La modellizzazione analogica è una tecnica sperimentale che ha come scopo quello di riprodurre e studiare in laboratorio processi geologici attraverso la costruzione di modelli fisici a scala ridotta. I modelli, di dimensioni che variano da alcuni centimetri fino a pochi metri, sono costruiti con opportuni materiali (i più comuni dei quali sono varie tipologie di sabbia e siliconi) in grado di simulare le caratteristiche deformative (reologiche) delle rocce terrestri, e vengono deformati in intervalli di tempo che vanno dai pochi minuti a diverse ore.

Benché tali modelli semplifichino la geometria e la reologia di tale processo, essi rappresentano una replica realistica del prototipo dal punto di vista geometrico e dinamico. Tale tecnica è quindi in grado di riprodurre e studiare processi che in natura si svolgono su scale temporali di milioni di anni e su scale geometriche di varie decine o centinaia di chilometri, fornendo la possibilità di monitorare in continuo processi di cui in natura è possibile osservare solo lo stadio finale (es. la formazione di catene montuose, rift continentali e bacini oceanici). Questo aspetto, oltre alla possibilità di valutare il ruolo dei vari parametri che possono influenzare un certo processo geologico, costituisce il punto di maggior forza di tale metodologia.

Il laboratorio è quindi dotato di vari apparati che sono in grado di simulare le varie tipologie di deformazione impartite dalle forze tangenziali e verticali che agiscono in natura attraverso apparati di deformazione sia in gravita normale (taglio puro e/o semplice) sia in gravità aumentata con l’ausilio di un apparato di centrifuga di grande capacità.

STRUMENTAZIONE

La strumentazione presente nel laboratorio è composta da:

  • Centrifuga di grande capacità PM980R (ALC International), in grado di deformare modelli analogici in campo gravitazionale aumentato.
  • Prototipo di apparato per deformazione per taglio puro e semplice, con possibilità di iniezione di silicone che simula l’intrusione di magma.
  • Apparato di deformazione per taglio puro che permette la deformazione unidirezionale del modello.
  • Viscometro coni-cilindrico per la misura della viscosità di materiali sperimentali duttili.
  • Laser scanner Optix 400M (3D Digital Corporation) per scansionare la superficie del modello.
  • Apparato per analisi interferometrica della deformazione superficiale del modello.

PERSONALE

Dott. Marco Bonini (Ricercatore IGG-CNR- Responsabile Laboratorio)
Dott. Giacomo Corti (Ricercatore IGG-CNR)
Dott. Domenico Montanari (Ricercatore IGG-CNR)

CONTATTI

Telefono:

055 2757541 (Dott. Marco Bonini)
055 2757524 (Dott. Giacomo Corti)
055 2757540 (Dott. Domenico Montanari)

E-mail:

marco.bonini(at)igg.cnr(dot)it
giacomo.corti(at)igg.cnr(dot)it
domenico.montanari(at)igg.cnr(dot)it

METODI E APPLICAZIONI

Modelli deformati in gravità aumentata:

Sono deformati attraverso una centrifuga di grande alta capacità (PM980R - ALC International), apparato in grado di produrre forze cenrtrifughe sul modello che giocano un ruolo identico alla forza di gravità nel processo naturale. Tale apparato è particolarmente adatto a riprodurre i processi di estensione continentale, sebbene sia stao recentemente usato anche per riprodurre deformazione trascorrente e altri processi deformativi.

Modelli deformati in gravità normale

I modelli sono deformati nel campo gravitazionale terrestre attarverso il movimento di un muro mobile che impone deformaziona al modello. Nel prototipo di apparato per deformazione per taglio puro e semplice, la geometria del movimento imposto alla placca mobile può essere variata, permettendo quindi di simulare vari contesti deformativi. Un pistone comandato elettronicamente consente l’iniezione di silicone all’interno del modello per riprodurre la risalita e la messa in posto di magma durante la deformazione.

PROGETTI

Il Laboratorio è stato coinvolto in svariati tipologie di progetti con finanziamenti da:

  • Progetto Nazionale di Ricerca in Antartide (PdR 2013/AZ2.04; PdR 2010/A2.05; PdR 2004/4.01)
  • Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca (COFIN 1999; COFIN 2000; PRIN 2003; PRIN 2005; PRIN 2009)
  • CNR (PdR RSTL 105)
  • Progetti bilaterali (MAE-CONACyT2003-2005, 2011-2013; CNR-ANAS 2012-2013, 2014-2015)

Progetti Europei

  • IMAGE, Integrated Methods for Advanced Geothermal Exploration (7th Framework Programme for Research and Technological Development)
  • TOPOMOD, Sculpting the Earth’s landscape: insights from modelling deep–surface processes (7th Framework Programme for Research and Technological Development, Marie Curie Initial Training Networks)

INTERESSI SCIENTIFICI

L’attività del ‘Laboratorio di Modellizzazione Tettonica’ è rivolta allo studio dei processi deformativi geologici a varie scale, da quella mesoscopica a quella litosferica. In particolare, le principali linee di ricerca sono indirizzate allo studio di alcuni processi tettonici fondamentali nell’evoluzione del nostro pianeta, quali:

  • estensione continentale
  • collisione continentale e sviluppo di catene orogeniche
  • tettonica di inversione
  • messa in posto di magma in vari contesti geodinamici
  • analisi dell’evoluzione di bacini sedimentari.

A queste attività si aggiungono studi indirizzati a processi geomorfologici (quali la modellizzazione di flusso glaciale e di fenomeni franosi) e analisi legate alla conservazione dei beni culturali (per esempio, analisi della stabilità della statua del David di Michelangelo).

PUBBLICAZIONI SELEZIONATE

  • Corti G., Dooley T.P. (2015). Lithospheric-scale centrifuge models of pull-apart basins. Tectonophysics, 664, 154–163.
  • Corti, G., Costagliola P., Bonini M., Benvenuti M., Pecchioni E., Vaiani A., Landucci F. (2015). Modelling the failure mechanisms of Michelangelo’s David through small-scale centrifuge experiments. Journal of Cultural Heritage 16, 26–31.
  • Del Ventisette C., Gigli G., Bonini M., Corti G., Montanari D., Santoro S., Sani F., Fanti R., Casagli N. (2015). Insights from analogue modelling into the deformation mechanism of the Vaiont landslide. Geomorphology 228, 52–59.
  • Philippon M., Willingshofer E., Sokoutis D., Corti G., Sani F., Bonini M., Cloetingh S. (2015). Slip re-orientation in oblique rifts. Geology 43, 147–150; Data Repository item 2015056 | doi:10.1130/G36208.1.
  • Corti G. Zeoli A., Iandelli I. (2014). Small-scale modelling of ice flow perturbations induced by sudden ice shelf breakup. Global and Planetary Change, 119, 51-55.
  • Bonini M., Sani F., Antonielli B. (2012). Basin inversion and contractional reactivation of inherited normal faults: A review based on previous and new experimental models. Tectonophysics 522–523, 55–88; doi:10.1016/j.tecto.2011.11.014.
  • Corti G. (2012). Evolution and characteristics of continental rifting: analogue modeling-inspired view and comparison with examples from the East African Rift System. Tectonophysics, 522-523, 1-33, http://dx.doi.org/10.1016/j.tecto.2011.06.010
  • Agostini A., Bonini M., Corti G., Sani F., Mazzarini F. (2011). Fault architecture in the Main Ethiopian Rift and comparison with experimental models: Implications for rift evolution and Nubia–Somalia kinematics. Earth and Planetary Science Letters 301, 479–492.
  • Corti G., Calignano E., Petit C., Sani F. (2011). Controls of lithospheric structure and plate kinematics on rift architecture and evolution: an experimental modeling of the Baikal Rift. Tectonics, 30, TC3011, doi:10.1029/2011TC002871.
  • Montanari D., Corti G., Sani F., Del Ventisette C., Bonini M., Moratti G. (2010). Experimental investigation on granite emplacement during shortening. Tectonophysics 484, 147–155; doi:10.1016/j.tecto.2009.09.010.
  • Agostini A., Corti G., Zeoli A., Mulugeta G. (2009). Evolution, pattern and partitioning of deformation during oblique continental rifting: Inferences from lithospheric-scale centrifuge models. Geochemistry, Geosphysics, Geosystems (GCubed), 10, Q11015, doi:10.1029/2009GC002676.
  • Corti G. (2008). Control of rift obliquity on the evolution and segmentation of the main Ethiopian rift. Nature Geoscience, 1, 258-262.
  • Bonini M. (2007). Deformation patterns and structural vergence in brittle–ductile thrust wedges: An additional analogue modelling perspective. Journal of Structural Geology 29, 141-158. doi:10.1016/j.jsg.2006.06.
  • Bonini M., Corti G., Del Ventisette C., Manetti P., Mulugeta G., Sokoutis D. (2007). Modelling the lithospheric rheology control on the Cretaceous rifting in West Antarctica. Terra Nova 19, 360-366; doi:10.1111/j.1365-3121.2007.00760.x.
  • Corti G., Bonini M., Conticelli S., Innocenti F., Manetti P., Sokoutis D. (2003). Analogue modelling of continental extension: a review focused on the relations between the patterns of deformation and the presence of magma. Earth-Science Reviews, 63, 169-247.
  • Bonini M. (2003). Detachment folding, fold amplification, and diapirism in thrust wedge experiments. Tectonics 22 (6), 1065; doi:10.1029/2002TC001458.
  • Corti G., Zeoli A., Bonini M. (2003). Ice-flow dynamics and meteorite collection in Antarctica. Earth and Planetary Science Letters 215, 371-378. (The paper has been summarised in: Putting Meteorites on Ice. Editors’ Choice - Highlights from the recent literature, Science, 302, p. 747).
  • Corti G., VanWijk J., Bonini M., Sokoutis D., Cloetingh S., Innocenti F., Manetti P. (2003). Transition from continental break-up to punctiform seafloor spreading: How fast, symmetric and magmatic. Geophysical Research Letters 30 (12), 1604; doi:10.1029/2003GL01737.
  • Burg J.-P., Sokoutis D., Bonini M. (2002). Model-inspired interpretation of seismic structures in the Central Alps: Crustal wedging and buckling at mature stage of collision. Geology 30, 643-646.
  • Bonini M. (2001). Passive roof thrusting and forelandward fold propagation in scaled brittle-ductile physical models of thrust wedges. Journal of Geophysical Research, 106, (B2), 2291-2311. Correction to Plate 2 caption. Journal of Geophysical Research 106, (B5), 8955.