Gruppo di lavoro Geodinamica

Il Gruppo di Lavoro Geodinamica si propone di definire e valorizzare temi di ricerca fondamentale nel campo delle Scienze del Sistema Terra, e in particolare dei processi geodinamici che governano il pianeta, perché la comprensione sempre più accurata dei Processi Geodinamici è fondamentale e imprescindibile per la definizione di modelli interpretativi di tutte le altre tematiche del Sistema Terra: Georisorse, Ciclo degli elementi, Clima e Ambiente, Paleoclima e Paleoambienti, Acquiferi, Rischi, Nascita e Evoluzione della Vita, e per ogni tipo di applicazioni, dalla tracciabilità degli inquinanti, all’agroalimentare, alla difesa del patrimonio culturale e all’archeologia. La Terra è l’unico corpo planetario conosciuto con una dinamica endogena complessa, caratterizzata da una attiva tettonica a placche, e che da questo derivi l’unicità del nostro pianeta, capace di ospitare forme di vita complesse in numerosi sistemi ambientali. La dinamica endogena, che influisce continuamente sull’Ambiente, sul Clima, e sulla nostra società, è ancora poco conosciuta, ma i processi che ne sono conseguenti sono ben visibili sulla parte più superficiale della litosfera, la crosta, dove noi viviamo ogni giorno, quali catene montuose, fosse oceaniche, bacini sedimentari, edifici vulcanici e faglie sismicamente attive. Attualmente non abbiamo una comprensione sufficientemente approfondita della dinamica terrestre, delle eterogeneità presenti nei vari domini di crosta e di mantello e della loro influenza sul ciclo geochimico degli elementi.

L’area Mediterranea rappresenta un caso di studio straordinario per comprendere molti dei processi a scala globale: lo sviluppo di almeno 3 grandi cicli orogenetici in meno di 500 milioni di anni permette straordinarie caratterizzazioni della composizione, della evoluzione tettono-magmatica e metamorfica della crosta continentale dall’Ordoviciano all’attuale. In particolare, sono presenti lungo le varie catene orogeniche affioramenti di mantello sotto-continentale, i quali consentono di definire le modalità di accrezione del mantello astenosferico alla litosfera, la composizione delle sorgenti dei fusi, e le modalità di riciclo di materiale di crosta continentale a livelli mantellici. Materiale crostale (sia di derivazione oceanica che continentale) è presente nei fusi mantellici post-collisionali dal Carbonifero al Quaternario dalla Spagna alla Turchia. La possibilità di studiare l’evoluzione delle sorgenti mantelliche e dei fusi, attraverso un arco di tempo considerevole, consente di produrre vincoli straordinari sulle componenti crostali riciclate, sui livelli mantellici in cui esse vengono incorporate, e sulle modalità di rilascio nel tempo, permettendo di formulare modelli sempre più robusti sulle interazioni astenosfera, litosfera e crosta, e in particolare sui cicli geochimici degli elementi ed isotopi. Tale magmatismo è inoltre origine di tutti i depositi principali di elementi strategici nel continente europeo.

Il bacino del Mediterraneo, per la sua evoluzione geodinamica è passato dall’essere un bacino aperto all’Oceano Indo-Pacifico e all’Atlantico, ad un bacino semi-chiuso, in connessione con il solo Oceano Atlantico attraverso il piccolo Stretto di Gibilterra, con significativi episodi di completo isolamento. Oggi il Mediterraneo è un’area estremamente eterogenea dal punto di vista litologico e un hotspot di geo-biodiversità; inoltre, è particolarmente sensibile alle conseguenze del surriscaldamento globale ed è un’area estremamente esposto a tutti i rischi tipici delle aree tettonicamente attive, considerato anche che sulle coste del Mediterraneo fioriscono città densamente popolate ed economicamente importanti, oltre ad impianti industriali e infrastrutture di comunicazione. Quindi, per affrontare le sfide ambientali che il futuro ci riserva, la comprensione dei processi geodinamici di lungo periodo che hanno determinato l’evoluzione del Mediterraneo e l’identificazione dei processi attivi che tuttora lo influenzano è fondamentale al fine di implementare modelli predittivi e di resilienza della società.

Obiettivi generali:

• Obiettivo generale è proporre attività di ricerca discovery-driven e solution-driven per cercare di comprendere meglio i processi e i parametri geologici, chimici e fisici che governano la dinamica terrestre di superficie e profonda, i loro cicli e la loro scala temporale. In questo ambito, intendiamo in particolare focalizzarci sugli scambi di energia e materia tra i vari domini terrestri e la superficie, per comprendere il ruolo source o sink che l’interno della Terra esercita rispetto agli elementi fondamentali per l’Uomo, la Vita e l’evoluzione climatica.
• Coordinare le attività di ricerca in ambito geodinamico latu sensu, aggregando discipline e metodologie complementari, anche allo scopo di proporre proposte progettuali in collaborazione con gli altri gruppi di lavoro istituiti dal DSTTA, utilizzando al meglio le attività, le risorse strumentali ed analitiche patrimonio del DSTTA (e.g. Sondaggi profondi tipo IODP e ICDP, Nave Gaia Blu, Laboratori, etc.)

Obiettivi specifici:

Alcuni potenziali obiettivi specifici, da sviluppare in temi di ricerca e coniugare in progetti, anche nell’ambito di temi più vasti, in collaborazione con gli altri gruppi di lavoro sono i seguenti:

1. Interazioni Geosfera–Idrosfera–Atmosfera: Tempi, dinamica e modalità degli scambi di materia ed energia

Sfide:

• Quali sono i processi e i parametri geologici, chimici e fisici che governano la dinamica terrestre superficiale e profonda?
• Quali sono le scale temporali (i periodi) dei vari cicli e dei vari processi geologici?
• Quali sono gli scambi netti di energia e materia tra i vari domini interni terrestri e la superficie?
• L’interno della Terra è source o sink degli elementi fondamentali (es. i volatili) per l’Uomo, la Vita, il Clima?
• I modelli dinamici del pianeta terra possono costituire un analogo di riferimento per lo studio della dinamica degli altri sistemi planetari?
• Declinazioni possibili:
• Flussi di materia ed energia tra atmosfera, idrosfera, biosfera, crosta, mantello (e nucleo)
• (Ri)ciclo profondo di volatili, e i suoi effetti su biosfera, idrosfera e atmosfera
• Effetti della dinamica profonda sull’evoluzione dinamica della crosta e dei bacini sedimentari
• Processi deformativi e di fratturazione della crosta terrestre dalla scala microscopica alla scala macroscopica
• Formazione ed evoluzione della litosfera oceanica, evoluzione oceanografica
• Evoluzione margini convergenti-collisionali e studio dei complessi ofiolitici
• Relazioni tra tettonica attiva, sismicità e vulcanismo
• Processi geologici a lungo termine: subduzione e formazione dei continenti, dorsali medio-oceaniche e formazione degli oceani, faglie trasformi
• Effetti della dinamica profonda sull’evoluzione (paleo)ambientale e (paleo)climatica
• Tempi, tassi e ciclicità dei processi superficiali, crostali e mantellici
• Relazioni tra geodinamica e georisorse
• Processi geologici fonti di inquinanti geogenici
• Geocronologia e proxies geologici per il deep e ultra-time
• Forzanti geologiche nell’evoluzione della Vita (e.g. sviluppo degli ominidi)
• Relazioni tra dinamica endogena e possibili nicchie biologiche negli Esopianeti
• Formazione del Pianeta Terra e sua evoluzione geologica comparata con gli altri sistemi planetari
• Evoluzione topografica 4-D: sollevamento, subsidenza, variazioni eustatiche
• Predicting the unpredictable: previsione eventi catastrofici

2. Evoluzione geodinamica dell’area Mediterranea

Sfide:

L’Areale Mediterraneo è di importanza vitale per l’Europa e l’Italia, con peculiarità straordinariamente eterogenee dal punto di vista geologico, ambientale e climatico. L’evoluzione geodinamica conseguente all’interazione dei margini continentali europeo ed adriatico del Mediterraneo lo ha reso, sin dall’inizio del Cenozoico, un ambiente in continuo mutamento, contraddistinto da tettonica intensamente attiva e quindi foriero di rischi geologici. La sfida della convivenza con tali rischi richiede, da parte dell’Uomo, una dettagliata conoscenza della struttura geologica e dei processi attivi, per l’implementazione di adeguati modelli predittivi e di resilienza.

Il Mediterraneo è cruciale per l’elaborazione e verifica delle teorie di tettonica globale, in quanto i concetti della Tettonica delle Placche possono trovare qui, in alcuni settori della regione, una rappresentazione (declinazione) spuria. Ciò è dovuto alla sovrapposizione, in tempi geologici brevi ed in areali relativamente ristretti, di contesti geodinamici diversi, caratterizzati da forze tettoniche contrastanti ed interferenza tra tendenze evolutive diverse.

Per tutto questo, il Mediterraneo è il laboratorio naturale per lo sviluppo di moltissime delle nostre attività di ricerca. Infatti, si presta bene a studi multidisciplinari e interistituzionali che possono coinvolgere tutti gli istituti del DSSTTA e una vastissima comunità scientifica con cui già ci sono collaborazioni in atto.

3. Il riciclo profondo degli elementi, gli effetti sulla concentrazione in superficie di materie prime critiche e sull’evoluzione climatico/ambientale.

Sfide:

Quale utilità può avere e come deve evolversi il patrimonio conoscitivo e tecnologico delle geoscienze nel passaggio dall’economia “fossile” a quella “green”?

Studiare i cicli tettonici, magmatici, idrotermali, sedimentari e metamorfici responsabili del trasferimento di materia ed energia dall’interno della Terra alla superficie per ampliare le conoscenze sui processi fondamentali di evoluzione planetaria, quali la differenziazione, la formazione di eterogeneità, gli effetti superficiali della dinamica endogena, comprendendo e modellizzando in dettaglio i processi che hanno ricadute immediate su alcune criticità attuali.

Declinazioni possibili:

• Trasferimento e arricchimento di materie prime critiche (Li, REE, PGE, Nb, Ta, Ge, H ed He)
• Concentrazione in superficie ed eventuale trasferimento da geosfera a idrosfera e atmosfera di gas serra (i.e., CH4 e CO2)
• Conservazione, recupero e riuso del patrimonio dei dati e delle conoscenze prodotte dalle geoscienze e delle relative infrastrutture per la transizione ecologica
• Forzanti e processi geodinamici e loro relazione con le forzanti climatiche
• Rete Scientifica:

C’è già una ampia rete scientifica attiva, con diversi progetti attivi di varia natura, che coinvolge in primis ricercatori di IGG, IGAG, ISMAR, IMAA, IREA in collaborazione con colleghi di altri EPR e di molte università italiane e internazionali, spesso associati al CNR.

Allargamento del Gruppo di Lavoro:

Si prevede il progressivo inserimento nel gruppo di lavoro di colleghe/i di altri Dipartimenti dele CNR, Università e altri EPR, come avviene nella maggior parte degli altri GdL di dipartimento.