Elaborato di Geologia

Università di Pisa

Scuola di Ingegneria

CdL in Ingegneria Civile ed Ambientale

Corso di Geologia Applicata

Elaborato di Geologia Applicata

Anno accademico 2016/2017

Allievi: Martini Marco

Docente: Prof. Perilli Nicola

Sommario

1 - Fondamenti di Geologia Generale ..................................................................................... 2

2 - Tettonica a Placche ........................................................................................................... 5

3 - Geodinamica del Mediterraneo ......................................................................................... 8

4 - Terremoti .......................................................................................................................... 9

5 - Magmatismo .................................................................................................................. 10

6 - Minerali .......................................................................................................................... 16

7 - Rocce Magmatiche ......................................................................................................... 21

8 - Rocce Sedimentarie ......................................................................................................... 25

9 - Unità Litologico-Tecniche ................................................................................................ 29

10 - Ambienti Sedimentari ................................................................................................... 31

11 - Strutture Sedimentarie .................................................................................................. 37

12 - Stratigrafia .................................................................................................................... 38

13 - Tettonica fragile e duttile (Pieghe e Faglie) .................................................................. 41

14 - Frane ............................................................................................................................. 44

15 - Idrogeologia .................................................................................................................. 48

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1 - Fondamenti di Geologia Generale

La Geologia è lo studio della Terra, della sua composizione e struttura, della sua storia, della sua evoluzione e dei

processi che l’hanno modellata, interagendo con l’atmosfera, l’idrosfera e la biosfera.

Essa si articola in diverse discipline, con risvolti nelle scienze di base o nella ricerca applicata.

Lo studio approfondito del nostro pianeta ha portato a suddividere la geologia in molte discipline specializzate tra cui

le più conosciute sono:

 la Vulcanologia, che studia i vulcani,

 la Sismologia, che si occupa di terremoti,

 la Geomorfologia che esamina le forme e il modellamento del paesaggio,

 la Pedologia che studia i suoli,

 l'Idrogeologia che si concentra sulle acque sotterranee,

 la Mineralogia e la Petrografia che si occupano rispettivamente di minerali e rocce,

 la Paleontologia che a partire dai fossili ricostruisce la storia della vita sulla Terra dalla sua origine sino ad

oggi.

La geologia si occupa anche della ricostruzione della storia della Terra attraverso l'indagine della successione degli

eventi fisici, chimici e biologici che ne hanno determinato nel corso dei tempi l'evoluzione fino allo stadio attuale.

1.1 Modello costitutivo della Terra

Terra: corpo di forma ellissoidica caratterizzato da una struttura non omogenea

1.2 Onde sismiche

Poiché l'indagine geologica diretta è limitata solamente alla parte superficiale, la struttura interna della Terra può

essere ricostruita solo con metodi indiretti, i più diffuso dei quali è quello sismico.

Esso si basa sullo studio della propagazione che generate durante i terremoti.

Quindi esso avviene:

 Parte superficiale: indagine geologica diretta

 Struttura interna: ricostruita attraverso metodi indiretti come quello sismico, metodologia che si basa sullo

studio della propagazione delle onde generate durante i terremoti.

Le onde di volume, primarie e secondarie (dette onde P e onde S), attraversano la Terra e si riflettono sulle

discontinuità maggiori.

Ogni riflessione produce differenti fasi e lo studio del loro tempo

di percorso tra la sorgente e il sismometro dà delle informazioni

sulla struttura attraversata. Per esempio, l'assenza di onde di

taglio S passanti per il nucleo esterno ha permesso di concludere

che esso fosse liquido.

 ONDE P: sono le più veloci quindi registrate per prime dai

sismografi, dette di compressione o longitudinali perché

deformano i materiali nello stesso senso della loro

propagazione, causando una variazione di volume del

mezzo attraversato, ogni cubetto ideale subisce una

compressione seguita da una dilatazione, trasmessa poi al

cubetto vicino.

Si propagano in tutti mezzi: solidi, liquidi, gas.

Velocità varia da 4 km/s (stato meno rigido) a 8 km/s (stato

più rigido). Esse si modificano bruscamente la loro

direzione quando incontrano una superficie di

discontinuità

 ONDE S: più lente dette di distorsione o trasversali

scuotono i materiali che attraversano in senso trasversale

rispetto alla direzione di propagazione e producono in essi

una variazione di forma non di volume.

Si propagano solo nei solidi, no nei fluidi dove le forze di

coesione tra le particelle sono deboli.

Velocità varia tra 2,3 a 4,6 Km/s, subiscono brusche

variazioni quando incontrano una discontinuità.

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ln tal modo si è dedotto che la Terra è formata da involucri concentrici che, dall'esterno verso interno, sono: crosta,

mantello e nucleo.

La densità aumenta andando verso l'interno della Terra. Infatti, le rocce che si trovano in superficie hanno una

densità compresa tra 2.5 e 3 c/cm', mentre la densità media della Terra è molto più alta, 5.52 g/cm3.

1.3 Struttura interna della Terra

Terra:

 Sferoide di raggio 6370 km

 Densità media 5,52 g/cm^3

 Struttura ad involucri concentrici, di natura diversa e spessore diverso

Modello composizionale:

 Crosta

Crosta rappresenta il guscio più esterno e costituisce un involucro rigido e sottile. Viene distinta in crosta

continentale, quella che costituisce i continenti, e crosta oceanica che forma i fondali oceanici; esse

differiscono per spessore, densità e composizione. Lo spessore della crosta terrestre varia tra 5-15 km sotto gli

oceani e 30-40 km sotto i continenti e supera i 50 km sotto le grandi catene montuose.

 La crosta oceanica è costituita da rocce basaltiche ricche di alluminio, silicio, ferro. La crosta oceanica

risulta ovunque tripartita» in superficie essa è coperta da uno spesso strato di rocce sedimentarie

(soprattutto fanghi silicei e calcarei), al di sotto si ritrova ovunque un grosso strato di rocce eruttive

basaltiche, che in profondità passa a gabbro.

 La crosta continentale può essere suddivisa in crosta superiore meno densa e crosta inferiore o profonda

più densa, caratterizzate da una variazione nella velocità delle onde sismiche che ha permesso di

individuare la discontinuità di Conrad. A testimonianza del carattere eterogeneo della crosta

continentale, la discontinuità di Conrad non è uniformemente distribuita. La crosta continentale

superiore è costituita da rocce intrusive e

metamorfiche con sottili coperture di rocce

sedimentarie. La crosta continentale inferiore è

composta da rocce di tipo gabbrico.

 Mantello

è costituito da silicati e magnesio (SIMA) e si suddivide in

inferiore e superiore, il quale a sua volta è diviso in due

strati: il più superficiale, detto Litosfera, ha un

comportamento rigido mentre il sottostante, che prende

il nome di Astenosfera, ha un comportamento più

plastico. Il mantello inferiore, chiamato Mesosfera, è

invece rigido e formato da rocce ultra basiche ricche di

olivine, pirosseni e ossidi di ferro e magnesio.

 Nucleo

si divide in interno, solido e formato principalmente da

ferro e nichel, ed esterno, fluido ma meno viscoso del

mantello.

Modello Geologico (suddivisione in base alla componente meccanica degli strati):

 Litosfera: comprende la crosta e una parte del mantello e varia da 70 km sotto i bacini oceanici fino a 300 km

sotto i continenti. Se sottoposta a tensioni si comporta in modo rigido ed è suddivisa in placche che

galleggiano sopra l'astenosfera

 Astenosfera: strato composto da rocce con comportamenti plastici, che sottoposti a tensione si deformano ma

non si fratturano. Si estende fino a 700 km e comprende i magmi che alimentano l'attività dei vulcani

 Mesosfera: dove le rocce ritornano allo stato solido e rimangono tali fino al confine con il nucleo

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1.4 Discontinuità e zone di transizione

Viaggiando verso l'interno della Terra, le onde sismiche cambiano di velocità: questa aumenta quando la densità del

mezzo aumenta e viceversa.

I cambiamenti di velocità e direzione più significativi delle onde sismiche avvengono a profondità ben definite, che

corrispondono a superfici dette discontinuità sismiche: esse indicano cambiamenti netti di proprietà fisiche e

chimiche del nostro pianeta e hanno permesso di suddividere l'interno della Terra.

Le discontinuità che sono state individuate sono:

 Crosta-Mantello: discontinuità di Mohorovic

 Mantelli sup.-Zona di transizione: discontinuità dei 450 km (LVZ)

 Zona di transizione-Mantello inf.: discontinuità dei 660 km

 Mantello inf.-Nucleo est.: discontinuità di Gutemberg

 Nucleo est.-Nucleo int.: discontinuità di Lehman

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2 - Tettonica a placche

La crosta terrestre è in continua evoluzione a causa dei continui mutamenti della forma e delle posizione dei

continenti. La Litosfera è la parte superficiale della crosta che inizialmente era un'unica placca chiamata Pangea;

successivamente si è divisa in 15 placche che poggiano sull'astenosfera, la quale ha un comportamento visco-

elastico.

Le placche maggiori sono:

 Placca antartica

 Placca sudamericana

 Placca africana

 Placca indo-australiana

 Placca pacifica

 Placca nordamericana

 Placca euroasiatica All'interno della Litosfera si formano delle correnti convettive che provocano

il movimento passivo delle placche, causando la deriva dei continenti e

l'orogenesi.

La teoria della Tettonica a Placche chiarisce la distribuzione di molte

caratteristiche geologiche come le catene montuose, i vulcani, i terremoti;

essi risultano essere determinati dai movimenti dei margini di placca.

Difatti le placche scorrono sull'astenosfera e i continenti, incorporati in

alcune di esse, vengono sospinti passivamente.

Si distinguono tre tipi di margini di placca:

 Divergenti

 Convergenti

 Trasformi

2.1 Deriva dei continenti

Nel 1912 lo scienziato Wegener ipotizzò che 200 milioni di anni fa

esisteva un unico grande continente chiama Pangea, circondato

dall'oceano Pantalassa.

Successivamente il continente si sarebbe smembrato fino a

diventare come quello attuale.

Le prove a sostegno di questa teoria sono:

 PROVE GEOMORFOLOGICHE: margini continenti che

combaciano (oggi sappiamo che il limite reale tra continenti

e oceani non corrisponde alla linea della costa, ma si trova

dove la scarpata separa la piattaforma continentale dai

fondali oceano)

 PROVE PALEONTOLOGICHE: certi tipi di rocce, resti fossili di

felci e rettili sono simili in continenti divisi dagli oceani

 PROVE PALEOCLIMATICHE: nelle regioni che oggi hanno un clima tropicale c’erano condizioni di clima freddo

documentate da depositi glaciali risalenti a 300 milioni di anni fa

depositi evaporitici (si formano solo in ambienti caldi e secchi) e giacimenti di carbone (tipici di un clima

tropicale ma ricchi in Germania e Inghilterra)

2.2 Margini convergenti o attivi

Si trovano in corrispondenza di due zolle litosferiche che si muovono una verso l'altra; quando le due zolle entrano a

contatto, se il movimento che le spinge non si ferma, una si incunea sotto l'altra e sprofonda verso l'astenosfera

attraverso un processo detto di subduzione.

Dove avviene la subduzione si creano, in profondità, condizioni che favoriscono la formazione di magma, il quale

risale provocando eruzioni prevalentemente di tipo esplosivo, da cui si ricava il piano di Benioff che indica la zona di

contatto tra i due differenti tipi di crosta. Elaborato di Geologia Applicata 5

Gran parte dei vulcani attivi sulla superficie della Terra si trova in corrispondenza delle zone di subduzione: nel

mantello sottostante la collisione e la subduzione provocano la formazione di fosse oceaniche con catene montuose

adiacenti a varchi vulcanici. Questi ultimi possono essere una catena montuosa terrestre o una catena di isole

vulcaniche.

Infatti i margini convergenti si dividono in:

 Pacifico: le placche coinvolte sono di tipo oceanico e

la subduzione porta alla formazione di archi vulcanici

insulari. Questi ultimi, detti hotspot, sono punti della

superficie terrestre interessati da un'anomala risalita

di materiale dall'astenosfera verso la superficie

terrestre; si trovano in mezzo alle placche e non sui

loro bordi come prevede la teoria della tettonica a

placche; tali punti migrano e creano degli arcipelaghi

vulcanici.  Andino: la placca litosferica oceanica si

immerge sotto quella continentale e si formano

catene montuose vulcaniche.

Quando invece la collisione coinvolge due placche continentali entrambe tendono a rimanere a galla e si formano

altre catene montuose.

2.2 Margini divergenti

I margini divergenti avvengono dove le placche si allontanano l'una dall'altra e il materiale parzialmente fuso del

mantello risale a riempire il vuoto che si è formato tra essi. Esso

avviene attraverso la solidificazione di magma basaltico che

risale dall'astenosfera

Si può avere l'allontanamento di:

 placche oceaniche: formano una dorsale medio oceanica,

la quale presenta un vulcanesimo basaltico attivo, dei

terremoti e delle fagliature.

 placche continentali: siti dove si ha una separazione

caratterizzata da depressione, faglie, manifestazioni

vulcaniche e sismiche. Le faglie provocano lo

sprofondamento di una porzione di crosta terrestre (area

di rift) e la creazione di una struttura a Horst Graben, cioè

a fosse e pilastri tettonici chiamata Rift Valley.

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2.3 Margini trasformi o conservativi

I margini trasformi sono causati dalle placche che scorrono l'una rispetto all'altra senza creare né distruggere la

Litosfera. Le rotture si verificano quando la continuità di un margine divergente è interrotta o deviata.

Intensa attività sismica, ma no attività vulcanica o magmatica.

Un esempio tipico di questi margini è la faglia di St. Andreas in California, tra la placca americana e quella pacifica, la

quale genera terremoti di grande entità.

2.4 Margini continentali

I margini continentali possono trovarsi distanti dai margini di placca o coincidere con essi; nel primo caso si possono

avere margini passivi o trasformi mentre nel secondo caso si parla di margini attivi.

 I margini continentali passivi: caratterizzati da assenza di fenomeni sismici e vulcanici; sono tipici dei

continenti che si trovano sui bordi dei bacini oceanici in espansione come l'Oceano Atlantico. Questi sono

tettonicamente inattivi perché si trovano sull'arco posteriore del continente; lungo questi è frequente la

sedimentazione di materiale di origine continentale e, a causa di ciò, sono i luoghi dove avvengono le

estrazioni petrolifere

Formati da piattaforma, scarpata e continental rise.

 I margini continentali trasformi: corrispondono a bruschi rigetti o deviazioni in una spaccatura iniziale, lungo

la quale poi si attiverà la separazione continentale. Essi sono tipici degli oceani in espansione.

 I margini continentali attivi: sono soggetti a sforzi compressivi e interessati da fenomeni vulcanici e sismici. Si

trovano sul bordo del continente in direzione dello spostamento e coincidono con il confine della placca.

Sono tipici degli oceani in compressione come quello Pacifico.

Sono formati da una piattaforma ridotta, una scarpata e un trench (fossa).

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3 - Geodinamica del Mediterraneo

L'area del Mediterraneo può essere divisa in due zone:

 Orientale caratterizzata da margini continentali attivi

 Occidentale da margini continentali passivi

A occidente si possono osservare i bacini neogeniti Algero-Provenzale e Tirrenico, divisi dal blocco Sardo-Corso e

dall'Appennino mentre a oriente sono presenti i bacini Adriatico, Ionico e Levantino.

E' rilevante anche la migrazione dell'arco calabro (zona di subduzione) il quale, a causa della fuoriuscita di materiale

dall'Astenosfera, si è distaccato dal blocco sardo-corso.

Nel Mediterraneo le placche da considerare sono quella Euroasiatica, Africana e Arabica; mentre per quanto

riguarda le macro placche si possono individuare quella Iberica, Adriatica, Anatolica, Egea.

Le ultime tre determinano tutta la sismicità di Italia, Grecia e Turchia: la placca Adriatica è in subduzione passiva

sotto l'arco calabro, si parla quindi di margine convergente.

Questo movimento porta a compressioni molto elevate sull'Appennino e sul Friuli, contribuendo alla creazione di

attività vulcaniche come quella dell'Etna.

Il bacino Algero-Provenzale è un bacino profondo caratterizzato da margini asismici.

A oriente, i margini compresi tra le micro placche Ellenica e Anatolica hanno portato alla formazione dell'Arco

Ellenico, delle relative fosse e di archi vulcanici come quello di Santorini.

Il mar Egeo &egra