Uno dei più importanti contributi di questa attività pluri-decennale sono le conoscenze a profondità maggiori degli 8-10 km raggiungibili con i metodi della prospezione geofisica industriale. Queste conoscenze sono basate sulla sismica attiva, e servono nel contempo da taratura degli altri metodi geofisici, geologici, petrografici, ecc. con cui può essere studiato in profondità l’interno della Terra.

Ricordiamo che fin dal 1958 l’Italia aveva promosso (Convegno di Verona) la costituzione di una Commissione Sismologica Europea (C.S.E.), che da allora ha progressivamente incluso tutti i Paesi d’Europa ed è oggi parte integrante dell’International Association of Seismicity and Physics of the Earth Interior (IASPEI). L’attività principale è stata dall’inizio la realizzazione di Grandi Profili Sismici (Deep Seismic Sounding = DSS), che per il grande impegno di mezzi e di uomini sono stati in collaborazione internazionale: nei primi anni sulle Alpi (a partire dal Lac Rond de Rochilles, sulle Alpi occidentali) con scoppi (di tonnellate di TNT) in laghi, poi in pozzi profondi, infine in mare.

L’OGS ha partecipato e guidato tutte le esperienze in collaborazione internazionale in Italia del Sotto–Gruppo Esplosioni dell’Europa di SW, e realizzato anche un programma nazionale (1956-1982), che ha consentito di avere una conoscenza regionale di quasi tutto il territorio nazionale e parte dei mari circostanti (Morelli, 1993). Ai finanziamenti e mezzi iniziali quasi esclusivamente del CNR si sono via via sostituiti quelli del MPI (poi MURST).

I principali risultati si possono così riassumere (dallo studio delle velocità delle onde longitudinali):

a) La base della crosta (8.1 km/s) è normalmente ben definita ovunque. La crosta continentale tipica ha spessore di 30-35 km, e caratterizza in Italia la microplacca adriatica (o promontorio africano). Essa è rigida, fredda e microfratturata dalle azioni dinamiche S-N (come retropaese) con cui l’Africa ha formato le Alpi (~120-60 Ma). Ha agito invece da avampaese per le spinte tettoniche che hanno formato gli Appennini (W-E) e le Dinaridi (E-W).

b) La crosta tirrenica-toscana è ancora continentale, ma assottigliata (20-25 km) per delaminazione dal basso. La parte superiore è caratterizzata da enormi sovrascorrimenti che (da ~32 Ma) hanno riempito la fossa retroarco, con sprofondamenti dietro gli Appennini, distensioni, risalita di fluidi caldi, vulcanesimo.

c) Il contatto fra le due croste è caratterizzato da una sutura meridiana, larga 60-80 km, non continua, dove le azioni mantelliche sono le principali responsabili di terremoti superficiali e profondi.

d) Discontinuità fondamentali nella crosta continentale superiore sono:

- il tetto della serie rigida, molto spesso espresso dalla serie carbonatica, che si ritrova nell’Italia meridionale e centrale a Sud della linea Ancona-Anzio per la massima parte ricoperto dalle potenti coltri di sovrascorrimento di origine tirrenica;

- il tetto del cristallino, la cui profondità scende dagli 8-10 km in Adriatico a 12-14 km verso la costa tirrenica, per risalire a 2-4 km ad ovest della colossale faglia sub-verticale Pontremoli-Anzio o addirittura emerge nell’arcipelago toscano.

La discontinuità di Conrad, che separa la crosta superiore rigida (v < 6.3 km/s) dalla crosta inferiore viscosa (6.5 < v < 7.1 km/s)

Di particolare interesse sono le inversioni di velocità, che possono indicare materiali lubrificanti come sale o evaporiti (in particolare del Trias) capaci di favorire scivolamenti e sovrascorrimenti.

Lo spessore della crosta continentale può raggiungere anche 70 km (per accumulo di materiali sovrascorsi o sopraelevati nella crosta superiore) o la crosta superiore può mancare del tutto rivelando così la crosta oceanica (spessore 6-10 km) come nella finestra del Tirreno.

Le ricadute di questi risultati hanno consentito - con l’interpretazione integrata di tutti i metodi geofisici e geologici - progressi e nuovi orientamenti per le Scienze della Terra Solida, che diventano sempre più cospicui man mano che si rendono disponibili i risultati del Progetto CROsta Profonda (CROP).

Ma i risultati sopraddetti sono anche importanti per la Sismologia, ai fini della determinazione esatta delle coordinate ipocentrali e nelle tecniche tomografiche, dove i modelli di crosta a due strati con velocità costanti, ancor oggi grandemente usati, possono essere sempre meglio sostituiti da modelli più reali.

I risultati dei profili DSS sono stati digitalizzati e reinterpretati dall I.R.R.S.-CNR di Milano, e sono messi a disposizione dei ricercatori italiani con un progetto che l’I.R.R.S. intende completare entro l’anno con la collaborazione del CILEA di Milano. Il sito dei dati DSS è:

http://opus.cilea.it/dss_online

La sismica di prospezione a riflessione (NVR = Near Vertical Reflection) aveva fatto negli ultimi decenni progressi enormi sia in campo tecnologico che interpretativo. Il limite in profondità di circa 10 km per la determinazione delle velocità è stato sorpassato negli anni ’70 per l’iniziativa di un Consorzio di Università americane (COCORP), con un salto tecnologico fondamentale per lo studio della crosta profonda e mantello superiore: stendimenti molto lunghi (anche 20 km), geofoni multipli (anche 100 per traccia), energizzazione ripetuta, registrazione digitale, processing mediante computer con software sempre più avanzati. Risultati: buone riflessioni in generale almeno fino alla base della crosta. Le applicazioni del metodo, estesesi dagli USA a tutti gli Stati (o consorzi di Stati) con tecnologie avanzate, hanno portato quasi ovunque a risultati eclatanti, spesso rivoluzionari. Le perforazioni profonde (Kola, KTB) li hanno confermati, ed hanno rivelato la presenza e la grande importanza dei fluidi in profondità, anche per spiegare certe apparenti discordanze coi risultati NVR.

In Italia, il programma CROP (CROsta Profonda) è stato promosso dal CNR con uno studio di fattibilità (1983-84) in adesione ad una proposta francese (ECORS) per un profilo comune attraverso le Alpi occidentali. Per la scelta fra 4 alternative proposte da un gruppo istruttorio geologico-geofisico italo-francese, nel 1985 è stato realizzato a cavallo dell’area in esame un esperimento di sismica a rifrazione (WA = a grande angolo). I risultati - oltre alla scelta più appropriata del profilo CROP-ECORS - sono stati tali da poter concludere che senza di essi l’interpretazione del profilo sarebbe stata impossibile. Da allora, tutti i profili CROP sono stati accompagnati da sismica WA progettata ad hoc, con risultati insostituibili.

Ciò ha consentito di valorizzare più compiutamente anche i profili sismici a rifrazione profonda del programma DSS. Il programma è stato continuato fino agli anni ’90 dal GNGTS, e ultimato con la completa revisione (digitalizzazione dei primitivi dati DSS analogici, interpretazione integrata computerizzata).

Come esempio di interpretazione integrata completa (geologica e geofisica) degli anni ’80 possiamo menzionare il profilo CROP-03 (da Punta Ala a Gabicce). Esso rivela che :

• la fascia di sutura nell’area in esame è costituita tutta da indentazioni del mantello nella crosta inferiore adriatica, e di questa sulla crosta superiore;
• sovrascorrimenti centrifughi per spinte mantelliche hanno prodotto un ispessimento della crosta inferiore in corrispondenza della Val Tiberina, e di crosta superiore ad Est della stessa valle;
• la profondità del tetto della crosta superiore (cristallino) e le faglie - prevalentemente sub orizzontali - individuate nella serie sedimentaria possono rendere ragione della sismicità superficiale nella zona; quelle profonde della sismicità profonda;
• al margine occidentale del profilo si intravvede (sotto Punta Ala) un residuo di subduzione verso Est di crosta inferiore europea.

La rapida risalita verso ovest della Moho che si intravvede al margine occidentale del profilo CROP-03 trova corrispondenza nella notevole discontinuità nel basamento magnetico della linea Pontremoli-Civitavecchia: dalla profondità di 12-14 km ad est ai 2-4 km ad ovest. Ciò è ben noto anche dalla geologia, che riconosce un alto del granito con il massimo nell’isola del Giglio ed un raggio di circa 130 km attorno ad essa.

Menzione a parte merita un riflettore sismico molto forte (K) individuato nella zona di Larderello: con il profilo CROP-03 si può seguire - anche se discontinuo - il suo sprofondamento verso Est almeno fino al centro del profilo (Val Tiberina). Esso è stato quasi raggiunto a Larderello dal pozzo "San Pompeo 2", che a fondo pozzo (~3.000 m) ha trovato temperature dell’ordine di 400°C e pressioni molto elevate, abbondanza di fluidi mineralizzati o in ambiente permeabile di forte micro-fratturazione. Fra le varie ipotesi per l’orizzonte K, la più probabile è che nell’area geotermica esso rappresenti il tetto di intrusioni granitiche, mentre nelle aree più distanti viene interpretato come la cupola di intrusioni più profonde.

L’orizzonte K è quindi un elemento di primaria importanza per la ricerca sulle forze endogene. Assieme ad altri dati geofisici porta ad ipotizzare nell’area geotermica una crosta assottigliata intrusa da corpi magmatici parzialmente fusi con bassi valori di densità, resistività e velocità di propagazione delle onde P. Questi corpi danno luogo ad anomalie di gradiente e di flusso termico alle quali può essere attribuita la fonte di calore profonda.

In preparazione, il CNR ha in istruzione a cura dell’Istituto Internazionale Ricerche Geotermiche di Pisa, un programma strategico di ricerca pertinente.

E’ così ragionevole sperare che si possa aumentare la produzione di energia elettrica di origine geotermica e in tal modo ridurre drasticamente i costi annui di importazione per l’energia elettrica dagli Stati confinanti (in particolare di produzione nucleare e quella di produzione termonucleare), con un evidente risparmio primario per lo Stato.

Il profilo CROP-04 (Agropoli-Barletta) è ancora in fase di interpretazione, ma l’accurata revisione in corso del processing ha rivelato un pacco di riflettori profondi che, spostandosi verso SW, seguono l’andamento regionale della copertura sovrastante: cioè sprofondano fino al limite della costa tirrenica.

E’ prossima la pubblicazione di un Atlante con tutti i profili CROP originali e le informazioni pertinenti.

Le ricadute economiche più importanti sono quelle che riguardano la Penisola italiana, la cui composizione e struttura erano state finora mascherate dalle enormi (in spessore ed estensione) falde di sovrascorrimento di origine tirrenica scaricate nelle aree geologiche anche più recenti verso NE (nell’Appennino settentrionale), verso Est (in quello centrale) e verso SE e Sud (in quello meridionale e in Sicilia). Queste falde (per la loro origine, costituzione e locazione) hanno mascherato per decenni l’estrapolazione geologica dalla superficie, e la penetrazione delle onde sismiche (impedendo così l’uso efficace di quello che è il mezzo più potente della prospezione geofisica).

Nell’Italia centro-meridionale, scendendo in latitudine il predominio superficiale della placca adriatica si estende sempre più verso ovest, e predominano le serie carbonatiche, anche di notevole spessore. In questo settore le spinte centrifughe per l’attività mantellica tirrenica sono state chiaramente illustrate nella coltre sedimentaria da 15 sezioni trasversali dell’AGIP, basate su profili sismici NVR di dettaglio e numerosi pozzi (Mostardini, Merlini, 1986). In esse si vedono chiaramente i sovrascorrimenti che ricoprono a vari livelli quasi tutta l’area appenninica e che hanno oscurato la sismica a riflessione e impedito l’avanzamento delle conoscenze in profondità. Dopo 20 anni (1970-1990) di ricerche senza esiti con la sismica 2D, è stato possibile ad un gruppo dell’AGIP (La Bella et al., 1996) riconoscere che la cattiva qualità della risposta sismica era principalmente dovuta alle condizioni geologiche superficiali. Le condizioni estremamente variabili della topografia e della litologia superficiali, con forti variazioni nella velocità del sub-aerato indussero ad analizzare con estrema cura tutti gli aspetti operazionali del progetto operativo, ricavando i migliori compromessi tecnico-operazionali.

Il rilievo sperimentale che ne seguì dimostrò che l’uso di una appropriata programmazione consente di affrontare e risolvere problemi molto complessi, e di ottenere con la sismica 3D risultati affidabili anche in aree di montagna.

E’ stato così scoperto in Basilicata il giacimento petrolifero di Val d’Agri, risultato successivamente il più importante attualmente d’Europa. Il potenziale economico di questi ritrovamenti e delle ragionevoli aspettative che essi hanno aperto (assieme ai ritrovamenti recenti di idrocarburi nelle aree marine), potrebbe ridurre gradualmente in tempi relativamente brevi il disavanzo del bilancio energetico del nostro Paese, che per gli idrocarburi nel 1997 è stato di 38.000 miliardi.

In conclusione, le recenti scoperte sulla costituzione della crosta profonda in Italia - rese possibili dall’interpretazione integrata di tutti i metodi geofisici e geologici - hanno aperto nuove prospettive:

- sulle correlazioni fra l’attività sismica e la struttura superficiale e profonda nell’Appennino;

- per l’esplorazione e lo sfruttamento dell’area geotermica toscana;

- per la ricerca di idrocarburi nelle piattaforme carbonatiche dell’Italia centro meridionale.

Hanno anche aperto la via per un contributo della sismica attiva al calcolo della pericolosità sismica. Il calcolo di questa si è infatti spostato negli ultimi anni dall’utilizzo di vaste zone sismogenetiche a strutture tettoniche sempre meglio definite quali sorgenti sismiche. Le conoscenze sismotettoniche sono, però ancora scarse nell’individuazione delle faglie sismogenetiche e relative solo a porzioni limitate del territorio nazionale. Il vantaggio che deriva nel calcolo della pericolosità sismica dall’utilizzo di sorgenti lineari (faglie) al posto di vaste zone sismogenetiche è rilevante e permette di precisare la differente pericolosità anche all’interno della zona, che, altrimenti, rimane pressoché indifferenziata. Nella modellazione deterministica della pericolosità sismica (scenari di scuotimento) la conoscenza precisa della sorgente sismica è addirittura basilare per qualsiasi calcolo. L’associazione dei terremoti alle specifiche faglie risulta, dunque, quanto mai importante per ipotizzare le caratteristiche dei futuri terremoti e procedere, poi, a modellazioni sia probabilistiche che deterministiche dello scuotimento atteso.

La Bella, G., Bertelli, L., Savini, L. (1996): "Monte Alpi 3D, a challenging 3D survey in the Apennine Range, Southern Italy", First Break, 14, 7.

Morelli, C. (1993): "Risultati di 31 anni (1956-1986) di DSS e 7 anni (1986-1992) di CROP in Italia", Atti XII° Convegno GNGTS, Roma CNR, 24/26.11.1993, pp. 3-30.

Mostardini, F., Merlini, S. (1986): "Appennino centro-meridionale: sezioni geologiche e proposta di modello strutturale", AGIP, 73° Congresso della Società Geologica Italiana, Roma.