Titolo della tesi: Spatial and Morphometric analysis of gravitational instabilities along the Tyrrhenian and Ionian continental margins of Calabria
Le frane sottomarine rappresentano alcuni dei processi geomorfologici più diffusi e pericolosi che interessano i margini continentali. La loro attivazione può avere impatti significativi sulle infrastrutture offshore, sulle reti di comunicazione sottomarine e sulle aree costiere. Nonostante la loro rilevanza, la comprensione dei fattori che le controllano rimane limitata a causa della scarsa accessibilità del fondale marino e della ridotta disponibilità di dati litologici e geotecnici in situ.
La ricerca di dottorato si concentra sul margine calabro tirrenico e ionico, un’area caratterizzata da elevata attività tettonica, complessa morfologia, dinamiche sedimentarie articolate e diffusa evidenza di instabilità gravitativa. L’obiettivo scientifico principale consiste nello sfruttare pienamente i dati morfo-batimetrici ad altissima qualità disponibili in questo settore al fine di investigare le frane sottomarine e valutare in che misura i loro attributi morfometrici siano affidabili e correlabili ai fattori di controllo geologico.
Per affrontare tale sfida è stato sviluppato un workflow sistematico che integra batimetria multibeam ad alta risoluzione (5–20 m), mappatura geomorfologica, analisi morfometriche e modellazione statistica. Dopo aver identificato e quantificato i potenziali bias dovuti all’eterogeneità dei dati e alla soggettività interpretativa, sono state mappate quasi 2.000 frane lungo il margine calabro secondo criteri rigorosi e standardizzati, costituendo una base estremamente affidabile per la costruzione del geodatabase. Oltre trenta parametri geometrici e morfometrici sono stati misurati e calcolati per descrivere la morfologia e il contesto geologico delle frane investigate. Le relazioni tra le variabili sono state analizzate mediante tecniche statistiche quali Exploratory Data Analysis (EDA), ANOVA, correlazione di Spearman e distribuzioni dimensioni-frequenza.
L’analisi ha evidenziato che, sebbene l’area di studio comprenda due differenti domini geologici, l’avanarco ionica e il retroarco tirrenico, le differenze morfometriche osservate sono principalmente controllate da fattori morfologici locali piuttosto che da contesti geodinamici regionali. Le frane sono state distinte in due principali domini fisiografici: quelle che si sviluppano all’interno di canyon o contesti canalizzati confinati e quelle che evolvono in ambienti a pendio aperto non confinato.
Da un punto di vista morfologico, le frane associate ai canyon si sviluppano generalmente su pendenze più elevate e presentano dimensioni ridotte. Le relazioni tra variabili morfometriche risultano forti, indicando un insieme relativamente uniforme di fattori di controllo legati soprattutto alla pendenza, al confinamento e alla dinamica sedimentaria locale. Al contrario, le frane nei settori a pendio aperto risultano più estese, meno vincolate morfologicamente e, in alcuni casi, presentano un deposito chiaramente identificabile. Le correlazioni tra parametri sono deboli e più variabili, riflettendo l’influenza concomitante di fattori di controllo multipli e spazialmente eterogenei.
Dal punto di vista del trasferimento sedimentario verso le aree di bacino attraverso flussi gravitativi, le frane dei due domini mostrano proporzioni comparabili di superficie instabile (~4% dell’area totale). Tuttavia, a causa delle dimensioni maggiori e della più ampia estensione dei settori a pendio aperto, questi ultimi contribuiscono per circa il 75% al volume totale di sedimento mobilizzato verso il bacino.
L’ampia disponibilità di dati ad alta risoluzione ha permesso di caratterizzare la distribuzione dimensionale delle frane, mostrando un comportamento coerente con una distribuzione log-normale in entrambi i domini, mentre la legge di potenza descrive adeguatamente solo la porzione troncata (heavy tail). L’analisi della classe modale ha inoltre evidenziato comportamenti distinti: nei canyon le frane mostrano un comportamento di tipo frattale, con un incremento esponenziale del numero di frane rilevate al crescere della risoluzione batimetrica; nei pendii aperti, invece, tale tendenza si interrompe intorno a ~30.000 m², indicando la presenza di una scala caratteristica che apre nuove prospettive nella caratterizzazione dimensionale delle frane sottomarine.
L’analisi dei fattori di controllo regionali, estrapolati in maniera approssimativa al contesto marino, ha evidenziato comportamenti diversi nei due domini. Nei canyon non si osservano correlazioni con l’accelerazione sismica (PGA) né con la presenza di fluidi (derivata dalla suscettibilità dei pockmarks), mentre emerge una forte influenza dei tassi di sollevamento tettonico, suggerendo un ruolo dell’aumento del gradiente di pendenza morfologico indotto dalla tettonica. Nei pendii aperti, invece, le frane mostrano una correlazione inversa con la sismicità, indicando che terremoti di bassa magnitudo possano favorire la consolidazione dei sedimenti, e correlazioni più marcate con il sollevamento tettonico e l’attività fluida.
Dal punto di vista metodologico, la definizione dei parametri di scaling area-volume consente di evitare ricostruzioni volumetriche complesse e dispendiose; lo sviluppo di funzioni empiriche di degradazione permette di quantificare la perdita di rilevabilità indotta dalla risoluzione e di confrontare tra loro inventari acquisiti a risoluzioni differenti; l’applicazione di parametri geometrici come la compattezza fornisce un efficace strumento di controllo qualità, migliorando l’affidabilità del database morfometrico e riducendo la possibilità di errori di mappatura.
Nel complesso, considerati i costi e le difficoltà legate allo studio delle frane sottomarine e la scarsità di misure in situ delle proprietà litologiche e geotecniche, questa ricerca dimostra che, partendo dai soli dati batimetrici ad alta risoluzione e sfruttando le caratteristiche morfometriche attraverso analisi statistiche e procedure di minimizzazione dei bias, è possibile estrarre informazioni scientifiche significative, pur se parziali, sui processi di instabilità gravitativa.
Il framework metodologico sviluppato, dalla standardizzazione della mappatura e della caratterizzazione morfometrica alla definizione delle funzioni empiriche di perdita di rilevabilità, fino all’uso della compattezza come proxy per gli errori di digitazione, costituisce un approccio quantitativo affidabile e replicabile per l’analisi delle instabilità sottomarine.