RICERCA ITALIANA     

Studi di base sull'interazione tra clima, tettonica e morfoevoluzione in Italia meridionale durante il Quaternario

Università degli Studi di Bari

Abstract

Il progetto di ricerca si propone di acquisire informazioni di base sui meccanismi di interazione tra clima, tettonica ed evoluzione del paesaggio ed i relativi effetti di feedback durante il Quaternario. Anche se attualmente molta attenzione è dedicata ai rapporti tra clima, erosione e sollevamento tettonico, esistono pochi lavori che mostrano correlazioni fra i diversi indici geomorfici rappresentativi dei processi alla scala del rilievo ed in particolare questa lacuna è avvertita in Appennino meridionale. Le unità di ricerca delle università di Bari, della Basilicata e di Firenze si propongono pertanto di affrontare lo studio dei tassi di erosione, sedimentazione e sollevamento in aree di catena e avanfossa dell'Italia meridionale prioritariamente mediante indagini di tipo geomorfologico, integrate da altre analisi (sedimentologiche, mineralogiche, geochimiche e isotopiche) atte a definire sia l'entità dei carichi tettonici (nella porzione assiale della catena sudappenninica) che le condizioni di alterazione delle rocce e delle superfici morfologiche (da utilizzare come proxy paleoclimatici) in differenti scenari ed intervalli temporali del Pleistocene ed Olocene. Le ricerche sono principalmente finalizzate al confronto dei tassi di uplift ed erosione (per definire le condizioni di equilibrio del prisma orogenico) e tra questi e gli scenari paleoclimatici - anche recenti - nei quali erosione e sollevamento hanno interagito. A tal fine saranno utilizzati marker geologici e geomorfologici in aree di catena e di avanfossa (paleosuoli e carapaci di alterazione, superfici erosionali e paleofrane), mentre le informazioni paleoclimatiche, con particolare riferimento al tardo Quaternario, saranno ottenute sia indirettamente tramite tecniche di forward modelling e sviluppo di Landscape Evolution Model che direttamente dall'analisi della distribuzione dei minerali argillosi nei sedimenti pelitici continentali, nei paleosuoli e dei profili di alterazione, unitamente ad analisi per la determinazione di età assolute di elementi del paesaggio.
Il progetto si propone, inoltre, di fornire attraverso la valutazione degli indici statistici e di parametri geomorfici quantitativi particolarmente sensibili alla attività tettonica e/o ai processi erosivi e tramite la loro comparazione con i tassi di erosione, informazioni spaziali sulle caratteristiche geomorfologiche degli eventi estremi (ad esempio frane ed alluvioni catastrofiche) in relazione al contesto morfologico, climatico e tettonico in alcune delle aree di studio. Tale metodologia sarà implementata attraverso l'utilizzo di dati spazialmente distribuiti (DEM, immagini satellitari, dati DGPS) che saranno ottenuti sviluppando due attività complementari: 1) l'impiego di dati telerilevati come i dati topografici SRTM e dati GIS per l'analisi di topografia, geologia, caratteristiche morfostrutturali e piovosità; 2) l'uso di immagini satellitari ASTER, SAR, IKONOS accoppiate con dati DGPS per la costruzione di DEM a diversa risoluzione allo scopo di valutare possibili problemi di scala.
Le aree di studio sono costituite da più bacini intermontani quaternari di origine tettonica dell'Appennino campano-lucano e da alcune aree-chiave dell'avanfossa bradanica: 1) bacino di Auletta; 2) bacino del Pergola-Melandro; 3) alta Val d'Agri; 4) bacino di Sanza; 5) bacino del Mercure; 6) bacino di Calvello; 7) alta valle del Fiume Sinni; 8) bassa valle dei fiumi Bradano e Basento. Il lavoro delle unità di ricerca di Bari, Potenza e Firenze prevede ampie integrazioni di competenze e indagini congiunte in più aree del progetto. I risultati sulla evoluzione geomorfologica e le stime quantitative sui carichi tettono-sedimentari saranno contestualizzati in un quadro unitario per la comprensione delle cause e dei meccanismi responsabili del sollevamento regionale e della storia morfoevolutiva quaternaria del sistema catena-avanfossa. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Federico BOENZI Università degli Studi di BARI

Obiettivo del Programma di Ricerca

Le unità di ricerca delle università di Bari, della Basilicata e di Firenze si propongono di affrontare lo studio dei tassi di sollevamento, erosione e sedimentazione in aree di catena e avanfossa dell'Italia meridionale mediante indagini prevalentemente di tipo geomorfologico, integrate da analisi mineralogiche, geochimiche e isotopiche atte a definire sia l'entità dei carichi tettonici (con particolare riferimento alla zona assiale della catena sudappenninica ed al suo nucleo mesozoico esposto) che le condizioni di alterazione delle rocce in differenti scenari e per diversi intervalli temporali del Quaternario (soprattutto per quanto concerne paleosuoli e carapaci di alterazione di superfici erosionali e paleofrane in bacini intermontani della catena).
Tali studi sono finalizzati al confronto dei tassi di uplift con quelli di erosione e sedimentazione (per definire le condizioni di equilibrio del prisma orogenico, cfr. p.es. Willett & Brandon, 2002) e tra questi e gli scenari paleoclimatici nei quali hanno interagito.
Le informazioni paleoclimatiche, con particolare riferimento al tardo Quaternario, saranno ottenute in maniera indiretta sia tramite tecniche di forward modelling e sviluppo di Landscape Evolution Model (LEM) e soil erosion che direttamente dall'analisi della distribuzione dei minerali argillosi nei sedimenti pelitici continentali, nei paleosuoli e dei profili di alterazione (Yuretich et al., 1999) in alcune aree-chiave dell'Appennino meridionale e della Fossa bradanica, unitamente ad analisi per la determinazione di età assolute di elementi del paesaggio.
Il confronto tra i dati relativi ai tassi di sollevamento ed erosione e le stime dei carichi tettono/sedimentari sopportati dalle rocce che costituiscono il nucleo dell'orogene (Schiattarella et al., 2003), ottenuti principalmente attraverso l'utilizzo dei geotermometri nei minerali argillosi (Di Leo, 2003), permetterà, inoltre, di individuare i più probabili meccanismi responsabili del sollevamento regionale e di definire con una migliore scansione temporale la storia evolutiva neogenico-quaternaria dell'Appennino meridionale.
Attraverso la valutazione degli indici statistici, dei parametri geomorfici, dell'applicazione di modelli di erosione e tramite la loro comparazione con i tassi di erosione (Howard, 1996) il progetto si propone di fornire informazioni spaziali sulle caratteristiche geomorfologiche degli eventi estremi (ad esempio frane ed alluvioni catastrofiche) in relazione al contesto morfologico e tettonico in alcune aree dell'Appennino meridionale.
L'individuazione ed uso dei dati spazialmente distribuiti (DEM, immagini satellitari, dati DGPS) saranno ottenuti sviluppando due attività complementari: 1) l'utilizzo di dati telerilevati come i dati topografici SRTM e dati GIS per l'analisi di topografia, geologia, caratteristiche morfostrutturali e piovosità; 2)l'utilizzo di immagini satellitari ASTER, SAR, IKONOS accoppiate con dati DGPS per la costruzione di DEM a diversa risoluzione finalizzati all'applicazione di modelli di erosione ed allo scopo di valutare possibili problemi di scala.
I principali bacini intermontani quaternari, sufficientemente rappresentativi delle diverse tipologie vallive di origine tettonica della zona assiale dell'Appennino meridionale, e le aree ubicate nell'avanfossa bradanica, da analizzare tramite l'applicazione integrata di metodi di indagine classici ed innovativi, sono le seguenti:
1) il bacino di Auletta, compreso tra la dorsale carbonatica dei Monti Alburni e il gruppo del Monte Marzano e colmato da una successione clastica plio-pleistocenica (Ascione et al., 1992);
2) il bacino del Pergola-Melandro, delimitato dalla dorsale carbonatica dei Monti della Maddalena ad ovest e dalle unità pelagiche del dominio lagonegrese ad est e caratterizzato da un riempimento clastico di età infrapleistocenica (Santangelo, 1991; Giano & Martino, 2003);
3) l'alta Val d'Agri, racchiusa tra la dorsale dei Monti della Maddalena e il gruppo montuoso del Sirino-Volturino e colmata da depositi alluvionali di età pleistocenica (Di Niro et al., 1992; Giano et al., 2000; Boenzi et al., 2004);
4) il bacino di Sanza, delimitato a nord dal M. Cervati e a sud dai rilievi dei monti Forcella e Centaurino, colmato da una successione fluvio-lacustre infrapleistocenica;
5) il bacino del Mercure, limitato dai rilievi carbonatici dei Monti di Lauria e della dorsale del Pollino e colmato da sedimenti fluvio-lacustri mediopleistocenici (Schiattarella et al., 1994);
6) il bacino di Calvello (Amato & Cinque, 1992), ubicato a sud di Potenza e colmato da una successione clastica di età plio-pleistocenica (Amore et al., 1996) che appare deformata e sollevata;
7) l'alta valle del Fiume Sinni ubicata al confine calabro-lucano che incide e terrazza sia depositi mesozoici delle unità lagonegresi che la successione clastica plio-pleistocenica del bacino di Sant'Arcangelo;
8) la bassa valle dei fiumi Bradano, Basento e Cavone, localizzati ad ovest dell'altopiano carbonatico murgiano e sviluppati all'interno delle successione plio-pleistoceiche della omonima avanfossa.
Il lavoro congiunto delle unità di ricerca di Bari e Potenza sarà concentrato sulle aree 2, 3 e 7, con un contributo aggiuntivo dell'unità di Firenze previsto per l'area 3. Le unità di Bari e Firenze opereranno insieme sulle aree del punto 8, mentre l'unità di Potenza lavorerà separatamente nelle aree 1, 4 e 6, e in subordine nell'area 5 (dove molti dati sono già stati collezionati in passato).
Sulla base degli strumenti di indagine illustrati, il progetto di ricerca si pone l'obiettivo di:
a) acquisire le basi di dati necessarie per definire i differenti sistemi morfoclimatici in cui sono state modellate le morfostrutture della catena ed altri elementi morfologici dell'avanfossa, e per individuare le modalità di interazione dei processi nel breve e medio termine;
b) riconoscere le modalità di esumazione dei nuclei mesozoico-terziari lungo la zona assiale della catena;
c) definire la scansione temporale dei movimenti verticali ed il contributo dell'attività delle faglie normali al sollevamento regionale plio-quaternario, sulla base del confronto tra i valori dei tassi di sollevamento locali e regionali nello stesso intervallo di tempo (cfr. Boenzi et al., 2004), in modo da valutare l'eventuale diacronia del sollevamento regionale e/o dell'attività delle faglie plio-quaternarie lungo una ampia fascia di catena;
d) stimare l'entità dei tassi di erosione indotti dai movimenti di massa in relazione ai cambiamenti climatici durante il tardo Quaternario in aree significativamente interessate dai fenomeni franosi e dove sono presenti evidenze geologiche di antichi movimenti gravitativi alla scala del versante, e valutare le possibili connessioni tra la parcellizzazione territoriale del sollevamento più recente nei vari settori del sistema catena avanfossa ed i fenomeni di evoluzione dei versanti (anche in funzione delle variazioni climatiche) al fine di verificare la correlabilità tra aree ad alta densità di fenomeni franosi e settori caratterizzati da elevata mobilità tettonica;
e) valutare la distribuzione spaziale dei paramenti geomorfico-quantitativi più sensibili alla tettonica attiva (curve isometriche ed integrali ipsometrici, asimmetria del bacino di drenaggio, profili dei corsi d'acqua, stream lenght-gradient index, rapporto ampiezza-altezza della valle, ecc.) ed alla erosione (stream power in Whipple & Tucker, 1999; Tu in Ciccacci et al., 1988; ERU in Maerker, 2002) nelle aree di studio prescelte.
Molti dei dati raccolti serviranno, tra l'altro, a individuare specifici eventi estremi climatico-tectonici che hanno interessato nel Quaternario le aree studiate. Tali studi, nell'ottica di recenti ricerche, saranno di notevole importanza per capire l'evoluzione geologico-ambientale della regione considerata e quindi avere importanti elementi di prevenzione. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

La comprensione dei meccanismi di interazione tra clima, tettonica ed evoluzione del paesaggio e dei relativi effetti di feedback attrae in maniera crescente diverse competenze della comunità scientifica nazionale ed internazionale, ed in particolare gli studiosi di geomorfologia. Le stime quantitative di parametri utili alla comprensione della storia evolutiva delle aree orogeniche, con particolare riferimento alla valutazione dei tassi di sollevamento, di sedimentazione e erosione in differenti contesti morfoclimatici, appaiono infatti necessarie per una efficace ricostruzione degli scenari morfoevolutivi.
I legami tra clima, erosione e sollevamento catalizzano dunque molta attenzione a livello teorico, anche se pochi lavori mostrano correlazioni convincenti fra i diversi indici rappresentativi dei processi osservabili alla scala del rilievo, in particolar modo negli studi condotti in Appennino meridionale. Spesso, ad esempio, i tassi di erosione derivano dalla pratica idrologica che misura i sedimenti trasportati dai fiumi e solo raramente questi dati includono gli eventi estremi, responsabili dei maggiori effetti sul paesaggio ed obbedienti ad una distribuzione regolata da una power-law (Turcotte & Greene, 1993). Una simile distribuzione - e quindi un simile meccanismo di morfoevoluzione - è stato evidenziato per fenomeni franosi in differenti contesti geologici (Guzzetti et al., 2003), ma solo in pochi casi è possibile osservare eventi di elevata magnitudo e bassa frequenza: conseguentemente si rende necessario lo sviluppo di una metodologia finalizzata alla individuazione e caratterizzazione di tali eventi estremi, quale l'utilizzo di LEMs e più in generale di tecniche di forward modelling.
La possibilità di una migliore definizione dei tempi e delle modalità di esumazione dei nuclei formati dalle rocce più antiche degli orogeni e quella di una più precisa attribuzione genetica delle caratteristiche tettoniche delle catene (stile deformativo in differenti regimi geodinamici, assetto morfostrutturale regionale, significato tettonico e cinematica di apertura dei bacini intermontani recenti) è peraltro notevolmente implementata dalla stima dei carichi tettonici sopportati dalle successioni sedimentarie (England & Molnar, 1990; Burbank & Anderson, 2001). Pochi dati geotermometrici sono tuttavia a disposizione degli studiosi della catena appenninica, mentre appare particolarmente urgente ed utile il confronto tra le diverse categorie di dati. L'approccio più conservativo nella ricostruzione della storia termica di successioni sedimentarie coinvolte nella costruzione di una catena consiste infatti nell'integrazione di metodologie diverse (Frey e Robinson, 1999), basate ad esempio sui minerali argillosi e le loro trasformazioni nel corso dell'evoluzione tettonico/sedimentaria (Di Leo, 2003), così come sugli indicatori ottici di maturità della sostanza organica dispersa nei sedimenti (riflettanza della vitrinite), sulle inclusioni fluide per la sola stima delle paleotemperature e sulle tracce di fissione utilizzate sia per la definizione dell'età del raffreddamento e dei tassi di esumazione che per la determinazione delle paleotemperature massime, ed in generale della storia termica.
Anche la definizione delle condizioni di alterazione in diversi momenti della storia evolutiva di corpi geologici e di features morfologiche attraverso un approccio integrato geomorfologico e mineralogico-geochimico appare utile alla risoluzione di problemi sull'interazione tra clima e processi morfogenetici, poiché tali condizioni rappresentano dei proxy affidabili degli scenari paleoclimatici.
Un altro importante aspetto nella ricostruzione di sequenze morfoevolutive di porzioni di catene attive è la stima dei tassi di erosione realizzata con varie metodologie e sotto differenti condizioni a contorno (soprattutto parametri climatici). La comprensione dell'evoluzione del rilievo soggetto ai processi di morfoselezione operati dall'erosione richiede studi mirati sulla poligenicità del paesaggio. Inoltre, risulta necessario identificare la scala a cui operano i processi superficiali e in che modo i fenomeni di denudazione influenzano l'afflusso di massa dovuto al sollevamento tettonico (Bishop & Shroder, 2000; Bishop et al., 2002). Alcune di queste problematiche di ricerca possono essere investigate usando immagini satellitari e modelli digitali del terreno (DEM) in modo da poter estrarre informazioni spaziali e temporali attendibili. I DEM e le immagini telerilevate possono essere usati per stabilire le proprietà e la struttura della topografia e per stimare parametri geomofici quantitativi particolarmente sensibili alla attività tettonica e/o ai processi erosivi come ad esempio: la curva e l'integrale ipsometrico, la densità di drenaggio, l'asimmetria dei bacini di drenaggio, lo stream lenght gradient index, la sinuosità dei fronti montani (Keller & Pinter,1996), lo stream power, ed altro ancora (Howard & Kerby,1983).
Recenti ricerche hanno mostrato che immagini SAR e altre immagini satellitari, come i dati topografici SRTM, possono essere usati nella caratterizzazione della superficie topografica e conseguentemente per la stima di molti degli indici e dei parametri precedentemente menzionati e per il loro monitoraggio sistematico. L'integrazione di dati telerilevati in questo campo di ricerca è, tuttavia, ancora in una fase preliminare, parzialmente frenato dalla mancanza di una modellazione regionale adeguata in grado di indirizzare ed integrare gli sforzi per l'acquisizione di nuovi dati (Bishop et al. 2003; Maerker, 2002).
I primi studi quantitativi sui tassi di sollevamento dell'Appennino sono comparsi solo recentemente e riguardano diversi settori della catena (Westaway, 1993; AA.VV. in Smith et al., 1999; Amato, 2000; Schiattarella et al., 2003; Boenzi et al., 2004), seppure in maniera ancora poco rappresentativa dell'intero sistema orogenico. Le indagini strutturali e morfostrutturali sui bacini plio-quaternari sono invece inquadrate in una più robusta e prolifica tradizione letteraria e - nella fattispecie dell'Appennino meridionale - hanno ampiamente contribuito alla conoscenza di questo settore della penisola italiana.
Gli aspetti stratigrafici dei depositi quaternari dei bacini intermontani e di avanfossa risultano generalmente ben definiti anche se talvolta una migliore determinazione delle età dei depositi appare necessaria proprio ai fini della datazione degli elementi morfologici utili alla determinazione dei tassi di sollevamento ed erosione.
La comprensione dell'evoluzione morfotettonica della zona assiale dell'orogene sudappenninico e della genesi delle forme del paesaggio della Fossa bradanica andrebbe dunque associata alla stima congiunta di tassi di sollevamento ed erosione, del contributo della tettonica locale al sollevamento regionale e dei carichi tettonici delle unità affioranti al nucleo della catena, come recentemente suggerito da Schiattarella et al. (2003), e, infine, andrebbero investigati gli aspetti dell'influenza dei fattori climatici del passato, soprattutto a livello metodologico.
I dati già in possesso della comunità geologica italiana rappresentano dunque la base di partenza per il completamento della raccolta ed elaborazione di nuove e più dettagliate informazioni di tipo tradizionale (analisi cinematiche e morfostrutturali, indagini stratigrafiche e paleomagnetiche) o acquisizione di dati quantitativi (tassi di sollevamento ed erosione, tassi di attività tettonica, indici e parametri geomorfici da DEM, stime dell'esumazione delle rocce, datazione delle superfici di erosione con metodi assoluti, taratura dei proxy paleoclimatici) finalizzati alla comprensione della storia evolutiva neogenico-quaternaria della catena, ma tutti i dati di questo tipo devono essere ricontestualizzati in un quadro unitario ed affiancati dalle stime quantitative ricordate, distribuite con sufficiente densità lungo la dorsale sudappenninica e la sua avanfossa. <<<