Il laboratorio è ospitato nei locali della UOS dell’IGG di Firenze.
Il Laboratorio
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.
Strumenti
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 e Contatti
Personale:
Dott. Marco Bonini (Responsabile Laboratorio)
Dott. Giacomo Corti
Dott. Domenico Montanari
Telefoni:
055 2757541 (Dott. Marco Bonini)
055 2757524 (Dott. Giacomo Corti)
055 2757540 (Dott. Domenico Montanari)
E-mail:
marco.bonini@igg.cnr.it
giacomo.corti@igg.cnr.it
domenico.montanari@igg.cnr.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 e Interessi Scientifici
Progetti in cui il laboratorio è coinvolto:
- TECTOLAB – National Infrastructure for Earthquake Modeling in Active Tectonic Settings’, bando CNR-DSSTTA “Geoscienze per il futuro (GEONEXT)”
- MIGRATE – A Multidisciplinary and InteGRated Approach for geoThermal Exploration – Swiss National Science Foundation (SNSF).
- “Talents – The doctoral rift science network for the energy transition”, Horizon Europe Framework Programme (HORIZON) – call HORIZON-TMA-MSCA-DN
- ‘LEAP-RE, Europe-Africa Partnership for Renewable Energy’, European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Program.
- PRIN 2022SERX3R (B53D23007510006) – “TErrestrial And Marginal System in a hot world (TEAMS). The continental and marginal-marine Cenomanian environments of the Southern Morocco between climate extreme and regional tectonics
- “The dynamic mechanism of Cenozoic Fenwei rift under the influence of preexisting fabrics” funded by “Research Project of National Observation and Research Station, Institute of Geology, China Earthquake Administration”
- PRIN – “The Afar Stratoids (TAS) Project” Grant Number No. 2017P9AT72
- GEMex – “Cooperation in Geothermal energy research Europe-Mexico for development of Enhanced Geothermal Systems and Superhot Geothermal Systems” –H2020– Grant Agreement No. 727550
- “IMAGE (Integrated Methods for Advanced Geothermal Exploration)” – European Union, 7th Framework Programme for Research and Technological Development (Grant Agreement n. 608553).
Infrastrutture in cui il laboratorio è coinvolto:
• European Plate Observing System (EPOS) – Multi-Scale Laboratories (MSL) Thematic Core Service (TCS)
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
- Corti, G., Muluneh, A., Stamps, D. S., Keir, D., Isola, I., Mazzarini, F., … & Maestrelli, D. (2025). Control of gravitational potential energy on the distribution of off‐rift volcanic activity in the Turkana depression, East African rift. Geophysical Research Letters, 52(12), e2024GL114277. https://doi.org/10.1029/2024GL114277
- López, C., Del Ventisette, C., Bonini, M., Montanari, D., Maestrelli, D., Martínez, F., Rioseco, M., Cisternas, R., Espinoza, S., Herrera, B., González, R., Riquelme, R., & Navea, M. (2025). Formation of contractional wedge structures in the Andean forearc, northern Chile: A comparative model from physical experiments applied on the eastern Domeyko Cordillera. Tectonics, 44(6), e2024TC008799. https://doi.org/10.1029/2024TC008799
- Corti, G., Maestrelli, D., Bonini, M., & Sani, F. (2025). Off-rift volcanism during continental rifting: Observations and models with a focus on the Main Ethiopian Rift, East Africa. Journal of African Earth Sciences, 105590. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2025.105590
- Maestrelli, D., Corti, G., Bonini, M., Keir, D., Facincani, P., Vannucchi, P., Del Ventisette, C., Montanari D. & Sani, F. (2024). Fault reactivation and growth at rift-related calderas. Earth and Planetary Science Letters, 636, 118700. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118700
- Vendeville B.C., Corti G., Boussarsar M., Ferrer O. (2024). An alternative experimental configuration to generate wrench zone above a viscous layer. Journal of Structural Geology, 184, 105166. https://doi.org/10.1016/j.jsg.2024.105166
- Maestrelli, D., Sani, F., Keir, D., Pagli, C., La Rosa, A., Muluneh, A. A., Brune S. & Corti, G. (2024). Reconciling plate motion and faulting at a rift-rift-rift triple junction. Geology 2024;; 52 (5): 362–366. doi: https://doi.org/10.1130/G51909.1
- Zou, Y., Maestrelli, D., Corti, G., Del Ventisette, C., Wang, L., & Shen, C. (2024). Influence of inherited brittle fabrics on continental rifting: Insights from centrifuge experimental modelling and application to the East African Rift System. Tectonics, 43, e2023TC007947. https://doi.org/10.1029/2023TC007947
- López, C., Del Ventisette, C., Bonini, M., Montanari, D., Maestrelli, D., Martínez, F., González R., Riquelme, R., Montenegro, D., Muñoz, B & Guzmán‐Marusic, G. (2022). The relationship between inverted normal faults and pure thrusting during the tectonic inversion of the Domeyko Cordillera, northern Chile: Structural and seismic interpretation and analog modeling experiments. Tectonics, 41, e2022TC007378. https://doi.org/10.1029/2022TC007378
- Maestrelli, D.*, Brune, S., Corti, G., Keir, D., Muluneh, A. A., & Sani, F. (2022). Analog and numerical modeling of Rift-Rift-Rift triple junctions. Tectonics, 41, e2022TC007491. https://doi.org/10.1029/2022TC007491
- Corti, G., Maestrelli, D. and Sani, F. (2022). Large-to Local-Scale Control of PreExisting Structures on Continental Rifting: Examples from the Main Ethiopian Rift, East Africa. Front. Earth Sci. 10:808503. https://doi.org/10.3389/feart.2022.808503
- Milazzo, F., Cavozzi, C., Corti, G., Maestrelli, D., & Storti, F. (2021). Centrifuge modeling of thrust systems in the brittle crust: Role of frictional décollement geometry. Journal of Structural Geology, 153, 104450. https://doi.org/10.1016/j.jsg.2021.104450
- Zwaan, F., Rosenau, M., Maestrelli, D. (2021). How initial basin geometry influences gravity-driven salt tectonics: Insights from laboratory experiments. Marine and Petroleum Geology, 105195, https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2021.105195.
- Luzzi, E., Rossi, A. P., Massironi, M., Pozzobon, R., Corti, G., & Maestrelli, D. (2021). Caldera collapse as the trigger of Chaos and fractured craters on the Moon and Mars. Geophysical Research Letters, 48, e2021GL092436. https://doi.org/10.1029/2021GL092436
- Wang, L., Maestrelli, D., Corti, G., Zou, Y., & Shen, C. (2021). Normal fault reactivation during multiphase extension: Analogue models and application to the Turkana depression, East Africa. Tectonophysics, 811, 228870. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2021.228870
- Maestrelli, D., Bonini, M., Corti, G., Del Ventisette, C., Moratti, G., & Montanari, D. (2021). Exploring fault propagation and the role of inherited structures during caldera collapse through laboratory experiments. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 414, 107232. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2021.107232
- Maestrelli, D*., Bonini, M., Corti., G, Del Ventisette, C., Moratti, G., and Montanari, D. (2021)*. A database of laboratory analogue models of caldera collapse testing the role of inherited structures. Frontiers in Earth Science | Volcanology, 9:618258; https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/feart.2021.618258/full
- Bonini, M., Maestrelli, D., Corti, G., Del Ventisette, C., Moratti, G., Carrasco‐Núñez, G., Giordano, G., Lucci, F., Norini, G., Piccardi, L., Urbani, S., Montanari, D. (2021). Modeling Intra‐Caldera Resurgence Settings: Laboratory Experiments With Application to the Los Humeros Volcanic Complex (Mexico). Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 126(3), e2020JB020438. https://doi.org/10.1029/2020JB020438
- Zwaan F., Corti G., Keir D., Sani, F. (2020). An analogue modeling study of marginal flexure in Afar, East Africa: implications for passive margin formation. Tectonophysics, 796, 228595
- Collanega L., Corti G., Breda A., Massironi M., Keir D. (2020). 3D extension at plate boundaries accommodated by interacting fault systems. Scientific Reports, 10:8669 | https://doi.org/10.1038/s41598-020-65599-5
- Corti G., Nencini R., Skyttä P. (2020). Modelling the influence of pre-existing brittle fabrics on the development and architecture pull-apart basins. Journal of Structural Geology, 131, 103937, 1-15.
- Del Ventisette, C., Bonini, M., Maestrelli, D., Sani, F., Iavarone, E., & Montanari, D. (2020). 3D-thrust fault pattern control on negative inversion: An analogue modelling perspective on central Italy. Journal of Structural Geology, 143, 104254. https://doi.org/10.1016/j.jsg.2020.104254
- Maestrelli, D., Montanari, D., Corti, G., Del Ventisette, C., Moratti, G., & Bonini, M.* (2020). Exploring the interactions between rift propagation and inherited crustal fabrics through experimental modelling. Tectonics, 39-12; e2020TC006211. https://doi.org/10.1029/2020TC006211
- Montanari, D., Del Ventisette, C., Bonini, M. (2020). Lateral magma migration through interconnected sills: Evidence from analogue modeling. Earth and Planetary Science Letters 551, 116568. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2020.116568
- Del Ventisette, C., Bonini, M., Agostini, A., Corti G., Maestrelli D., Montanari, M. (2019) Using different grain-size granular mixtures (quartz and K-feldspar sand) in analogue extensional models. Journal of Structural Geology, 129, 103888. https://doi.org/10.1016/j.jsg.2019.103888
- Sani F., Bonini M., Corti G., Moratti G. (2019). Extension direction re-orientation in the oceanic rift of Iceland, and comparison with continental rifts. Tectonophysics, 756, 25-42
- De Matteo A., Corti G., van Wyk de Vries B., Massa B., Mussetti G. (2018). Fault-volcano interactions with broadly distributed stretching in rifts. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 362, 64-75.
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- Corti G., Zeoli A., (2018). Analogue modelling of the influence of ice shelf collapse on the flow of ice sheets grounded below sea-level. Annals of Geophysics, 61, 3, OC332, doi: 10.4401/ag-7356.
- Corti G., Sani F., Agostini S., Philippon M., Sokoutis D., Willingshofer E. (2018). Off-axis volcano-tectonic activity during continental rifting: insights from the transversal Goba-Bonga lineament, Main Ethiopian Rift (East Africa). Tectonophysics, 728-729, 75-91.
- Montanari D., Bonini M., Corti G., Agostini A., Del Ventisette C. (2017). Forced folding above shallow magma intrusions: Insights on supercritical fluid flow from analogue modelling. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 345, 67-80.
- Brune S., Corti G., Ranalli G. (2017). Controls of inherited lithospheric heterogeneity on rift linkage: Numerical and analogue models of interaction between the Kenyan and Ethiopian rifts across the Turkana depression. Tectonics, 36, doi:10.1002/ 2017TC004739.
- Montanari D., Agostini A., Bonini M., Corti G., Del Ventisette C. (2017). The use of empirical methods for testing granular materials in analogue modeling. Materials, 10, 635; doi:10.3390/ma10060635.
- Ferrer O., Dooley T.P., Corti G., Vidal-RoyoO.,. Hearon IV T.E., Reber J., Graveleau F. (2017). Introduction to Special Section: Analog modeling as an aid to structural interpretation. Interpretation, 5, SDi-SDii.
- Philippon M., Corti G. (2016). Obliquity along plate boundaries. Tectonophysics, 693, 171–182.
- Martínez F., Bonini M., Montanari D., Corti G. (2016). Tectonic inversion and magmatism in the Lautaro Basin, northern Chile, Central Andes: A comparative approach from field data and analogue models. Journal of Geodynamics, 94–95, 68–83.