RICERCA ITALIANA     

I grandi sistemi trasformi negli oceani e nei continenti: un confronto tra la megatrasforme Andrew Bain nell'Oceano Indiano e la Faglia Nord Anatolica nell'area di Marmara.

Università degli Studi di Roma "La Sapienza"

Abstract

L'introduzione del concetto di Faglia Trasforme da parte di Wilson nel 1965 e' stato uno dei passi fondamentali verso la formulazione della Teoria della Tettonica a Zolle. Le faglie trasformi sono caratterizzate da intensa sismicita', causata da movimento trascorrente tra due placche litosferiche che si muovono in direzione opposta. I margini trasformi oceanici dislocano gli assi delle dorsali medio-oceaniche e si manifestano normalmente attraverso strette (pochi km) zone di deformazione strike-slip semplici. Al contrario, i grandi sistemi trascorrenti continentali, come la faglia di San Andreas e la Nord Anatolica, mostrano una zona di deformazione ampia (> 100 km) e strutturalmente complessa.
Abbiamo in corso lo studio di alcuni sistemi trasformi oceanici inusuali (la Romanche F.Z. in Atlantico e la Andrew Bain F.Z. nell'Oceano Indiano), caratterizati da un grande contrasto di eta', che mostrano una ampia (> 100 km) zona di deformazione, con struttura simile a quella delle trasformi continentali. In parallelo, stiamo conducendo un programma di ricerca su struttura e paleosismicita' della porzione occidentale della faglia Nord-Anatolica nel bacino di Marmara.
Nell'ambito di questo progetto proponiamo di proseguire con l'elaborazione e l'interpretazione dei dati recentemente acquisiti dalla megatrasforme Andrew Bain e dalla faglia Nord-Anatolica, a terra e in mare nel bacino di Marmara.
Pensiamo in questo modo di poter definire i processi e i meccanismi comuni che controllano l'evoluzione delle megatrasformi oceaniche e continentali, verificando la validita' di modelli che possono essere applicati a entrambi i sistemi.
Nelle nostre intenzioni questa ricerca potra' migliorare la nostra comprensione del concetto di megatrasforme litosferica e le nostre capacita' di valutare il rischio simico in questi ambienti. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Enrico Bonatti Università degli Studi di ROMA "La Sapienza"

Obiettivo del Programma di Ricerca

E' stato recentemente proposto da Ligi et al. (2002), che due trasformi oceaniche a grande offset come la Romanche nell'Atlantico equatoriale e la Andrew Bain (ABFZ) nell'Oceano Indiano, rappresentino una nuova classe di limiti trasformi oceanici, caratterizzati da una ampia e complessa zona di deformazione multipla, simila a quella osservata nelle grandi faglie trascorrenti continentali. Il modello di Ligi et al. (2002) considera solo lo spessore litosferico (reologia) come fattore di controllo della geometria e della larghezza delle megatrasformi; nonostante questo, pero', risulta in grado di spiegare la "forma a lente" e i complessi dominii strutturali che si possono osservare all'interno della zona di deformazione principale di queste strutture. Proponiamo con questo progetto uno studio comparato di due faglie trasformi/trascorrenti come la Andrew Bain F.Z. e la Faglia Nord Anatolica (NAF), che sono rappresentative di una intera classe di strutture: le faglie trascorrenti a grande offset. Anche se si sviluppano in due dominii differenti, una litosfera oceanica nel caso della ABFZ e una continentale nel caso della NAF, queste strutture a larga scala mostrano caratteristiche simili, che sono probabilmente controllate dalle dimensioni dell'offset. In particolare, mostrano una ampia e complessa zona di deformazione, e un alto grado di variabilita' spaziale e temporale. Questo in contrasto con le "normali" faglie trasformi a corto offset, che mostrano una zona di deformazione principale relativamente semplice e stretta.
Il nostro scopo sara' di investigare le possibili cause di questo comportamento, e cercare di generalizzarle attraverso un modello quantitativo. Il nostro studio si sviluppera' in due direzioni principali: da un lato definiremo l'attuale assetto tettonico di queste due importanti strutture e la loro evoluzione nel tempo, attraverso l'analisi dei data-set recentemente acquisiti nelle due aree; dall'altro, analizzaremo le condizioni geologiche al contorno per cercare di capire i meccanismi di controllo delle strutture osservate.
Nel corso di questo progetto svilupperemo, tra l'altro, un modello numerico che consideri sia l'effetto di una litosfera fredda nel caso di una faglia trasforme a basso tasso di deformazione, sia le variazioni nel regime di stress regionale, che potranno essere applicate al caso della NAF nella regione di Marmara. Infatti, dal punto di vista della morfologia, la ABFZ mostra una sorprendente similarieta' con alcune trasformi continentali, come la NAF stessa, ma anche la Faglia di San Andreas nella California meridionale. Se come nel caso delle trasformi oceaniche essere o meno in una condizione di transpressione o transtensione puo' avere forti implicazioni sulle modalita' di deformazione della litosfera, e in ultima analisi, sulla attivita' sismica legata alla faglia.
La ricerca proposta sara' basata su ricostruzioni geologiche derivate dall'integrazione di dati multidisciplinari: profili sismici a scala crostale e ad alta risoluzione; mappe morfobatimetriche e morfologiche e altri dati geofisici compresi dati magnetometrici e gravimetrici; analisi termocronologiche, sedimentologiche, geocronologiche, geochimiche e petrografiche su campioni di rocce e sedimenti oceanici e continentali
Il progetto dispone di un grande archivio di dati acquisiti nelle due regioni da investigare, che saranno integrati con poche, mirate acquisizioni. La ricerca proposta, se finanziata, ha il potenziale di attrarre fondi aggiuntivi da vari enti, e beneficiera' della cooperazione di ricercatori finanziati da istituzioni esterne.
La gran parte dei dati geofisici a disposizione sara' elaborata utilizzando tecniche standard, ma su alcuni dati saranno utilizzate tecniche innovative specifiche per il progetto. Pensiamo di sviluppare tecniche di focusing basate su macro-modelli velocita'-profondita' per correlare dati superficiali e profondi, come richiesto nel caso dello studio delle deformazioni strike-slip che attraversano tutta la crosta. Queste ricostruzioni potranno essere effettuate tramite l'integrazione di dati a diversa risoluzione e penetrazione, che portera' a sviluppi metodologici utilizzabili in aree a rischio sismico o ambientale. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Le Faglie Trasformi costituiscono i limite trascorrente tra due blocchi litosferici (zolle) che scorrono l'uno rispetto all'altro, e includono la gran parte delle strutture sismogenetiche sulla Terra; le trasformi oceaniche dislocano segmenti di dorsale medio-oceanica e identificano "piccoli cerchi" relativi ai poli Euleriani di rotazione. Esse sono normalmente caratterizzate zone di deformazione strike-slip relativamente strette (Wilson, 1965). Questo diversamente dalle trasformi continentali, come la Faglia di San Andreas e la Nord Anatolica, che mostrano zone di deformazione ampie (&gt; 100 km) e strutturalmente molto complesse. L'idea di trasformi oceaniche "semplici" ha trovato comunque qualche eccezione in alcune trasformi molto grandi (offset &gt; 30 Ma). Un esempio e' la zona di frattura Romanche, che disloca l'asse della dorsale medio-Atlantica di oltre 900 km, equivalenti a un contrasto di eta' di circa 50 milioni di anni. La Romanche F.Z. mostra una zona di deformazione a forma "a lente" larga piu' di 120 km tra due segmenti di dorsale oceanica. Tale zona di deformazione mostra una serie di faglie trascorrenti multiple e strutture oblique (Ligi et al., 2002). La crosta basaltica e' quasi assente entro e in porssimita' della zona trasforme (Bonatti et al., 1994). Quindi, il sistema trasforme Romanche presenta caratteristiche simili a quelle delle grandi trasformi continentali. Un altra "megatrasforme" oceanica, con strutture simili alla Romanche, e' la Andrew Bain F.Z., che disloca il South West Indian Ridgedi circa 750 km. Dato il tasso di movimento molto basso, il contrasto di eta' e' circa 50 Ma, simile a quello della Romanche. Mappe gravimetriche da satellite e dati di morfobatimetria suggeriscono che anche la Andrew Bain, come la Romanche, sia caratterizzata da una ampia e complessa zona di deformazione (Grindlay et al., 1996; Sclater et al., 2005), in contrasto con la maggior parte delle trasformi oceaniche.
Abbiamo sviluppato un modello che spiega le complessita' di queste megatrasformi (Ligi et al., 2002): megatransformi con grande offset di eta' che interessano una litosfera spessa e fredda non sono in grado di accomodare movimento strike-slip in un singolo ristretto limite di placca, cosi' come si osserva nelle altre trasformi oceaniche. Al contrario, esse sviluppano ampie zone di deformazione delimitate da due faglie principali. Il fatto che una trasforme oceanica sviluppi una zona di deformazione principale ampia o ristretta dipende principalmente dalla struttura termica della litosfera al di sotto di essa, ovvero dal contrasto di eta' (lunghezza dell'offset combinata con il tasso di movimento relativo). Il nostro modello numerico suggerisce che offset di eta' superiori a 30 Ma diano luogo a limiti trasformi multipli. Questo dato e' consistente con l'osservazione che le trasformi a grande offset e alto tasso di movimento (80 mm/anno) della Dorsale Pacifica mostrano una classica geometria a faglia singola, mentre trasformi a offset ugualmente grande, ma a basso tasso di movimento relativo (20-40 mm/anno) come quelle dell'Oceano Atlantico e Indiano mostrano una geometria multipla.
In Febbraio-Marzo 2006, un gruppo di ricercatori di ISMAR-CNR Bologna,
del Geological Institute dell'aAccademia delle Scienze Russa, del Dip. di Scienze della Terra dell'Universita' di Roma, insieme a J. Sclater (Scripps Institute of Oceanography) e N. Grindlay (Univ. of North Carolina) hanno condotto una spedizione geologico/geofisica alla trasforme Andrew Bain. I dati ottenuti durante questa spedizione forniranno una immagine generale della morfologia, del fabric tettonico e dell'evoluzione del sistema Andrew Bain; intendiamo verificare se la struttura e l'evoluzione di questa megatrasforme oceanica abbia o meno punti in comune con quella delle grandi tasformi continentali.
In parallelo a questi studi di due megatraformi oceaniche, un gruppo di ricercatori da ISMAR-CNR, Bologna, e dal Dip. di Scienze della Terra delle Univerista' di Bologna e di Trieste hanno condotto un programma di ricerca sulla struttura della Faglia Nord Anatolica nel bacino di Marmara, a terra e a mare.
La Faglia Nord Anatolica (FNA) è uno dei più estesi sistemi di faglia trasforme continentale: per circa 1600 km -dalla giunzione tripla di Karliova ad est fino al bacino egeo settentrionale- essa rappresenta il confine tra Placca Anatolica a sud e Placca Europea a nord (Sengor, 1979; Barka, 1992; Hubert-Ferrari et al. 2002).
Misure geodetiche (e.g. McClusky et al., 2000) indicano che il movimento relativo tra le due placche (ca. 20-24 mm/a) è di tipo trascorrente destro. Per la maggior parte della sua lunghezza la FNA è caratterizzata da una zona di deformazione relativamente stretta (in genere inferiore a 5 km), ma nell'area del Mar di Marmara la fascia di trascorrenza si allarga fino a ca. 100 km (Yaltirak, 2002), con epicentri di terremoti di età storica presenti attraverso l'intera fascia (e.g. Ambraseys &amp; Jackson, 2000).
È opinione diffusa che la FNA abbia avuto origine nel Miocene a seguito della formazione della sutura di Bitlis lungo la zona di collisione Arabia-Eurasia (e.g. Sengor et al., 1985). Secondo questa interpretazione la propagazione verso ovest della FNA avrebbe guidato la progressiva estrusione tettonica del blocco anatolico lontano dal fronte collisionale e avrebbe raggiunto la regione del Mar di Marmara e del Mar Egeo nel Pliocene (5 Ma secondo Armijo et al., 1999; 3.4 Ma secondo Yaltirak et al., 2000) oppure solamente nell'Olocene (Le Pichon et al., 2003). Le stime di Armijo et al. (1999) portano ad un rigetto orizzontale totale di 85±10 km in ca. 5 Ma, quelle di Le Pichon et al. (2003) ad un rigetto di soli 4 km. Sono incertezze che appaiono essenziali per la valutazione del movimento lungo la FNA e le altre grandi trasformi continentali.
La regione del Mar di Marmara si trova alla transizione tra il regime trascorrente puro che caratterizza la FNA ad est ed il regime estensionale del Mar Egeo. La grande complessità del regime tettonico-deformativo dell'area è indicata dalle misure geodetiche, dalle soluzioni dei meccanismi focali dei terremoti, nonchè dall'insieme delle strutture tettoniche sia transpressive che transtensive (Sengor et al., 2005).
Nonostante la gran mole di dati recentemente disponibili, la geometria della FNA nel Mar di Marmara rimane ancora controversa (cf. Aksu et al., 2000; Okay et al., 2000; Imren et al., 2001; Parke et al., 2002; Le Pichon et al., 2003). Tuttavia, nonostante la diversità delle interpretazioni proposte, il regime tettonico nel Mar di Marmara è riconducibile a due modelli generali: (1) una singola faglia trascorrente, sia pure ad andamento sinuoso e con limitati oversteps, oppure (2) una faglia significativamente segmentata. La verifica dell'una o dell'altra configurazione strutturale è essenziale per quanto riguarda la valutazione del potenziale sismogenetico della FNA, poichè l'energia rilasciata durante un terremoto dipende dalla lunghezza della rottura indotta dall'evento sismico.
I dati strutturali e termocronologici più recenti sulla terraferma (Zattin et al., 2005; Okay et al., 2005, 2006; Cavazza et al., 2006) documentano, almeno per porzioni di quest'area, (1) l'esistenza di un regime trascorrente già durante l'Eocene pro parte e l'Oligocene, e (2) che il sistema della FNA si è impostato -almeno nelle zone prospicenti i Dardanelli e il Golfo di Izmit- su importanti strutture tettoniche preesistenti. La nucleazione pliocenica della FNA nella regione di Marmara era stata proposta da Armijo et al. (1999) sulla base dell'età della dissezione tettonica di alcune presunte anticlinali fagliate cartografate su immagini LANDSAT. Il rilevamento geologico di Zattin et al. (2005) indica che tali anticlinali nella realtà non esistono e che pertanto l'età di inizio della tettonica trascorrente e di strutturazione della FNA nella regione del Mar di Marmara restano ancora questioni aperte.
Lo scopo prinicipale del lavoro sulla NAF e' (i) determinare meglio il suo sviluppo nella regione di Marmara e nel nord-centro Anatolia e (ii) identificare i fattori geologici che controllano le differenti geometrie nelle due aree (ampia e ristretta zona di deformazione. Questo, insieme alla compilazione di dati strutturali su altre grandi sistemi continentali, fornira' una base per comparare trasformi oceaniche e continentali.
Infine, Andrew Bain F.Z. e NAF sono entrambe sismicamente attive, dato che grandi terremoti sono documentati da dati strumentali e cataloghi storici, ovviamente questi ultimi solo per la NAF. Quindi, la determinazione di possibili fattori comuni che controllano la sismicita' ha importanti ricadute sulla determinazione del rischio sismico nella regione di Marmara e in particolare per la citta' di Istanbul (12 million di abitanti) che si trovano nelle immediate vicinanze della NAF. <<<