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INIZIO_TESTO_DA_INDICIZZARE

UNITA' DI RICERCA

italiano - english
Bibliografia
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Programma di ricerca

Termocronologia e modellazione termica in catene collisionali: il sito-campione della galleria del Sempione
Università di riferimento
Università degli Studi di TRIESTE - INGEGNERIA CIVILE E AMBIENTALE - ()
Responsabile dell'Unità di ricerca
Bruno Della Vedova
Descrizione
Il programma di ricerca è mirato allo studio del campo termico profondo del settore assiale delle Alpi Centrali, con particolare riguardo al Duomo metamorfico Lepontino, al fine di ricostruire le sue principali fasi evolutive eo-alpine e recenti, che hanno mostrato i maggiori tassi di sollevamento, erosione ed esumazione di tutta la catena.
A questo fine è necessario raccogliere, analizzare e integrare le informazioni disponibili sulla geologia, geometria, strutture tettoniche, distribuzione laterale delle masse in profondità e stato termico profondo. Queste informazioni saranno utilizzate per la realizzazione di un modello concettuale da tradurre successivamente in un modello numerico 3-D che, a sua volta, dovrà essere calibrato sulla base dei dati osservati.

Il programma di ricerca si articolerà in tre fasi principali:

FASE 1 (durata 3 mesi):

- Raccolta, analisi e validazione dei dati geologici e geofisici, con particolare riguardo a quelli strutturali e geotermici, disponibili nel settore delle Alpi centrali e nei settori alpini adiacenti fino ai bacini sedimentari della Pianura Padana, a sud, e Bacino delle Molasse, a nord;
- Analisi dei dati geotermici e idrogeologici disponibili nel tunnel del Sempione e studio della loro variabilità spazio temporale: filtraggio e modellistica numerica per l’individuazione delle componenti superficiali del segnale;
- Individuazione di 2-3 pozzi esplorativi, verticali nei pressi o entro il tunnel del Sempione, possibilmente profondi alcune centinaia di metri, per l’esecuzione di misure ripetute di T in foro, inclusi permessi e autorizzazioni;
- Preparazione e messa a punto della strumentazione per le misure di T in foro.

Nell’area interessata dal tunnel esistono alcuni pozzi esplorativi, dei quali sarà necessario verificare l’accessibilità e adeguatezza per eseguire misure ripetute di T in foro. La misura sperimentale della distribuzione di T con la profondità fino ad alcune centinaia di metri e la verifica della sua stabilità forniscono indicazioni importanti sullo stato termico profondo, sull’influenza delle eterogeneità laterali delle formazioni attraversate dai pozzi (inclusa la topografia) e sui processi di ricarica e circolazione idrogeologica. L’integrazione fra questi dati e le serie di T misurate entro il tunnel a tempi diversi (a partire dallo scavo nel 1905) potrà fornire anche indicazioni sull’entità della variabilità climatica in quest’ultimo secolo e sulla sua propagazione nel sottosuolo. La valutazione dell’influenza delle eterogeneità e processi superficiali sul flusso di calore (Della Vedova et al., 2001) permetterà di valutare l’entità dei disturbi superficiali (che avvengono a diverse scale spaziali e temporali) e di migliorare il livello di confidenza dei modelli e la stima del flusso di calore profondo al di sotto della catena.


FASE 2 (durata 12 mesi):

- Acquisizione di nuove misure di T entro 2-3 pozzi esplorativi, profondi almeno alcune centinaia di metri. Entro ciascuno dei pozzi individuati, saranno acquisiti profili di T a punti discreti (ogni 25 m circa) fino a fondo pozzo. Acquisizioni più fitte saranno eseguite dove necessario. Le misure saranno ripetute nei medesimi punti e con le medesime modalità, a 6-8 mesi di distanza, con lo scopo di verificare eventuali anomalie o disturbi transienti, legati alla ricarica e/o circolazione degli acquiferi.
- Elaborazione e interpretazione dei dati di T e loro integrazione con i dati regionali disponibili per la realizzazione di un primo modello termico concettuale che descriva i principali meccanismi di trasmissione del calore, processi ed eterogeneità lungo un corridoio che attraversi l’intero segmento di catena delle Alpi Centrali;
- Preparazione di due modelli numerici a scale diverse: uno a scala litosferica (dalle molasse elvetiche alla Pianura Padana) ed uno, interno al precedente, di maggiore dettaglio. Quest’ultimo includerà l’intero settore metamorfico assiale delle Alpi Centrali e avrà dimensioni a scala crostale.

Le misure di T in pozzo saranno eseguite utilizzando attrezzatura e strumentazione disponibile presso il DICA, Università di Trieste e da acquisire ex-novo. La strumentazione è composta di un verricello e relativa “A frame”, dotato di un cavo armato a 8 conduttori, da 12 mm di diametro, e 600 m di lunghezza. Al cavo si possono connettere sonde termiche per le misure di T entro il pozzo. I sensori sono costituiti da termoresistenze al Platino, che permettono un’ottima stabilità delle misure e una accuratezza di 0.01 °C. Il sistema di misura e acquisizione ora disponibile, è obsoleto e non sufficientemente preciso. Per le finalità specifiche di questo progetto è pertanto necessario acquistare un nuovo multimetreo digitale HP a 8.5 digit (HP 3458A/Agilent)con opportune interfacce grafiche, per implementare il sistema di misura e per garantire una adeguata precisione ai logs differenziali di T in pozzo. Si dovranno inoltre realizzare due nuove sonde di T, ciascuna costituita da un tubo di acciaio lungo circa due metri e con un diametro di 1/4", con all’interno 3 sensori di T a bagno d’olio, posizionati ad una distanza di 100 cm l’uno dall’altro, completa di connettori a tenuta, per pressioni fino a 20 MPa di pressione dall’esterno (200 Bar). Questa sonda di T è adatta per la determinazione differenziale dell’andamento della temperatura con la profondità entro i pozzi e permette di individuare minime variazioni del gradiente di T (stimato con 3 valori di T su un intervallo di profondità di 2 metri), in corrispondenza a fratture con circolazione di fluidi.
Al fine di realizzare un adeguato modello termico 3-D e comprendere i processi evolutivi regionali e locali, sarà pertanto fondamentale valutare criticamente l’accuratezza delle misure e i processi di trasmissione di calore.
La distribuzione termica in profondità e le misure di flusso di calore forniranno le condizioni termiche al contorno, mentre i dati geologici e geofisici daranno informazioni sulla geometria e sulle proprietà fisiche dei mezzi. Queste ultime saranno inoltre calibrate in fase di modellistica numerica. Saranno utilizzati i codici di calcolo disponibili presso il Dip. di Ingegneria Civile e Ambientale dell’Università di Trieste: per la modellistica termica e fluidodinamica 3-D è disponibile il codice SHEMAT 7.1 (Clauser, 2003), mentre per la sola modellistica fluidodinamica e di trasporto si potrà utilizzare il pacchetto Visual Modflow 4.1 della Waterloo Idrogeologic Inc., Ontario, Canada.


FASE 3 (durata 9 mesi):

La terza fase riguarderà esclusivamente la parte modellistica e interpretativa e sarà condotta in stretta collaborazione con l’U.O. di Bologna.
In particolare si prevede di:

- validare i dati termici e i risultati, mediante loro integrazione con set di dati indipendenti;
- realizzare, validare e integrare i modelli termici concettuali per i processi di circolazione idrogeologica, variabilità climatica e campo termico profondo, sia per l’intero duomo metamorfico, che per il corridoio litosferico attraverso le Alpi Centrali;
- eseguire e calibrare modelli numerici 3-D per la ricostruzione del campo termico profondo e modelli termo-fluidodinamici per la ricostruzione dei segnali superficiali (alcuni km),
- i risultati saranno utilizzati, in collaborazione con l’U.O. di Bologna e i ricercatori della Yale University per la ricostruzione dell’assetto termico durante il sollevamento e l’esumazione del segmento centrale delle Alpi, utilizzando modellistica termica dedicata in 2-D e 3-D.

L’obiettivo finale di questo progetto si può quindi riassumere nella scomposizione del segnale di flusso di calore attuale nelle sue varie componenti, al fine di depurare il contributo profondo critico per lo studio delle età di esumazione.
Gli obiettivi specifici sono i seguenti:

- distribuzione attuale in 3-D delle T in profondità per un settore rilevante e rappresentativo delle Alpi Centrali, per mezzo dell’analisi e integrazione dei dati disponibili e nuovi dati, modellistica termica e idrogeologica e calibrazione dei risultati con le osservazioni, quando disponibili;
- individuare le principali eterogeneità geologiche che disturbano il campo termico conduttivo e verifica dei meccanismi principali di trasmissione di calore alle diverse profondità, mediante la scomposizione del flusso di calore nei suoi contributi principali e realizzazione di un modello termico concettuale;
- individuazione dei principali circuiti idrogeologici superficiali e profondi, mediante la stima della componente avvettiva del flusso di calore misurato;
- analisi e potenziale ricostruzione del segnale paleoclimatico (global change) registrato entro lo spessore di roccia al di sopra del traforo, mediante analisi integrata dei dati di temperatura nel tunnel, con i dati superficiali e profondi disponibili;
- modellistica del campo termico profondo durante le fasi di sollevamento, erosione ed esumazione del settore centrale delle Alpi Centrali.


Un’analisi integrata del campo termico attuale ha dunque una duplice applicazione: da un lato, permette di comprendere i processi e le eterogeneità della crosta, studiando il campo termico a loro associato, e dall’altro, di ricostruire il campo termico profondo che è causa/effetto dei processi geologici su vasta scala. Lo studio del campo termico profondo e della sua evoluzione temporale è rilevante per la comprensione della storia geologica delle Alpi Centrali, ma trova anche applicazioni per la valutazione della pericolosità sismica delle aree tettonicamente attive e per la valutazione e lo sfruttamento delle risorse idriche e minerarie.


I compiti dell’unità di ricerca saranno così ripartiti fra i partecipanti in sede locale:

- analisi e validazione dati, modellistica numerica e interpretazione: B. Della Vedova (PA, GEO 11),
- modellistica numerica 3-D, termica e termo-fluidodinamica: M. Piller (RC, ING-IND 10) e C. Vecellio (assegnista MIUR, Ingegnere ambientale);
- preparazione della strumentazione, acquisizione dati in campagna, restituzione ed elaborazione: C. Vecellio (assegnista MIUR, Ingegnere ambientale) e G. Meton (Funzionario tecnico, DICA Università di TS).