Sommario

Geohazard mapping on continental margins trough massive aquisition of multibeam bathymetry

The experience of MaGIC project (Marine Geohazards along the Italian Coasts)

F. L. Chiocci and MaGIC Scientific Board#

 

 

Riassunto esteso presentato al 6th ISSMMTC tenutosi a KIEL nel Settembre 2013 da F.L. Chiocci e dal Gruppo MaGIC

 

* Università di Roma “La Spienza”, Dipartimento di Scienze della Terra, Roma, Italia e CNR-IGAG. Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

vedi riconoscimenti

 

Riassunto:

Lo scopo del Progetto nazionale italiano Magic (Marine Geohazards lungo le coste italiane), è documentare i potenziali rischi geologici marini della scarpata superiore e della piattaforma continentale esterna, sulla base dell’ acquisizione della batimetria con multibeam alta risoluzione. A tal fine sono state redatte mappe di rischio geologico, in scala1:50.000, sulla base delle caratteristiche geomorfologiche dei margini continentali italiani.

Al progetto ha partecipato l’intera comunità dei ricercatori italiani in Geologia Marina italiani (7 Università, 3 Istituti di Ricerca del CNR, e l’OGS Trieste).

Un foglio è stato prodotto anche in acque territoriali francesi dall’Istituro di Recerca GeoAzur.

Nell’ambito del progetto sono state acquisite complessivamente più di 40.000 miglia nautiche di dati multibeam e sono state redatte 73 mappe di rischio geologico a mare, in formato A0 in scala 1:50.000.

Nell’ultimo decennio, i recenti sviluppi nelle tecniche di mappatura e di acquisizione di immagini sottomarine hanno notevolmente migliorato la capacità della comunità scientifica di individuare le cause connesse a potenziali aspetti di pericolosità geologica naturale in ambiente marino, che interessano i margini continentali italiani.

Mediante l’acquisizione di immagini multibeam ad alta risoluzione, è possibile individuare con grande dettaglio, i lineamenti geomorfologici del fondale marino che possono essere di guida nella valutazione degli indicatori di rischio geologico a mare.

Gli elementi geomorfologici più comuni sono le nicchie di distacco e i depositi di frana, le testate di canyon ed i fenomeni di erosione lungo i fianchi, le irregolarità del fondo marino legate a faglie, i vulcani di fango, i pockmarks, i depositi per flussi di gravità, forme erosive e forme di fondo che indicano la mobilità dei sedimenti a diversa scala temporale / spaziale. Questi processi sono diffusi su tutti i margini continentali italiani e sono indicatori di potenziali calamità naturali per gli insediamenti umani e le infrastrutture nelle zone costiere e in mare aperto.

 

Il progetto è stato completato ed i risultati sono già in possesso ed utilizzati dal Dipartimento della Protezione Civile, che ha finanziato il progetto con 5.250.000 € .

 

 

Parole chiave: morfologia sottomarina, mappatura multibeam, cartografia marina, progetto MaGIC.

 

 

INTRODUCTION

I rischi geologici marini comprendono molti processi differenti ed eventi legati sia ai fenomeni di modellamento morfo-dinamico del fondo marino, in tempi recenti, nonché a quelli in tempi molto lontani connessi all'evoluzione geologica dei margini continentali.

I progressi delle tecnologie utilizzate nella mappatura del fondo marino stanno attualmente mutando radicalmente l'approccio investigativo della geologia marina.

La mappatura delle caratteristiche geomorfologiche del fondo marino è diventata il punto di partenza per la definizione dei rischi geologici, nonché uno strumento di ausilio per l’indagine sui processi geologici e la loro evoluzione.

La valutazione di calamità naturali marine può essere affrontata in maniera diversa a seconda della scala di investigazione e il grado di dettaglio richiesto.

Per un corretto approccio allo studio ed valutazione di calamità naturali marine, sono richiesti due livelli di indagine: il primo a scala regionale ed il secondo di dettaglio per la valutazione specifica del sito.

Nella valutazione su scala regionale la definizione di georischio è essenzialmente legata al rilevamento della presenza, della distribuzione e dello stato di attività del particolare rischio geologico, individuato tramite mappatura su scala regionale.

Questo problema è diventato sempre più importante in tempi molto recenti. In realtà l'impatto di eventi catastrofici a livello globale (ad esempio terremoti e tsunami in Indonesia nel 2004, in Isole Samoa nel 2009, in Giappone nel 2011; Paris et al 2007. Lamarche et al 2010) e su scala regionale (ad esempio frana e tsunami a Stromboli nel 2002; Chiocci et al 2008; eruzione sottomarina di El Hierro nel 2011) ha reso evidente la necessità di studiare e conoscere la distribuzione delle strutture geologiche sottomarine responsabili della loro origine, con particolare riferimento a problematiche sismogenetiche, attività vulcanica, frane sottomarine e la loro connessione e relazione con la parte costiera terrestre emersa.

 

 

Il progetto italiano MaGIC ( Marine Geohazards lungo le coste italiane ) si è protratto per una durata di 5 anni (dal dicembre 2007, al dicembre 2012), ed è stato finanziato dal Dipartimento della Protezione Civile italiana, con impegno a scala nazionale, volto a indagare rischi geologici sui margini continentali italiani ( Chiocci e Ridente, 2011 ).

L’obiettivo principale, l’individuazione dei rischi geologici marini, è stato affrontato attraverso una prima fase di acquisizione di dati batimetrici multibeam ad alta risoluzione, la loro elaborazione, suffragata anche con prelievi di campioni sui fondali investigati, ed un successiva fase di correlazione dei dati ed infine la loro interpretazione, che ha portato alla creazione di 72 fogli della ''Carta delle caratteristiche rischio geologico dei mari italiani '' ( Fig. 1). La mappatura realizzata copre il margine continentale italiano, con l'eccezione di alcuni settori meno interessati da attività tettonica e geomorfologica e/o caratterizzati da estese aree di piattaforma sub-pianeggiante, come ad esempio l'Adriatico settentrionale e la piattaforma tirrenica centro-settentrionale).

La batimetria multibeam è stata il principale strumento per l’acquisizione delle caratteristiche geomorfologiche e l'identificazione di calamità naturali. L'interpretazione di evidenze geomorfologiche tuttavia si basa sulla conoscenza del quadro strutturale e stratigrafico di ciascuna zona .

Il Progetto Magic ha coinvolto l'intera comunità dei ricercatori italiani che lavorano nel campo della geologia marina ( 3 Istituti del CNR , 8 Università e l’OGS di Trieste).

La suddivisione delle aree di studio è stata fatta in base alle specifiche competenze ed esperienze acquisite nel corso degli anni, in funzione delle campagne oceanografiche e delle attività di ricerca già svolte nel passato, da ciascun gruppo di ricerca.

Nel corso del progetto è stato realizzato un foglio in acque territoriali francesi con la collaborazione dell’Istituto di Ricerca GeoAzur, secondo i requisiti e le procedure definite nell’intero progetto Magic.

Lo scopo di questo lavoro è quello di condividere le conoscenze acquisite dalla comunità scientifica italiana nel progetto MAGIC e di fornire alcuni spunti per affrontare i problemi pratici e concettuali nella mappatura di calamità naturali regionali basata su rilevamento multibeam estensivo.

 

 

 

Mappatura degli aspetti di pericolosità naturale  su scala regionale

 

Ogni Foglio della mappa delle caratteristiche di pericolosità dei mari italiani comprende 4 livelli di rappresentazione (Fig.2) .

La mappa di base include il rilievo ombreggiato, le isobate così come immagini dell’ intensità del back- scatter e dei gradienti (carta delle acclività).

I prodotti cartografici sono dotati anche di note descrittive – note a compendio -, che riportano e descrivono le differenze nella quantità, qualità e densità di altri dati utilizzati oltre alla batimetria multibeam, al fine facilitare l'interpretazione delle caratteristiche geomorfologiche.

Le note a compendio includono anche la descrizione degli elementi geomorfologici con maggior grado di rischio geologico e che meritano un maggior grado di attenzione per definire gli stati di allerta

La documentazione è corredato da un allegato con tabelle degli attributi dimensionali e dei dati morfometrici relativi alle caratteristiche geomorfologiche più rilevanti

Le singole carte ( Fig.3 ) sono costituite da quattro livelli cartografici, con aumento del dettaglio della scala di rappresentazione:

Livello 1 : Domini Fisiografici (scala 1:250.000 ) ;

Livello 2 : Unità Morfologiche (scala 1:50.000 ) ;

Livello 3 : Elementi Morfo- batimetrici (scala 1:50.000 ) ;

Livello 4 : Punti di criticità ( lineamenti di dettaglio a diverse scale ) .

 

Livello 1

I Domini Fisiografici (DF) includono le caratteristiche regionali o sub-regionali, rappresentate in scala 1:250.000 come piattaforma continentale, scarpata continentale , bacini intra-scarpata e frane batiali, rilievi intra - scarpata e seamount, vulcani, zone di erosione a livello regionale.

Livello 2

Le aree sub-regionali sono caratterizzate da un insieme di elementi morfo-batimetrici (EM) denominate Unità Morfologiche (UM), e sono rappresentate in scale1:50.000.   
Ogni Unità Morfologica è stata oggetto di specifiche misure e classificazioni morfometriche, che permettono un'associazione con attributi e griglie in ambiente GIS. Sono state definite nove Unità Morfologiche (ad esempio nucchie e depositi di frana, aree dominate da correnti di fondo, affioramenti rocciosi ,ecc. e sono rappresentate con aree di diversa colorazione secondo una codifica specifica.

Livello 3

La mappatura dettagliata delle caratteristiche del fondo marino è stata ottenuta mediante l’identificazione e la rappresentazione di tutti gli elementi morfo-batimetrici del fondo marino (EM), con un limite inferiore delle dimensioni di 100 m circa. Gli elementi morfo-batimetrici EM rappresentano il livello di base delle informazioni relative alle caratteristiche ed ai processi di rischio geologico e sono rappresentati in mappe con scala 1:50.000. Gli elementi morfo-batimetrici sono rappresentati come vettori con simboli diversi. 
La leggenda degli elementi morfo-batimetrici comprende e dettagliata una cinquantina di elementi, raggruppati in 4 tipologie principali (i.e. rotture morfologiche o scarpate, forme di fondo, depositi da evento, fondali marini irregolari e/o deformati).           
Quando possibile, gli elementi morfo-batimetrici dello stesso tipo (ad esempio scarpate morfologiche), sono stati rappresentati sempre con la stessa simbologia (ad esempio tipo di linea), ma con colore differente a seconda della loro diversa genesi specifica e dei processi correlati, come la tettonica, l’instabilità, incisioni di canyon, genesi sconosciuta, eccetera.

Livello 4

Il livello 4 è finalizzato a mettere in evidenza, in risalto situazioni specifiche, definite come punti di criticità (PC) , dove le caratteristiche connesse al rischio geologico meritano una particolare attenzione, a causa della loro posizione prossima ad insediamenti umani ed infrastrutture, come porti, strade, ferrovie, aeroporti (testate di canyon in regressione o progradanti, segni di instabilità incipienti in acque poco profonde, ecc.), nell’ipotesi che l'impatto di un evento pericoloso possa essere molto elevato. I punti di criticità sono riportati anche nel Livello 3 con rettangoli rossi e sono documentati singolarmente con note descrittive e cartografia in scala adeguata, sulla base di tutti i dati disponibili (non solo multibeam).         
Solo nel caso dei punti di criticità si è ricorso alla identificazione delle caratteristiche del rischio geologico e si è tentata la valutazione e classificazione del reale rischio geologico.

 

La formazione geomorfologica dei moderni margini continentali è il risultato di processi geologici sia recenti che a lungo termine, e poichè molte caratteristiche locali possono riflettere le dinamiche geologiche regionali si sottolinea l'importanza di comprendere un contesto geologico più ampio (sia temporale che spaziale), come prerequisito per comprendere lo stato di attività e la natura dei processi geologici e le caratteristiche geomorfologiche che possono essere indicativi di potenziali rischi geologici.

In aree geologicamente attive come il Mar Mediterraneo, le caratteristiche dei fondali marini cause di calamità naturali sono controllate, da fenomeni attualmente in corso come sismicità, tasso di sedimentazione, processi di erosione e deposizione. Tuttavia i cicli glaciali e interglaciali del Quaternario hanno determinato la stratigrafia superficiale e l'architettura della piattaforma continentale e la pendenza su cui i processi e gli eventi, di breve durata, agiscono. Quest’ architettura del tardo Quaternario si sovrappone a un contesto più ampio a causa della tettonica di lungo termine (milioni di anni) ed all’assetto geodinamico.

 

 
seleziona per una visualizzazione più ampiaVentotene map

 

Alcune delle caratteristiche geomorfologiche risultanti dall’interazione multi-scala tra variazioni del livello del mare, l’apporto sedimentario, la tettonica e ed il clima sono ben documentati sui margini continentali italiani, e comprendono:

- innesco, re-incisione o disattivazione di canyon sottomarini e canali che spesso incidono la piattaforma continentale;

- sviluppo di scarpate deposizionali e di erosione del margine di piattaforma e intra-scarpata;

- alternanza di aree dominate da bypass e da mobilizzazione di sedimenti con aree caratterizzate da intrappolamenti di sedimenti;

- seppellimento di faglie attive e/o affioramento a fondo marino di faglie inattive;

- riduzione e/o accumulo di pressioni interstiziali connesse con la circolazione/espulsione di fluidi ( ad esempio in corpi sedimentari depositati rapidamente nonché in unità sepolte affette da sedimenti e / o carico tettonico ) .

L’inquadramento dell'attività di questi fenomeni e della loro espressione locale all'interno di un più ampio contesto geologico (regionale e storico) rappresenta la chiave per la comprensione e la corretta interpretazione dei potenziali rischi geologici della maggior parte dei processi geologici tipici e delle caratteristiche del fondale marino e del sottofondo.

 

Discussione e conclusioni

L'identificazione dei rischi geologici con la rappresentazione di semplici elementi geomorfologici può risultare ambigua, in quanto elementi geomorfologici simili possono derivare da diversi processi che hanno differente grado di rischio geologico. Nonostante ciò, la mappatura di dettaglio con dati multibeam e l’interpretazione delle caratteristiche geomorfologiche è il primo passo fondamentale, dal momento che risulta l'unico strumento per una corretta valutazione a scala regionale ed una omogenea distribuzione del meccanismo e della frequenza dei rischi geologici marini, sia per i grandi eventi catastrofici (ad esempio, grandi frane sottomarine e costiere e tsunami ) che per gli eventi più piccoli, ma più frequenti (ad esempio concentrati su fondali marini in erosione e rotture retrogressive su piccola scala, lungo i fianchi dei canyon).


Definire la presenza e la distribuzione delle caratteristiche geomorfologiche che possono essere identificative di stratigrafie o assetti morfo-strutturali potenzialmente pericolosi e di processi che inducono rischi, consente una valutazione del grado di pericolosità geologica a scala regionale, e può rappresentare il primo passo per affrontare ulteriori indagini volte alla valutazione del rischio specifico e della sua gestione.

Il passo successivo verso la valutazione dei rischi non è semplice.

Per definizione, il concetto di valutazione del pericolo richiede la valutazione della probabilità di accadimento di un evento pericoloso, della conoscenza del tempo di ritorno e / o precisa definizione dei fattori di controllo e di innesco, mentre la valutazione del rischio discende dalla stima dell'impatto sulla vita umana e sulle infrastrutture.

Nell’ambiente sottomarino, i problemi principali discendono dalla difficoltà di determinare l'età dei lineamenti geologici e dell'intervallo di ricorrenza degli eventi, al fine di valutare sia il loro stato di attività e probabilità di accadimento entro intervalli di tempo a scala della vita umana e non di tempi geologici.

La determinazione dell'età, dello stato di attività e della probabilità di accadimento di fenomeni pericolosi sono quindi compiti impegnativi che non possono essere determinati esclusivamente dall’analisi dei dati di multibeam; altro fattore di rilievo, è che i dati multibeam non possono essere raccolti a scala regionale.

Di conseguenza, la valutazione dei rischi e dei pericoli in senso stretto sono oltre la portata del progetto MAGIC, in quanto richiedono studi di sito e studi multi disciplinari del tipo di quelli condotti durante le indagini di esplorazione dei fondali marini dalle industrie e dalle società petrolifere.

Il requisito di base, dei progetti di mappatura regionale, è la definizione di criteri generali e codici adatti per un’ampia gamma di assetti geologici e in grado di minimizzare l'eterogeneità all'interno del prodotto cartografico finale. L'approccio interpretativo e la cartografica adottata in MAGIC mira, infatti, alla mappatura delle caratteristiche geomorfologiche rilevabili, compresi quelli per l'interpretazione della genesi (cioè quale processo è responsabile della loro formazione), e così il loro potenziale di pericolosità non possono essere specificati in modo non ambiguo ( Fig.4 ) .

Il vantaggio di questa rappresentazione cartografica multilivello è che in caso di manifestazione di rischi geologici in una determinata area, la conoscenza della totalità delle presenze e della distribuzione delle caratteristiche geomorfologiche può fornire informazioni rilevanti per dedurre a posteriori come le caratteristiche dei precursori possono esser visualizzate, nonché per migliorare la comprensione dei meccanismi predisponenti e scatenanti gli eventi catastrofici.

In tale ottica, la mappa delle caratteristiche del rischio geologico dei mari italiani è fornita anche come strumento di monitoraggio della pericolosità derivante dai fondali marini.

Con lo sviluppo di criteri interpretativi cartografici standard, nell’ambito di progetti di cartografia regionale, le mappe rischio geologico regionali possono costituire uno strumento rapido e semplice per indirizzare la valutazione dei rischi e delle calamità naturali e consentire di ottimizzare le indagini specifiche sulla base di studi specialistici al fine di ottenere risultati di alta qualità con riduzione delle incertezze dipendenti da un eccessiva semplificazione di processi complessi

 

RINGRAZIAMENTI

Questo lavoro ha beneficiato del contributo di tutti i ricercatori che partecipano al progetto MaGIC .
Si ringrazia la Protezione Civile italiana, con particolare riferimento il Prof. B. De Bernardinis, che ha economicamente sostenuto il progetto MAGIC.

L'articolo riassume le attività e le idee sviluppate in seno al Consiglio Scientifico MaGIC. Esso comprende A. Bosman ( CNR - IGAG ) , A. Argnani ( CNR- ISMAR ) , F. Budillon ( CNR - IAMC ) , S. Ceramicola ( OGS ) , N. Corradi (UNIGE ) , G. De Falco ( CNR- IAMC ) , F. Fanucci ( unità) , F. Gamberi ( CNR- ISMAR ) , M. Marani ( CNR - ISMAR ) , P. Orrù ( Unica ) , D. Ridente ( CNR - IGAG ) , A. Sposato ( CNR- IGAG ) , A. Sulli ( UNIPA ) , F.Trincardi ( CNR - ISMAR ) .


RIFERIMENTI

 

Chiocci F.L., Ridente D. (2011) Regional-scale seafloor mapping and geohazard assessment. The experience from the Italian project MaGIC (Marine Geohazards along the Italian Coasts). Marine Geophysical Research 32 (1-2), 13-23

Chiocci FL, Romagnoli C, Tommasi P, BosmanA (2008): The Stromboli 2002 tsunamigenic submarine slide: characteristics and possible failuremechanisms. J Geophys Res 113:B10102. doi:10.1029/2007 JB005172.

Lamarche G, Pelletier B, Goff J (2010): Impact of the 29 September 2009 South Pacific tsunami on Wallis and Futuna. Mar Geol 271:297–302.

Paris R, Lavigne F, Wassmer P, Sartohadi J (2007): Coastal sedimentation associated with the December 26, 2004 tsunami in Lhok Nga, west Banda Aceh (Sumatra, Indonesia). Mar Geol