CERCA
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.
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
Ambienti degradati e/o contaminati
Sistemi agricoli e forestali
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:
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:
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
Ambiente marino
IDROCARBURI - Le attività scientifiche nel settore della ricerca di idrocarburi possono essere riassunte in due linee:
ESTRAZIONE DI MATERIALI E GEOSITI - La ricerca svolta in dipartimento si articola:
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.
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:
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:
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:
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”.
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
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.