Riassunto esame Geografia del paesaggio e dell'ambiente, prof. Pinna Sergio, libro consigliato Geografia dei rischi naturali, S. Pinna

Geografia dei rischi naturali - S. Pinna

La struttura interna della Terra e la tettonica a placche

Dato che la Terra ha un raggio di 6350 km, le nostre conoscenze sulla sua costituzione interna si basano su ipotesi. Mediante calcoli geofisici sappiamo che la densità media del globo è 5,51*10³ kg/m³ mentre i valori della superficie sono inferiori a 3; al centro la densità raggiunge valori superiori a 10. L'analisi delle onde sismiche prodotte dai terremoti ha provato che la loro velocità varia (in particolare nella parte liquida del nucleo, che non può essere attraversata dalle onde "S") all'interno del globo: ciò significa che le onde attraversano materiali diversi.

Dato ciò, ipotizziamo che la Terra sia costituita da tre involucri concentrici:

• La crosta che ha spessore più ridotto nelle aree oceaniche e superiori in quelle continentali (>70 km); la discontinuità di Mohorovicic (o di Moho), scoperta nel 1909, segna il passaggio al mantello con rocce di densità maggiore.
• Il mantello, diviso in superiore (700 km di profondità) ed inferiore (2900 km) è di materiale più denso; la discontinuità di Gutemberg collega questo involucro al nucleo.
• Il nucleo, anch'esso diviso tra una parte esterna, composta da materiale di tipo liquido con densità 9-10, ed una interna, di materiale solido con densità 12-13.

La litosfera è l'insieme della crosta e del primo spessore del mantello detto LID; è rigida rispetto alla sottostante, più plastica. L'astenosfera è lo strato più debole sotto la litosfera; secondo alcune teorie esso termina alla sommità del mantello inferiore anche se una precedente discontinuità suggerisce una più attendibile di 400-450 km.

La tettonica a placche

La teoria della tettonica a placche o a zolle, è stata elaborata negli anni '60. Essa descrive i movimenti delle strutture litosferiche giustificando anche la presenza e la distribuzione di catene montuose, dorsali e fosse oceaniche, vulcani, terremoti ed altri elementi. La litosfera è divisa in numerose placche, o porzioni, alcune grandi ed altre più piccole originate dagli attriti tra le grandi zolle.

Tutte le zolle si muovono, in alcuni casi collidendo (con la consumazione di materia) o divergendo (creando nuovo materiale litosferico) tra loro. I continenti, inseriti nelle relative placche, ne seguono il movimento. Il motore che consente lo spostamento delle zolle litosferiche è dato da celle convettive di materiale nell'astenosfera, alimentate da un calore profondo, presumibilmente originato dal decadimento di isotopi radioattivi. Questi flussi sono analoghi a quelli che si osservano in un liquido messo in un contenitore scaldato dal basso; essi determinano la tipologia del margine tra placche confinanti che può essere divergente, convergente o trasforme.

• Divergente: Nei bacini oceanici sono le dorsali, ovvero catene montuose sommerse che presentano un solco (rift) lungo l'asse longitudinale con una costante attività vulcanica effusiva che crea nuova litosfera. Un esempio è la dorsale Medio Atlantica che dai fondali artici arriva all'Antartico. In zone continentali la divergenza dei margini crea grandi depressioni di forma allungata (rift valley) che, come in Africa Orientale, prelude ad una futura zona oceanica. Altri casi di rift valley sono il Mar Rosso e il Golfo della California. Tutti i margini divergenti sono sedi di vulcanismo e di attività sismica.
• Convergente: Quando si scontrano due placche oceaniche, una discende sotto l'altra verso il mantello, attraverso la subduzione. La spinta verso il basso crea una fossa oceanica e crea inoltre le condizioni per un'intensa attività vulcanica che origina degli archi insulari. Se una placca oceanica collide con una continentale, quella oceanica si piega e scorre verso il basso dando origine a una fossa nei fondali marini, mentre sul lato continentale nasce una catena montuosa parallela alla costa. Se convergono due placche continentali si creano condizioni diverse dalla classica subduzione oceanica. La collisione dell'India con la zolla eurasiatica ha determinato il sovrascorrimento di quest'ultima sulla prima, causando il raddoppiamento dello spessore litosferico con la nascita dell'Himalaya e del grande altopiano del Tibet. In ognuno dei casi sopracitati, nelle zone di convergenza si verificano terremoti, in particolare nella convergenza continentale.
• Trasforme: In alcune situazioni le placche scivolano l'una a fianco dell'altra senza creazione o distruzione di litosfera, si parla quindi di margini conservativi. Essi corrispondono a faglie trasformi, fratture lungo le quali avviene lo spostamento reciproco di due blocchi adiacenti. Le faglie trasformi caratterizzano le dorsali oceaniche che appaiono disarticolate per la dislocazione con andamento trasversale rispetto al naturale corso della catena. Un esempio noto è la faglia di San Andrea in California dove le rocce affioranti hanno età diverse per il continuo scorrimento. Questa faglia crea spesso terremoti anche in epoche recenti con conseguenze catastrofiche.

Brevi note sul clima e i suoi caratteri di aggressività

Tempo: stato dell'atmosfera in un determinato momento; è definito quindi dall'insieme degli elementi meteorologici (temperatura, precipitazioni, nuvolosità, vento, radiazione solare, pressione e umidità), valutati in un certo istante, mediante diverse grandezze misurabili.

Clima: quadro delle condizioni atmosferiche caratteristiche di un luogo, che scaturisce da un'analisi statistica delle serie storiche di dati meteorologici. Tale quadro sarà perciò definito in base a:

• Valori medi per un certo intervallo temporale;
• Variabilità associata alle medie calcolate;
• Valori estremi misurati;
• Caratteri di stagionalità;
• Andamenti tendenziali nel lungo periodo.

Fattori del clima: tutte quelle cause generali che, agendo sui vari elementi quali temperatura, pioggia ecc., danno origine ai diversi tipi di tempo e di clima. Essi sono di due categorie:

• Fattori cosmici: quelli che influiscono sulla ripartizione dell'energia solare nella superficie terrestre: il moto di rivoluzione, l'eccentricità dell'orbita, il moto di rotazione, la forma quasi sferica della terra e le conseguenti differenze nell'angolo di incidenza dei raggi solari.
• Fattori geografici: tutti quelli in grado di agire in modo tale da poter modificare le ipotetiche condizioni cosmiche: la distribuzione dei mari e terre emerse, la distanza dal mare, le correnti oceaniche, la distribuzione globale della pressione atmosferica, l'orientamento delle masse continentali e delle catene montuose, le differenze altimetriche, l'esposizione topografica, la presenza di laghi, i caratteri del suolo, la vegetazione, le azioni antropiche.

Il rischio vulcanico

Vulcanismo: quell'insieme di manifestazioni della dinamica endogena che comportano la fuoriuscita sulla superficie terrestre di sostanze di vario tipo come lave, elementi frammentari solidi o pastosi, gas, acque termominerali e fanghi caldi.

Vulcanismo secondario: emissioni di gas (che per condensazione generano le "fumarole"), acque o fanghi.

Vulcanismo primario: eruzioni di lave (attività di tipo effusivo) o espulsione violenta di elementi frammentari (attività di tipo esplosivo con espulsione di prodotti piroclastici i cui depositi sono detti "tefra").

Vulcano: qualunque spaccatura della crosta terrestre attraverso la quale i materiali magmatici possono risalire dal mantello fino alla superficie. Esso è formato da una struttura interna con una camera magmatica e un condotto che la collega al cratere, ed una esterna chiamata edificio vulcanico formato per accumulo di materiale eruttato; il cratere è una depressione che rappresenta la bocca di un vulcano dalla quale il materiale magmatico può arrivare all'esterno, uno è quello sulla sommità mentre altri possono aprirsi lungo il corpo dell'edificio.

La caldera è una depressione di notevole ampiezza generata dal collasso di una gran parte dell'edificio vulcanico verso la camera magmatica, a seguito dell'intenso svuotamento.

La distribuzione geografica globale delle aree vulcaniche

Strettamente connesse con le placche litosferiche; forte attività vulcanica nei margini divergenti (rift valley e dorsali oceaniche) mentre vulcani subaerei sono ai margini della regione pacifica (subduzione di margini convergenti), il Ring of Fire. Sporadici sono i vulcani nell'interplacca, che si formano per estensione della litosfera o per gli hotspot, punti caldi nel mantello che causano la fuoriuscita di materiale fluido verso l'alto. Le Hawaii sono un esempio di placca oceanica che si muove per il passaggio sopra un punto caldo, lo Yellowstone invece è un vulcanismo per hot spot in una zolla continentale.

Tipologie di eruzione e relativi livelli di pericolosità

Eruzione effusiva: emissione graduale di lava. Non sono pericolose anche se è necessario che tra il vulcano e la zona urbanizzata vi sia sufficiente distanza dato che non si può intervenire sui flussi eruttati. Eruzioni di questo tipo sono caratteristiche dei margini divergenti; zone particolarmente a rischio sono quindi l'Islanda (dorsale medio atlantica) e le Hawaii (dorsale delle Hawaii). Il Nyiragongo, nella Repubblica Democratica del Congo, è uno dei pochi casi di eruzione effusiva pericolosa perché ha un lago di magma fuso che, con lesioni dell'edificio, può originare valanghe di lava (verificatesi negli anni 1977 e 2002 con colate prossime ai 100 km/h, nel secondo caso raggiungendo anche la città di Kiwu).

Eruzioni esplosive: i magmi ad alto contenuto in silice (magmi acidi) trattengono in soluzione grandi quantità di gas. Quando nel percorso del fuso verso l'alto si arriva alla saturazione, il gas in eccesso si separa dalla fase liquida e forma delle bolle che tendono a spostarsi verso la superficie, per poi esplodere una volta che la pressione esterna sia più bassa di una certa soglia. L'esplosione delle bolle frammenta il magma in elementi di dimensioni variabili, scagliati al di fuori del cratere. Le eruzioni esplosive sono caratterizzate dalla "colonna eruttiva", un getto di elementi piroclastici grossolani, ceneri e gas che si spinge molto in alto e che, negli eventi più intensi, può oltrepassare di decine di chilometri il limite superiore della troposfera. L'Indonesia è la zona più a rischio.

Tipi di eruzioni esplosive

La classificazione deriva da vulcani italiani:

• Stromboliana: il magma all'interno dell'edificio forma una sottile crosta che ostacola la risalita delle bolle. Quando la crosta salta fuori vengono proiettati piccoli frammenti piroclastici. Dopo l'esplosione c'è una fase di fontane di lave e colate di media fluidità.
• Vulcanica: data la viscosità del magma che trova difficoltà a salire in superficie si creano degli ostacoli alla fuoriuscita dei gas. Le eruzioni sono quindi più sporadiche data l'alta pressione necessaria a far saltare il tappo di roccia; le esplosioni sono più violente con colonne eruttive di 15-20 km di altezza.
• Subpliniana (VEI= 4): eruzione violenta. Colonna alta 30 km, con caduta di tefra in un'area molto ampia vicino al vulcano; formazione di flussi piroclastici.
• Pliniana (VEI= 5): eruzione di estrema violenza. Colonna eruttiva gigantesca con probabile collasso della parte superiore dell'edificio. I flussi piroclastici devastano i versanti della montagna e le zone contermini.
• Ultrapliniana (VEI= 6-7): eruzione di eccezionale intensità. Gli effetti dell'eruzione arrivano ad influenzare l'intero Pianeta perché determinano cambiamenti climatici per l'immissione nell'atmosfera di polveri in grande quantità.

L'indice di esplosività VEI (Vulcanic Explosivity Index)

Il VEI è un indicatore semiquantitativo elaborato al fine di esprimere la dimensione delle eruzioni vulcaniche esplosive; si basa sul volume di materiale emesso dal vulcano sotto forma di prodotti piroclastici; questo dato viene stimato valutando i volumi dei depositi ed esprimendoli in termini di Dense Rock Equivalent (DRE), ossia non considerando i vuoti. La scala VEI va intesa in senso logaritmico poiché ogni grado corrisponde ad un evento 10 volte superiore al precedente. Tutte le eruzioni conosciute sono comprese tra 0 (totalmente effusiva) e 8 (esplosioni colossali).

Un VEI 5 fu il St. Helens di Washington nel 1980, un VEI 6 il Pinatubo nelle Filippine, il Krakatoa in Indonesia e il Santorini nel Mar Egeo. Il Tambora, la più grande eruzione esplosiva di VEI 7, in Indonesia avvenne nel 1815 con un'emissione di 100 km³ di materiale e il collasso dell'edificio; la polvere introdotta nella stratosfera rimase sospesa per vari anni intorno alla Terra raffreddando il clima (il 1816 è stato definito l'anno senza estate).

I supervulcani e le eruzioni colossali

Il termine supervulcano è stato creato dai media (prima menzione in un documentario della BBC nel marzo 2005) ed indica quelle strutture contraddistinte da un'enorme caldera e da una camera magmatica di dimensioni proporzionali, ove vi possono avere luogo eruzioni imponenti di VEI 8 ed emissione di 1000 km³ di materiale (tuttavia non ne abbiamo osservato alcuno poiché questi esempi hanno tempi di ritorno lunghissimi). Il Toba (in Indonesia) ha eruttato 74 mila anni or sono producendo 2800 km³ di magma (mille volte l'eruzione vesuviana). Il supervulcano più noto è quello dello Yellowstone che deve la sua origine ad un punto caldo nel mantello. Potranno ripetersi simili eruzioni come quella del Toba? Anche se in tempi del tutto incerti sì, con il rischio di veder spazzata via ogni forma di vita.

Fenomeni di pericolo connessi alle eruzioni esplosive

La ricaduta al suolo di prodotti piroclastici (tefra): la cenere vulcanica può contaminare le riserve idriche, causare tempeste elettriche, danneggiare ogni tipo di macchinari e determinare il collasso dei tetti e degli edifici per il loro accumulo. Se ingerita la cenere può provocare soffocamento, ustioni e danni alla vista.

Flussi piroclastici: valanghe costituite da gas, ceneri vetrose, porzioni di roccia e parti di magma in stato di fluidizzazione che hanno una forte velocità. Si sviluppano in eruzione di VEI > 3:

• Per il collasso della colonna eruttiva per la riduzione dell'energia esplosiva;
• Per l'esplosione laterale a causa del franamento di una parte dell'edificio vulcanico;
• Per l'esplosione direzione causata da una ostruzione del cratere (di questo tipo fu l'eruzione del Pelée nella Martinica, che distrusse la quasi totalità della città di Saint-Pierre).

I surge sono correnti turbolente nelle quali i gas sono volumetricamente prevalenti rispetto alle particelle solide; spesso si originano dallo scorrimento di colate piroclastiche, di cui rappresentano in pratica la parte più diluita. I base surge sono un'espansione laterale concentrica di vapore e materiali solidi che si sviluppa alla base della nube eruttiva in condizioni di vulcanismo fraetomagmatico (ovvero quando è derivato dalla sua interazione con acqua di falda oppure per il collasso di una colonna pliniana).

Lahar: forma di rischio idrogeologico originata da eruzioni vulcaniche; consistono in colate di fango ad elevata densità, derivanti dallo smottamento di prodotti piroclastici incoerenti che si accumulano lungo i pendii del vulcano e che successivamente si imbevono d'acqua a seguito di piogge intense o per lo scioglimento di nevi o ghiacci. La frequenza di questi fenomeni è assai elevata perché le polveri immesse in atmosfera durante l'eruzione agiscono da nuclei di condensazione, favorendo la formazione delle gocce d'acqua e quindi aumentando la probabilità di piogge. Bisogna notare che altre colate di materiale fangoso si possono avere anche in presenza di vulcanismo effusivo, quando la fuoriuscita di lava provoca uno scioglimento di ghiaccio.

I terremoti (molto superficiali): le fasi di intensa attività sono accompagnate da frequenti terremoti che possono risultare molto pericolosi per il fatto che la posizione degli ipocentri è sempre molto superficiale (secondo i documenti, anche nel 79 e nel 1631 con l'eruzione del Vesuvio seguirono due terremoti di magnitudo 5).

Le colate di lava: se nelle eruzioni di forte esplosività la parte prevalente del magma viene espulsa sotto forma di prodotti piroclastici, quelle di tipo stromboliano e pure vulcaniano sono spesso accompagnate anche da fasi effusive, con produzione quindi di colate che possono dare seri danni a fondovalle.

La previsione delle eruzioni

Vi è una notevole irregolarità nella distribuzione temporale delle sporadiche manifestazioni eruttive di varia intensità con una conseguente aleatorietà nella previsione di tale fenomeni, tuttavia vi sono dei risultati positivi per quanto riguarda le previsioni deterministiche a breve periodo. Elementi di primaria importanza: prevedere un'eruzione con sufficiente anticipo per predisporre la procedura di emergenza; l'approccio a tale problema è essenzialmente empirico ed è collegato al rapporto tra l'attività vulcanica ed altri fenomeni.

Esempi di segnali premonitori:

• Attività sismica in superficie: le eruzioni sono precedute da numerosi terremoti superficiali, spesso di elevata magnitudo. Aumento di terremoti in brevi tempi = probabilità di eventi vulcanici.