I geofluidi di origine naturale in Italia: classificazione, analisi e interpretazione in chiave sismotettonica

Uno studio pubblicato sulla rivista Frontiers in Earth Science illustra le interazioni tra la sismotettonica e i diversi geofluidi in Italia. L’obiettivo di questo studio multidisciplinare è stato di comprendere sempre meglio le relazioni esistenti tra i terremoti, la sismotettonica e le emissioni di fluidi naturali, quali le sorgenti termali e i gas serra come l’anidride carbonica e il metano nonché i vulcanelli di fango.

Lo studio

Lo studio è stato condotto a scala nazionale e può contribuire da un lato alla quantificazione delle emissioni di gas serra, e dall’altro a migliorare la comprensione dei processi tettonici che danno luogo ai forti terremoti. Usualmente nel valutare ad esempio le emissioni di gas serra si svolgono analisi a scala mondiale, oppure, viceversa, vengono svolte analisi di gran dettaglio del contesto tettonico di emissioni di gas a scala comunale o tutt’al più regionale. Raramente si sono effettuati studi e correlazioni tra le emissioni di fluidi e il loro ambiente tettonico a livello nazionale, come nel nostro caso. L’Italia si è rivelata il luogo ideale dove effettuare questo studio in quanto nel nostro paese:

  1. disponiamo di una buona conoscenza della sismicità e dei processi geologici oggi in atto nonché della sismicità storica e della storia geologica del passato;
  2. coesistono numerosi processi e contesti geodinamici assai diversi tra loro;
  3. disponiamo di più di un secolo di dati relativi ai geofluidi, come ad esempio il prezioso lavoro di catalogazione e descrizione delle acque termali portato avanti da Luigi Tioli alla fine del diciannovesimo secolo (Figura 1); e, non da ultimo,
  4. l’Italia è una delle aree del mondo con il più alto rilascio di anidride carbonica e metano a causa di meccanismi naturali.
Figura 1 – Copertina della pubblicazione di Luigi Tioli del 1894

Abbiamo sistematicamente organizzato, elaborato e confrontato un gran numero di informazioni georeferenziate provenienti da database, sviluppati da diversi gruppi di ricerca a scala nazionale, relativi alle emissioni di geofluidi (Figura 2), alle torbe, al flusso di calore (Figura 3), alle faglie sismogenetiche, e alla sismicità – sia storica sia strumentale (Figura 4).

Per poter focalizzare lo studio sulle emissioni di fluidi controllate da quella circolazione profonda che si può verificare nei primi chilometri di spessore crostale, possibile sede di forti terremoti, non abbiamo preso solo in considerazione tutti i dati relativi alle sorgenti termali e alle emissioni di anidride carbonica disponibili in letteratura, ma abbiamo selezionato e analizzato anche quelle emissioni che si verificano esclusivamente in aree a medio e basso flusso di calore (Figura 3).

Anche nel caso delle emissioni di metano e delle manifestazioni dei vulcani di fango abbiamo prima preso in considerazione tutti i dati noti, e successivamente li abbiamo selezionati, in questo caso escludendo le emissioni di metano biogenico perché queste in genere forniscono indicazioni solo su processi molto superficiali, di scarso interesse sismotettonico. Abbiamo inoltre preso in considerazione le emissioni di fluidi osservate e documentate in occasione di terremoti del passato (Figura 5).

Per poter svolgere adeguatamente il lavoro abbiamo per prima cosa sviluppato uno schema semplificato relativo al regime tettonico dominante a scala nazionale; in accordo con i dati di sismicità, di tettonica attiva e di stress tettonico disponibili abbiamo separato le aree a prevalente dominio estensionale dalle aree a prevalente regime compressivo, per tutto il territorio nazionale. Successivamente abbiamo suddiviso le aree in estensione in due sottocategorie (vedi Figura 2 e successive):

  • (a) aree peri-tirreniche pianeggianti e collinari di Toscana, Lazio e Campania, dove la crosta è soggetta a estensione attraverso il suo stiramento e assottigliamento e dove si verificano rari terremoti di magnitudo moderata e
  • (b) aree montuose della dorsale appenninica, dove la crosta è soggetta a sollevamento regionale ed estensione e dove esiste un potenziale per forti terremoti.

Le aree compressive sono state anch’esse differenziate in

  • (a) aree soggette a prevalente compressione dovuta all’affastellamento dei cosiddetti “thrust” che costituiscono la catena alpina ed appenninica (prendendo in considerazione anche la parte al di sotto dei depositi recenti p.e. della Pianura Padana e del Mar Adriatico), sede di terremoti moderati e
  • (b) aree soggette a prevalente tettonica trascorrente, caratterizzata dalla presenza di rari terremoti con magnitudo moderata-forte.

I risultati

I risultati della nostra ricerca indicano che le sorgenti termali (Figura 6) e le emissioni di CO2 (Figura 7) sono decisamente prevalenti nelle aree tirreniche di assottigliamento crostale e, quando sporadicamente presenti nelle aree interne dell’Appennino, si localizzano per lo più ai margini delle grandi faglie normali, spesso in corrispondenza di strutture ereditate trasversali alla catena appenninica (Figura 8).

Al contrario di quanto usualmente ritenuto, possiamo oggi affermare che le emissioni di anidride carbonica interessano solo marginalmente le aree in estensione attiva oggi sede di forti terremoti quali quelli del 24 agosto e del 30 ottobre 2016.

Figura 8. Faglie sismogenetiche (rettangoli neri), lineamenti trasversali (linee gialle tratteggiate), sorgenti termali (elementi puntuali bianchi delimitati in blu), sismicità (in rosso), ed emissione di H2S documentata in concomitanza con il terremoto del 1920 in località Casoni (simbolo a spirale). La sorgente denominata ITIS050 è ritenuta la faglia responsabile del forte terremoto del 1920. Da notare come le sorgenti termali si localizzano alle estremità delle faglie normali principali; anche i recenti terremoti, con meccanismo prevalente trascorrente, si posizionano presso le strutture trasversali che sembrano quasi “delimitare” le grandi faglie normali. Per un approfondimento si veda l’articolo sul terremoto del 25 gennaio 2013.

All’opposto, le emissioni di metano sono rare nelle aree tirreniche e nelle aree montuose interne appenniniche, ma caratterizzano gli ambienti del pedeappennino e della Pianura Padana, sedi di terremoti compressivi di magnitudo moderata, quali quelli che hanno colpito l’Emilia nel 2012  (Figura 9).

Un discorso a parte merita una peculiare manifestazione di emissione di geofluidi, quella relativa alla presenza dei cosiddetti “vulcani di fango”. Queste particolari manifestazioni sono presenti esclusivamente in aree in compressione attiva; inoltre, la loro posizione appare essere estremamente peculiare in quanto tendono a concentrarsi sulla cresta di anticlinali attive localizzate proprio in corrispondenza di importanti strutture trasversali (Figura 10).

In conclusione in Italia il rilascio di fluidi naturali sembra essere controllato da due processi indipendenti:

  • la deformazione tettonica in atto, come indicano la concentrazione di emissioni di CO2 e sorgenti termali in aree di assottigliamento crostale e la concentrazione di emissioni di CH4 in aree compressive;
  • l’esistenza di discontinuità crostali profonde ereditate dalla lunga storia geologica della penisola, testimoniata dalla presenza di emissioni di CO2 nelle aree interne dell’Appennino e dei vulcani di fango, che si collocano con sistematicità lungo importanti strutture trasversali alla catena appenninica, anche se spesso non immediatamente percepibili dalla geologia di superficie (Figura 11).
Figura 11. Profilo topografico attraverso l’Appennino centrale, dal Mar Tirreno (a sinistra) al Mar Adriatico (a destra) e sintesi dei principali risultati. Il pannello in alto elenca le principali caratteristiche geodinamiche, tettoniche e sismologiche dell’area rappresentata nel profilo. Il pannello centrale mostra la distribuzione dei quattro diversi geofluidi analizzati. Nel pannello in basso con la linea tratteggiata è rappresentato l’andamento schematizzato del significativo sollevamento recente dell’Appennino (a destra) e del moderato sollevamento dovuto all’attività vulcanica recente peritirrenica (a sinistra).

Questa ricerca potrà fornire un contributo negli studi di sismotettonica regionale in quanto le emissioni di geofluidi, fornendo delle indirette indicazioni sulla presenza di importanti discontinuità litosferiche, potrebbero essere utilizzate per vincolare al meglio le sorgenti sismogenetiche responsabili di forti terremoti e pertanto potrebbero contribuire alla valutazione della pericolosità sismica in una regione geologicamente così complessa quale è l’Italia.

A cura di Paola Vannoli e Gianluca Valensise– (INGV-Roma1)


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