Linee di ricerca

Monitoraggio ambientale e geologico e valutazione dei rischi in ambito terrestre e marino

La conoscenza delle caratteristiche fisiche, chimiche, biologiche e geologiche dell'ambiente e del territorio, sia naturale che sottoposto ad alterazioni di origine antropica, è il punto di partenza fondamentale per qualunque tipo di attività volta alla gestione, alla conservazione e al recupero dei sistemi ambientali e delle risorse naturali nonché alla protezione dell’uomo e delle sue attività. Si tratta quindi di una attività trasversale ai vari cluster.

In particolare, rappresenta la base conoscitiva essenziale per la valutazione, la previsione, la prevenzione e la mitigazione dei rischi ambientali e geologici. Questa tematica strategica e multidisciplinare, sia pure con diverse modalità e metodologie, ha sempre rappresentato uno dei principali filoni di ricerca di entrambe le sezioni del Dipartimento.

Le principali linee di ricerca di queste complesse tematiche, sviluppate anche in relazione alle esigenze delle normative Europee (quali Direttiva Quadro sulle Acque, Direttiva Habitat, REACH, ecc.) possono essere sintetizzate come segue.

  1. Monitoraggio ambientale
  • Sviluppo di tecniche di telerilevamento per lo studio e la modellizzazione di processi ambientali in sistemi naturali e semi-naturali a scala locale, regionale e globale.
  • Monitoraggio delle caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche dei diversi comparti  degli ecosistemi acquatici e terrestri.
  • Monitoraggio e classificazione di habitat e paesaggi
  • Realizzazione di banche dati ambientali territoriali utilizzando metodi e strumenti della geomatica a supporto delle problematiche Geologico Ambientali.
  • Monitoraggio acustico  in ambito urbano e extraurbano.

 

  1. Rischi ambientali
  • Sviluppo applicazione e validazione di modelli per la previsione della distribuzione e destino ambientale di contaminanti, naturali e xenobiotici,  nei diversi comparti ambientali (acque superficiali e sotterranee, aria suolo, sedimenti, biomassa).
  • Studio in vivo, in vitro e in silico degli effetti e dei meccanismi d’azione, sull’uomo e sull’ambiente, di contaminanti ambientali tradizionali e emergenti, inclusi nanomateriali.
  • Valutazione degli effetti di fattori multipli di stress (chimici, fisici, biologici, climatici, ecc.) per l’uomo e per l’ambiente a diversi livelli gerarchici di organizzazione bio-ecologica (dalla cellula al paesaggio).
  • Stima, caratterizzazione e mappatura del rischio per l’uomo e per l’ambiente e delle alterazioni degli ecosistemi acquatici e terrestri a diversi livelli di scala (locale, regionale, globale).
  • Valutazione d’Impatto Ambientale e Valutazione Ambientale Strategica.

 

  1. Rischi geologici
  • Genesi ed evoluzione delle forme del rilievo sommerso e valutazione dei rischi geologici in ambiente marino.
  • Paleosismologia, pericolosità sismica e vulcanica.
  • Previsione di instabilità di versante, sviluppo di modelli evolutivi e criteri di allertamento.
  • Valutazione dei rischi di degrado (erosione, acidificazione, salinizzazione, contaminazione) dei suoli.
  • Valutazione di pericolosità, rischio e multi-rischio di fenomeni naturali, dell’efficienza di interventi di mitigazione e degli impatti geomorfologico-ecologici di opere idrauliche.
  • Caratterizzazione dell’attività sismica preistorica, e valutazione delle zone di debolezza sui vulcani attivi.

 

Sostenibilità delle attività antropiche nei diversi ecosistemi
sostenibilità

È ormai ampiamente riconosciuta la necessità di passare da una crescita basata sulle “risorse illimitate” a uno “sviluppo sostenibile”, che fa fronte alle necessità del presente, senza compromettere la capacità delle future generazioni di soddisfare le proprie esigenze.

In questo ambito, presso il DISAT vengono effettuate sia ricerche di base sia messa a punto di processi a basso impatto ambientale per la preparazione di prodotti a partire da fonti rinnovabili; vengono studiati i cicli produttivi con l’obiettivo di effettuare interventi mirati, volti alla prevenzione della formazione di sottoprodotti potenzialmente dannosi, inoltre, vengono sviluppati interventi di riqualificazione e recupero. In particolare, le tematiche di ricerca di frontiera sono:

 

Eco-innovazione di processi e prodotti

  • Punto di deliquescenza e cristallizzazione del particolato atmosferico;
  • Studio modellistico di processi di adsorbimento e reattività di composti organici su particolato atmosferico;
  • Processi di formazione di particolato atmosferico secondario e primario, studi in smog-chamber;
  • Interazione del particolato atmosferico e piante allergiche;
  • Produzione di biocarburanti e materiali biodegradabili e innovativi a partire da fonti lignocellulosiche.
  • Studio computazionale di proprietà spettrofotofisiche di complessi metallo-organici di ioni lantanidi come concentratori solari luminescenti;
  • Composti metallorganici con nuove proprietà elettroniche;
  • Studio teorico di sistemi enzimatici coinvolti nella trasformazione di piccole molecole di rilevanza ambientale;
  • Sviluppo di catalizzatori innovativi mediante studi modellistici e su scala di laboratorio;
  • Prevenzione, misura e mitigazione degli impatti sull’ambiente dei processi termici: studio dei meccanismi di formazione e distruzione di microinquinanti organoclorurati;
  • Processi di recupero di materia ed energia da sottoprodotti o rifiuti;
  • Valutazione dell’impatto ambientale dell’intero ciclo di vita di un prodotto secondo l’approccio del Lyfe Cycle Thinking.

 

Ambienti degradati e/o contaminati

  • Riqualificazione ambientale;
  • Phytoremediation;
  • Processi di depurazione delle acque reflue e definizione dei deflussi minimi vitali nei corsi d’acqua;
  • Caratterizzazione e studio di minerali potenzialmente utili come trappole per radionuclidi e di minerali secondari che si possono formare nel confinamento di scorie nucleari;
  • Studi per la valutazione e la riduzione dell’inquinamento acustico.
  • Sviluppo di metodologie di biorisanamento per il trattamento di siti contaminati e la valutazione dei processi biologici in ambienti contaminati
  • Studio delle comunità microbiche in ambienti, contaminati e non, e definizione dei processi che ne determinano la struttura.

 

Sistemi agricoli e forestali

  • Energia rinnovabile da biomassa;
  • Ottimizzazione della filiera legno.

 

Cambiamenti climatici in ambiente terrestre e marino

Sin dall’istituzione del DISAT e del DGS&G i cambiamenti climatici sono stati uno dei temi di riferimento dell’Ateneo e dei, allora 2, Dipartimenti. A partire dal CryoLab nel lontano 1992, dove vennero sviluppate le tematiche paleoclimatiche polari, le attività si sono ampliate andando a coprire una parte significativa degli aspetti scientifici legati ai cambiamenti climatici. Oggi con il nuovo Centro interdipartimentale sui Cambiamenti Climatici, l’EuroCold Lab (European Cold Lab Facilities), il Centro Polaris (Polveri In Ambiente e rischio sulla Salute) ed il Centro CUDAM (Centro Universitario per le Datazioni di Milano-Bicocca), nel nuovo DISAT (Dipartimento di Scienze dell’Ambiente e del Territorio e di Scienze della Terra) si arriva a coprire aspetti multidisciplinari della comprensione, monitoraggio, valutazione e gestione dei Cambiamenti Climatici. Questa tematica di ricerca si occupa in effetti, di analizzare le componenti e le reciproche relazione del sistema climatico: atmosfera, idrosfera, criosfera, biosfera, antroposfera. In particolare:

  • ricostruzioni paleoclimatiche su diverse scale temporali e in diversi ambiti:
  1. evoluzione climatica in aree polari e delle medie latitudini da dati criosferici,
  2. cineriti patagoniche-antartiche e paleo-circolazione atmosferica
  3. registrazione del cambiamento climatico in corso e nel recente passato negli organismi bentonici e planctonici , anche attraverso proxies biogeochimici, nei sedimenti e nelle rocce sedimentarie del passato.
  4. variazioni climatiche ed oceanografiche tramite proxy biogenici (nannofossili calcarei, diatomee, silicoflagellati, foraminiferi planctonici) e transfer function;
  • effetti sulle dinamiche ambientali prodotti da cambiamenti climatici e attività umane:
  1. impatto della degradazione del permafrost e del ritiro dei ghiacciai sulla produzione e il trasporto di sedimento in bacini montani,
  2. impatto dei cambiamenti climatici sulla biodiversità (distribuzione e morfologia delle specie),
  3. effetto dei cambiamenti climatici sulla vegetazione,
  4. instabilità prodotta dalle variazioni del livello del mare,
  5. valutazione della risposta dei produttori di carbonati biogenici all' "acidificazione marina";
  6. cambiamenti climatici, principali modi di circolazione atmosferica e processi di mescolamento profondo dei laghi e cicli fito- e zooplanctonici, interazioni e sinergie tra cambiamento climatico e altri stressori ambientali sulla composizione, abbondanza e fenologia delle comunità algali  e zooplanctoniche (con focus sui cianobatteri).
  • modelli previsionali delle alterazioni bio-ecologiche, chimiche e fisiche prodotte nelle differenti matrici ambientali:
  1. evoluzione degli areali e dei cambiamenti di nicchia ecologica di alcuni taxa animali quali proxy per comprendere l’evoluzione della biodiversità e delle funzionalità ecosistemiche (distribuzione e morfologia delle specie),
  2. analisi degli scenari futuri, con particolare riferimento alle specie invasive,
  3. eventi climatici estremi;
  • processi che influenzano la dinamica del clima :
  1. interazioni tra le diverse componenti del sistema climatico,
  2. modellistica climatica a diversi gradi di complessità;
  • inventario del carbonio:
  1. emissioni di gas a effetto serra dai suoli di vari ambienti, naturali e antropizzati, con verifica delle relazioni fra entità delle emissioni e modalità di gestione del suolo,
  2. accumulo di C nel suolo e bilancio della sostanza organica (suolo e oceani come accumulatori-emettitori di CO2),
  3. processi petrologici e dinamiche all'interno della Terra e loro impatto sui flussi di carbonio (litosfera subdotta al mantello ed meccanismi di degassamento profondo);
  • educazione ambientale compresi i meccanismi di formazione dei futuri docenti, amministratori e decision makers sui cambiamenti climatici.

 

Gestione delle risorse naturali terrestri e marine
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Le risorse naturali del nostro pianeta, se opportunamente valorizzate, utilizzate e trasformate, sono in grado di dare un contributo significativo alla valorizzazione ambientale e all'evoluzione del sistema socio-economico, venendo dunque ad assumere un'importanza strategica. La gestione di queste risorse deve essere quindi orientata a conciliare la dimensione ambientale e territoriale con quella antropica. Le linee di ricerca sviluppate nel DISAT in questo ambito sono numerose, rivolte sia allo studio di risorse rinnovabili che non rinnovabili, con un approccio multidisciplinare tra ecologia, biologia, chimica, geologia e fisica che caratterizza il nostro dipartimento fin dalla sua costituzione.

RISORSE IDRICHE SUPERFICIALI E SOTTERRANEE - Le risorse idriche rappresentano un settore strategico per l’intera comunità e, nell’ambito della multidisciplinarità del nostro dipartimento, vengono analizzate nello spettro più ampio possibile. In particolare gli aspetti sviluppati sono:

  • la valutazione della qualità degli ambienti lentici (laghi, paludi stagni) e lotici (ruscelli, torrenti, fiumi), e recupero della loro naturalità e funzionalità; lo studio, valorizzazione e potenziamento della biodiversità strutturale e funzionale degli ecosistemi acquatici;
  • la pianificazione dell’uso sostenibile della risorsa idrica a livello di bacino con valutazione degli effetti di pressioni multiple sugli ambienti fluviali e identificazione di strategie e interventi per minimizzarne gli impatti;
  • lo studio e la modellazione dei sistemi idrogeologici, in terreni porosi, per la caratterizzazione qualitativa e quantitativa delle risorse idriche sotterranee e loro relazione con le acque superficiali: valutazione della percolazione di nitrati e pesticidi in falda attraverso la zona non satura; flusso e trasporto, anche reattivo, delle contaminazioni naturali ed antropiche negli acquiferi superficiali e profondi;
  • lo studio delle acque sotterranee in acquiferi fessurati e carsici tramite analisi con traccianti fluorescenti, monitoraggio in pozzo dei flussi verticali e indagini idro-geofisiche; la modellazione di flusso acque sotterranee per problemi di stabilità dei versanti, la gestione e contaminazione delle risorse idriche;
  • lo studio di problematiche idrogeologiche in paesi in via di sviluppo nel contesto della cooperazione internazionale, in collaborazione con Organizzazioni Non Governative;
  • l’ideazione, sviluppo e implementazione di banche dati idrogeologiche per ricostruzioni tridimensionali delle caratteristiche degli acquiferi.

 

BIODIVERSITA’ VEGETALE E ANIMALE - Linea di ricerca molto articolata all’interno del dipartimento, rivolta anche all’educazione ambientale e alla divulgazione scientifica, si declina in:

Ambiente terrestre

  • studio, monitoraggio, conservazione, recupero e protezione della biodiversità animale e vegetale e dei servizi ecosistemici;
  • identificazione di modelli di gestione ambientale e territoriale sostenibili per la conservazione della biodiversità e dei servizi ecosistemici e analisi degli impatti antropici sulla biodiversità;
  • conservazione del suolo, gestione e pianificazione del territorio e del paesaggio.

 

Ambiente marino

  • biodiversità e conservazione degli organismi biocostruttori marini;
  • mappatura, caratterizzazione e modellizzazione della distribuzione di habitat bentonici a diverse scale spaziali;
  • valutazioni d’impatto delle pressioni antropiche e dell'evoluzione dell'ambiente bentonico in epoca storica.

 

IDROCARBURI - Le attività scientifiche nel settore della ricerca di idrocarburi possono essere riassunte in due linee:

  • sviluppo di metodi per l’individuazione di tipologie non convenzionali di reservoir, come lo studio delle associazioni di minerali pesanti coadiuvato da tecnologie innovative (e.g., Raman, QEMSCAN) per l’ analisi di provenienza e la correlazione in assenza di marker biostratifici, in collaborazione con Centri di Eccellenza europei;
  • studio della genesi, composizione e struttura di rocce organogene come potenziali reservoirs.

 

ESTRAZIONE DI MATERIALI E GEOSITI - La ricerca svolta in dipartimento si articola: 

  • nella ricerca e caratterizzazione chimica, petrografica, mineralogica e tecnica di minerali metallici, rocce e minerali industriali e rocce ornamentali;
  • nello studio delle problematiche ambientali legate all’estrazione e lavorazione di materie prime minerarie.

 

ENERGIA - Il DISAT ha una convenzione quadro per collaborazione scientifica e di supporto alla didattica con RSE s.p.a. (Ricerca sul Sistema Elettrico), per fornire agli studenti una competenza qualificata sugli aspetti energetici, economici, ambientali che interessano la conversione dell’energia primaria in energia elettrica, il trasporto e la distribuzione, e gli usi finali della stessa.

 

 

Tettonica e processi erosivi e sedimentari
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L’ oggetto della ricerca sono i processi tettonici ed erosivi che determinano l'evoluzione della superficie terrestre e la quantificazione dei flussi di sedimento che ne derivano considerando un'ampia gamma di scale spaziali e temporali.

I processi naturali di produzione e trasporto dei sedimenti sono stati modificati in modo spesso radicale nell'ultimo secolo a causa dell'aumento esponenziale della popolazione e delle attività umane. La costruzione di grandi dighe per usi energetici, industriali o agricoli, e lo sfruttamento intensivo del territorio hanno frammentato la quasi totalità dei grandi sistemi fluviali, riducendo fino a zero l'originario apporto di acqua e di sedimenti alle foci (per es. Nilo, Giordano, Indo). Questo sta determinando una serie di gravi problemi ambientali, dal rapido interrimento di canali e serbatoi, all'erosione accelerata dei delta, all'inquinamento delle aree costiere. Solo una conoscenza profonda dei sistemi naturali, dei loro equilibri e della loro vulnerabilità può consentire di ottimizzare l'uso del territorio e la preservazione delle risorse naturali lungo ogni singolo bacino idrografico, che rappresenta un’unica unità fisiografica integrata dalle aree montuose a quelle costiere.

I punti qualificanti della nostra ricerca sono:

  • La caratterizzazione tessiturale, petrografica, mineralogica, geochimica e geocronologica delle diverse frazioni granulometriche dei sedimenti, con lo scopo di comprendere e ricostruire in modo quantitativo le dinamiche erosive nelle aree sorgenti e di accumulo nei bacini sedimentari, in risposta soprattutto al regime tettonico, alle variazioni climatiche, e alle attività umane.
  • Lo studio multidisciplinare delle successioni stratigrafiche, che registrano le diverse fasi dell’evoluzione ed esumazione orogenica e preservano informazioni sui livelli strutturali ormai erosi non desumibili dall'analisi delle rocce affioranti.
  • Lo studio dei rapporti tra processi tettonici e lo sviluppo dei bacini sedimentari e sul ruolo giocato dal controllo delle strutture tettoniche sin-sedimentarie sulla struttura delle catene.
  • La quantificazione dei flussi di sedimento attuali dovuti a movimenti in massa e al trasporto fluviale in relazione a condizionamenti litologici e Quaternari, unitamente alle forzanti climatiche ed antropogeniche attuali.

 

Gruppo di Sedimentologia

Tematiche di ricerca:

Le ricerche hanno come filo conduttore lo studio quantitativo della composizione dei sedimenti come chiave di comprensione dei fenomeni geologici a grande scala. Il nostro obiettivo primario è ricostruire in modo quantitativo le dinamiche erosive nelle aree sorgenti e di accumulo nei bacini sedimentari, in risposta soprattutto al regime tettonico, alle variazioni climatiche, e alle attività umane. Dopo avere utilizzato soprattutto metodologie classiche (petrografia in sezione sottile, analisi dei minerali pesanti), nel corso del tempo abbiamo aggiunto sempre nuove tecniche innovative per lo studio dei sedimenti, tra cui le analisi diffrattometriche, chimiche, geocronologiche, isotopiche (Sr, Nd), e soprattutto la spettroscopia Raman.

 

Gruppo di Geomorfologia

Tematiche di ricerca:

  • Quantificazione dei flussi di sedimento attuali dovuti frane e colate detritiche in relazione a condizionamenti litologici e Quaternari (British Columbia e Trentino Alto-Adige)
  • Delineazione di domini geomorfologici e connettività idro-geomorfologica in bacini montani glacializzati (Trentino Alto-Adige e British Columbia)
  • Impatto dello sfruttamento forestale sulla produzione e il trasporto di sedimento (British Columbia)
  • Evoluzione Quaternaria del paesaggio montano tramite l'utilizzo di nuclidi cosmogenici (British Columbia e Alto Adige)

 

Caratterizzazione dei geomateriali e modellizzazione dei processi geologici

Questa tematica di ricerca integra diverse competenze nello studio del comportamento meccanico e dei processi deformativi dei geomateriali a diversa scala spaziale (dalla microscala, alle frane, fino alle catene montuose) e temporale (da quella dei processi catastrofici – terremoti – a quella tipica della tettonica regionale). I geomateriali devono le loro proprietà alla sequenza di processi geologici che ne hanno caratterizzato la formazione ed evoluzione. Allo stesso tempo, comprendere e caratterizzare il comportamento e le proprietà meccaniche e idrauliche dei geomateriali è fondamentale per modellizzare i processi geologici, tettonici e risolvere diversi problemi applicativi (stabilità dei versanti, scavi in sotterraneo, rischio sismico, idrogeologia, ricerca di idrocarburi). Le attività di ricerca sono quindi rivolte a: (i) caratterizzazione delle proprietà fisiche, meccaniche e idrauliche dei geomateriali; (ii) analisi dei processi che ne controllano l’evoluzione; (iii) modellazione degli aspetti fisici (ed in particolare meccanici) di problemi di interesse tettonico, geologico, geomorfologico e geologico-applicativo. Le tematiche trattate includono:

  • caratterizzazione microstrutturale e tessiturale di rocce deformate a scale da micro- a millimetrica, tramite microscopia ottica ed elettronica (SEM), analisi d’immagine, microtomografia a raggi X, porosimetria, analisi di superfici di frattura con tecniche di tribologia;
  • caratterizzazione meccanica di terreni e rocce deboli in laboratorio e in sito, sviluppo di tecniche ed apparecchiature innovative per la modellazione costitutiva e le interazioni materiali/strutture;
  • caratterizzazione fisica, meccanica e idraulica di rocce isotrope e anisotrope tramite tecniche sperimentali in laboratorio, in condizioni variabili da quelle più superficiali (es. frane) a quelle tipiche della zona sismogenetica (ca. 10 km);
  • modellizzazione microfisica delle proprietà reologiche a partire da proprietà strutturali, microstrutturali e del reticolo cristallino; modellazione costitutiva di fenomeni di degradazione chimico-fisica di rocce tenere;
  • caratterizzazione geometrica, geomeccanica ed idraulica di ammassi rocciosi tramite tecniche geologiche/geofisiche di terreno e approcci basati su analisi di Digital Outcrop Models da rilievo remoto (es. TLS, fotogrammetria); modellazione di reti discrete di fratture (DFN), con particolare riferimento a: architettura idraulica di zone di faglia sismogenetiche, stabilità dei versanti,  circolazione di fluidi idrotermali (es. giacimenti auriferi) e idrocarburi;
  • cartografia e modellazione geologica 3D e geomeccanica di unità tettoniche e strutture geologiche basate su tecniche di rilievo tradizionali, remote sensing e integrazione in ambienti GIS, per studi di geologia e tettonica regionale, tettonofisica e paleostress, sismogenesi, ricostruzione di sezioni bilanciate e relative applicazioni anche industriali (es. idrocarburi);
  • modellazione di processi geodinamici: ad es. effetti dell’anisotropia meccanica sulla meccanica dei margini continentali e sulla sismogenesi;
  • modellazione numerica del comportamento idro-chemo-meccanico di terreni e rocce per analisi di: meccanismi di deformazione, rottura, viscosità e collasso catastrofico di frane a diversa scala spaziale e temporale; meccanismi di deformazione ed evoluzione di zone di faglia sismogenetiche; interazione tra opere di ingegneria e ambiente geologico; ricerca e sfruttamento di fluidi e minerali strategici e industriali; utilizzo del sottosuolo per lo stoccaggio di fluidi e gas (es. CO2) e analisi dei rischi connessi.

La ricerca ricade nelle tematiche Horizon 2020 in particolare per quanto riguarda le azioni per le materie prime e quelle per una società sicura e la prevenzione delle catastrofi naturali.

 

Tematiche delle ricerche e obiettivi:

Caratterizzazione di materiali e strutture geologiche, modellazione costitutiva dei meccanismi di deformazione e rottura e dei fenomeni di degradazione chimico-fisica e interazione fluido-roccia.

Obiettivi: fornire contributi nel campo della caratterizzazione e modellizzazione fisico-meccanica dei geomateriali a diversa scala spaziale, con riferimento a: (i) problemi geologico-applicativi, geomorfologici ed ingegneristici (es. stabilità dei versanti, miniere e scavi in sotterraneo, grandi opere di ingegneria), (ii) faglie sismogenetiche e faglie “deboli”, (iii) circolazione di magmi, (iv) circolazione di geofluidi (idrotermali, idrocarburi, acqua, CO2), (v) reologia di zone di taglio nella crosta inferiore.

 

Modellazione geologica 3D incluse applicazioni di cartografia geologica, remote sensing (satellitare, fotogrammetria, TLS, ecc.).

Obiettivi: sviluppare tecniche innovative di caratterizzazione e modellizzazione geologica quantitativa, in particolare a partire da dati di terreno (Digital Outcrop Models), anche con applicazioni alle risorse naturali.

 

Ricostruzione dell’evoluzione deformativa di aree soggette a sforzi tettonici e magmatici tramite dati di terreno, numerici e modelli fisici

Obiettivi: Le ricerche sono finalizzate a individuare la geometria delle strutture tettoniche e vulcano-tettoniche, e a quantificare lo stato di sforzo degli ammassi rocciosi di aree a dinamica recente o attiva, soprattutto di ambiente di rift, tramite cartografia geologico-strutturale di terreno e dati di remote sensing integrati in ambiente GIS. Parte del lavoro comprende anche la modellizzazione numerica delle interazioni stress tettonici – stress camere magmatiche, e dei fenomeni di collasso laterale dei vulcani.

 

In questi ambite di ricerca si individuano delle sinergie con i cluster che si occupano rispettivamente di “monitoraggio e valutazione dei rischi ambientali e geologici”, “gestione delle risorse naturali”, e “geodinamica e petrogenesi dei processi subduttivi”.

Geodinamica e petrogenesi dei processi subduttivi
subduzione

I processi subduttivi giocano un ruolo di primo ordine nella dinamica terrestre. La discesa della litosfera fredda, accompagnata da sismicità e magmatismo di arco, modifica profondamente la struttura termica e chimica del mantello terrestre. La caratterizzazione geodinamica e petrologica dei processi subduttivi profondi richiede quindi un approccio multidisciplinare che permetta l’osservazione e l’analisi dei sistemi naturali a diversa scala.

Gli studi a scala regionale si concentreranno sulla ricostruzione della storia deformativa, dei percorsi P-T-t e dei meccanismi di esumazione dei complessi rocciosi subdotti, e della geochimica del magmatismo di arco generato durante le fasi di convergenza. Lo studio delle successioni sedimentarie nei bacini associati alle zone di subduzione fornirà importanti vincoli per la  ricostruzione dei processi subduttivi nel tempo e nello spazio. L’analisi geochimica e strutturale alla micro e nanoscala delle rocce metamorfiche e magmatiche, associata alla modellizzazione termodinamica, permetterà di valutare gli effetti della subduzione nel mantello terrestre e di investigare il ciclo profondo delle fasi volatili C-O-H, governato dalle reazioni metamorfiche ad alta pressione di minerali idrati quali il serpentino. Lo studio dei processi di subduzione ed esumazione sarà inoltre applicato agli asbesti naturali presenti in rocce mafiche ed ultramafiche, fornendo i presupposti per una miglior valutazione delle relative ricadute ambientali.

La ricerca ricade nelle tematiche Horizon 2020 - Azione per il clima efficienza delle risorse e materie prime.

Tematiche di ricerca:

GRUPPO A - GEOLOGIA STRUTTURALE – GEODINAMICA

1) Evoluzione delle catene collisionali.

Obiettivi: riconoscimento della deformazione pre-, sin- e post-collisionale a scala continentale e caratterizzazione  degli eventi deformativi e metamorfici attraverso la loro integrazione con datazioni assolute. Integrazione tra dati petrologici e strutturali a scala microcristallina per lo studio di unità ofiolitiche per definirne ambiente di formazione (bacino, retro-arco, intra-arco), età e meccanismi di messa in posto in contesti di prismi di accrezione. Integrazione dei dati strutturali, geochimici, geocronologici in modelli geodinamici finalizzati a ricostruzioni paleogeografiche (Catena Alpina, orogenesi Cimmerica: Pamir, Iran, Karakorum). Sviluppo di progetti cartografici.

2) Ricostruzione dell'evoluzione tettonica delle zone di arco vulcanico e di retro-arco, e analisi delle relazioni con l’attività vulcanica

Obiettivi: Le ricerche si prefiggono di caratterizzare da un punto di vista geometrico, cinematico e cronologico, le principali strutture che caratterizzano le zone di intra-arco e retro-arco di margini convergenti attivi, con particolare riferimento all’evoluzione mio-pliocenica e quaternaria, e di confrontare questi dati con la distribuzione e tipologia degli edifici vulcanici nel tempo. Particolare riguardo viene dato allo studio delle strutture di alimentazione del magma quali dicchi, inclined sheet e sill, in corrispondenza di apparati vulcanici erosi. L’obiettivo finale è di definire le relazioni tra strutture tettoniche e attività magmatica.

 

GRUPPO B: Petrologia, Geochimica, Mineralogia, Georisorse (PGMG)

1) Genesi ed evoluzione del magmatismo orogenico.

Obiettivi: Caratterizzazione petrologica, geochimica e geocronologica del magmatismo orogenico volta a definire i meccanismi di metasomatismo nel mantello indotto dalla subduzione, e relazioni tra geodinamica e magmatismo.

2) Ciclo profondo terrestre degli elementi volatili (C-O-H).

Obiettivi: Modellizzazione dei flussi di elementi volatili dalla litosfera subdotta al mantello sovrastante ed i successivi processi di degassamento profondo.

3) Serpentino: struttura, proprietà ed effetti ambientali.

Obiettivi: Caratterizzazione cristallografica microstrutturale e nanotribologica dei minerali del gruppo del serpentino atta a spiegare la meccanica delle rocce in contesti di subduzione. Valutazione delle ricadute ambientali indotte dalla presenza di asbesti naturali.

 

GRUPPO C – GEODINAMICA E PROCESSI SEDIMENTARI

  1. Studio dei processi sedimentari.

Obiettivi: Lo studio petrografico, mineralogico, geochimico e geocronologico delle successioni sedimentarie deposte in bacini di avampaese, oceanici residuali e di forearc rappresenta uno strumento essenziale per ricostruire l’evoluzione nel tempo e nello spazio di un margine convergente. Esiste infatti uno stretto rapporto di retroazione tra processi tettonici e processi sedimentari in atto presso le zone di subduzione. Volumi di sedimenti trasferiti a distanza dalle sorgenti orogeniche alle fosse oceaniche ne condizionano la dinamica di accrezione, i meccanismi deformativi e lo sviluppo della topografia.

2)  Vincoli cinematici per le ricostruzioni geodinamiche.

Obiettivi: I vincoli cinematici desunti dall’analisi dei livelli più superficiali delle zone di subduzione, sul terreno e in laboratorio, rappresentano un fondamentale contributo per le ricostruzioni geodinamiche e una chiave interpretativa per le indagini geofisiche di crosta  profonda e mantello. Lo studio integrato delle zone di subduzione a diversi livelli strutturali permetterà di indagare fenomeni ampiamente dibattuti, come l’esumazione di rocce di pressione (ultra)alta e il magmatismo in orogeni di tipo alpino.