellare oscillazioni stagionali dovute a variazioni di parametri meteo-climatici e variazioni a lungo periodo (subsidenza nell’area dell’Adriatico settentrionale). Analisi ed interpretazione dei dati gravimetrici acquisiti in continuo dal gravimetro operante a Medicina per individuare e modellare oscillazioni stagionali in relazione a variazioni di parametri meteo-climatici e variazioni a lungo periodo. Confronto tra le serie temporali GPS e gravimetriche.

La stazione GPS di Bologna sul tetto del Dipartimento di Fisica.

Torna inizio documento