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Monitorare il territorio è fondamentale per comprendere meglio le attività vulcaniche, i terremoti e gli altri fenomeni geofisici.

Ne hanno parlato Riccardo Lanari, Mariarosaria Manzo e Francesco Casu, dell’IREA-CNR, nel corso della puntata di Memex - I luoghi della Scienza prodotta da RAI Scuola e dedicata ai Campi Flegrei, il supervulcano campano la cui attività è sottoposta a monitoraggio costante.

Memex - I luoghi della Scienza: Campi Flegrei  

(min. 11:07 - 15:50) 

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Una nuova tecnica in grado di calcolare, attraverso i dati satellitari e GPS, le modalità con cui il magma profondo risale all’interno del sottosuolo dei Campi Flegrei,creando deformazioni anche millimetriche della superficie terrestre. Un meccanismo probabilmente comune ad altre caldere (Yellowstone negli USA e Rabaul in Papua Nuova Guinea). Lo studio, pubblicato su Scientific Reports, fornisce nuovi sistemi di monitoraggio utili ad affrontare eventuali future crisi vulcaniche

La deformazione del suolo ai Campi Flegrei vista dai satelliti COSMO-SkyMed. La zona viola, in corrispondenza della città di Pozzuoli, è quella con il maggiore sollevamento (circa 10 cm tra il 2012 ed il 2013). Le zone verdi sono quelli in cui la deformazione è molto piccola.

I dati acquisiti dai satelliti e dai ricevitori Gps della rete di sensori presenti nell’area dei Campi Flegrei servono per monitorare le deformazioni della superficie terrestre e conoscere, in tempo reale, l’andamento del sollevamento del suolo all'interno della caldera. È la nuova tecnica di monitoraggio messa a punto da un team di ricercatori dell’Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell'Ambiente del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-IREA) e dell’Osservatorio Vesuviano dell’Istituto Nazionale di Geofisica a Vulcanologia (INGV-OV), per comprendere meglio i fenomeni di sollevamento avvenuti in questi ultimi anni ai Campi Flegrei. Lo studio, che rientra tra le attività di monitoraggio promosse dal Dipartimento della Protezione Civile (DPC) e di quelle svolte nell’ambito del progetto europeo MED-SUV (MEDiterraneanSUpersite Volcanoes), è stato pubblicato su Scientific Reports.

“Grazie ai dati acquisiti dai satelliti Cosmo-SkyMed (messi in orbita dall’Agenzia Spaziale Italiana a partire dal 2007), dotati di sistemi radar, e dai ricevitori Gps della rete di sorveglianza geodetica INGV-OV, composta da ben 14 sensori sparsi nell’area dei Campi Flegrei”, spiega Susi Pepe, ricercatrice del CNR-IREA, “è stato possibile studiare le deformazioni, anche millimetriche, della superficie terrestre e conoscere l’andamento del sollevamento del suolo all'interno della caldera in corrispondenza dei ricevitori”.

Negli scorsi millenni la caldera dei Campi Flegrei ha prodotto eruzioni di dimensioni ciclopiche: quarantamila anni fa quella dell’Ignimbrite Campana e quindicimila anni fa quella del Tufo Giallo Napoletano, che hanno fatto crollare la parte superficiale del vulcano per centinaia di metri, formando l’attuale struttura. “Dopo l’ultima eruzione del 1538, che ha prodotto il cratere di Monte Nuovo”, afferma il ricercatore responsabile della Sala di monitoraggio dell'Osservatorio Vesuviano dell’INGV, Luca D'Auria, “il suolo dei Campi Flegrei ha iniziato a sprofondare lentamente per secoli, interrompendosi intorno al 1950, quando l’area ha ripreso a sollevarsi. Questo fenomeno, noto come bradisisma, ha manifestato tutta la sua violenza tra il 1982 e il 1985, periodo in cui il suolo si è sollevato di quasi 2 metri, con accompagnamento di terremoti, provocando l’evacuazione di migliaia di abitanti della città di Pozzuoli. Nel 2005 il suolo ha ripreso a sollevarsi lentamente e i terremoti, di bassa magnitudo, sono ricomparsi”.

Negli ultimi 10 anni il suolo si è sollevato di quasi 30 cm., tanto che nel dicembre 2012, sulla base delle indicazioni della Commissione grandi rischi, la Protezione civile ha innalzato dal verde (quiescenza) al giallo (attenzione) il livello di allerta dei Campi Flegrei. “Riguardo l’origine del bradisisma flegreo”, prosegue D'Auria, “la comunità scientifica concorda sul fatto che tra il 1985 ed il 2012 il sollevamento era legato all’immissione di fluidi idrotermali (acqua e gas) all’interno delle rocce della caldera e al progressivo riscaldamento di queste ultime. Sul più recente episodio, tra il 2012 ed il 2013, il fenomeno sarebbe invece da attribuire alla risalita di magma a bassa profondità (circa 3 km) che si inietta nelle rocce del sottosuolo formando uno strato sottile, noto come sill, un piccolo ‘lago sotterraneo’, con un raggio di 2-3 km. Il sill era già presente nel sottosuolo e probabilmente è stato attivo durante le crisi bradisismiche degli scorsi decenni quando quantità di magma, anche dieci volte superiori, sono arrivate in questa piccola camera magmatica superficiale”.

Il magma all'interno del sill però, può raffreddarsi rapidamente, rendendolo quindi meno capace di produrre eruzioni esplosive. Questo meccanismo, osservato ai Campi Flegrei, è probabilmente comune ad altre caldere (ad esempio Yellowstone negli Usa e Rabaul in Papua Nuova Guinea) e potrebbe spiegare alcuni comportamenti apparentemente ‘bizzarri’ osservati in questi vulcani. “La previsione delle eruzioni vulcaniche nelle caldere presenta spesso difficoltà maggiore rispetto ad altri vulcani”, aggiunge D’Auria dell’Ingv. “La risalita e l’intrusione del magma all’interno del sill potrebbe, infatti, essere il normale ciclo di vita delle caldere”.

I risultati dello studio sono di grande importanza per l’interpretazione dei dati acquisiti dalle nuove generazioni di satelliti (come quelli della costellazione Sentinel del Programma europeo Copernicus, operata dall'Agenzia Spaziale Europea) e dalle innovative tecnologie di monitoraggio geofisico ai Campi Flegrei. “Questi nuovi sistemi di monitoraggio, integrati con le nuove metodologie di analisi, possono fornire uno strumento utile ad affrontare eventuali, future, crisi vulcaniche ai Campi Flegrei”, conclude Susi Pepe del Cnr.

Link all’articolo: www.nature.com/articles/srep13100 

Principale rassegna stampa

Il progetto si propone di definire una serie di strumenti di contrasto all'emergenza generata da un forte terremoto attraverso l'individuazione, lo studio e la caratterizzazione di processi fisici in atto durante la fase di preparazione di un terremoto. Per raggiungere lo scopo saranno utilizzate le tecnologie più avanzate oggi disponibili per l'osservazione dei fenomeni geofisici sviluppando soluzioni ed approcci alternativi. In questo contesto, l'unità operativa dell'IREA-CNR si occuperà della generazione di mappe e serie storiche di deformazione del suolo nelle bande C ed X e della conseguente modellazione delle sorgenti di stress coinvolte nelle fasi preparatorie di un terremoto usufruendo di una rete di GPS e Corner Reflector posizionati nell'area dell'Alto Tevere e dell'Abruzzo.

Scopo del progetto è fornire alle agenzie di protezione civile e agli organismi per la gestione dei rischi naturali supporto nei processi di valutazione e mitigazione del rischio, usando le più innovative tecnologie radar satellitari per la misura delle deformazioni del terreno. Grazie all’utilizzo di questi dati, il progetto fornisce informazioni sul rischio legato ai movimenti del terreno su tutto il territorio dei 27 paesi dell’Unione Europea.

Prime contractor: Altamira Information (Spagna)

Periodo di attività: 2011 -2013

Finanziamento IREA: € 20.000 

Responsabili IREA: Michele Manunta, Eugenio Sansosti

Attività: Interferometria Differenziale Radar ad Apertura Sintetica

Il progetto TEP Quick Win ha come scopo lo sviluppo di una piattaforma di ricerca collaborativa e basata su architetture distribuite (Cloud Computing) per la condivisione di dati, algoritmi e risorse di processing nel campo dell'Osservazione della Terra, e in particolare nell'ambito del GEO-Hazard. Più nello specifico, il TEP Quick Win si configura come il prosecutore del progetto SSEP (SuperSite Exploitation Platform) di ESA e come precursore del futuro TEP GEO-Hazard, sempre di ESA.

L'attività IREA all'interno del progetto consiste nella fornitura di contenuti Interferometrici a valore aggiunto da condividere sulla piattaforma sviluppata dal TEP-QW. Inoltre, IREA supporterà la definizione di un'interfaccia web per gestire e operare un servizio di elaborazione Interferometrica tramite l'algoritmo SBAS (sviluppato da IREA) in ambiente Cloud, nonché parteciperà alle attività di collaudo, test e validazione dei risultati del progetto.

link al sito TEP: https://geohazards-tep.eo.esa.int

Prime contractor: CGI IT UK Limited

Periodo di attività: 2014 -2016

Finanziamento IREA: € 43.120

Responsabile IREA: Francesco Casu

Attività: Interferometria Differenziale Radar ad Apertura Sintetica

Il progetto ha lo scopo di collezionare, condividere e integrare dati multidisciplinari (sismologici, geochimici, geodetici, satellitari, ecc.) per effettuare valutazione, mitigazione e gestione del rischio sismico nella regione del Mar di Marmara. L’attività IREA nell’ambito del progetto MARSite riguarda l’analisi ed il monitoraggio delle deformazioni della superficie terrestre in selezionate aree della regione del Mar di Marmara, attraverso l’utilizzo della tecnica di Interferometria Differenziale denominata SBAS (Small BAseline Subset) applicata a dati Radar ad Apertura Sintetica (SAR) in banda X acquisiti dalla costellazione di sensori SAR Cosmo-SkyMed.

http://cordis.europa.eu/

Prime contractor: KOERI (Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute), Turchia

Periodo di attività: 2012 -2015

Finanziamento IREA:  € 99.450

Responsabile IREA: Mariarosaria Manzo, Giuseppe Solaro

Attività: Interferometria Differenziale Radar ad Apertura Sintetica

"Ground Deformations risk scenarios: an advanced assessment service"

DORIS è un servizio avanzato per la rilevazione, la mappatura, il monitoraggio e la previsione delle deformazioni del suolo, integrando dati e tecnologie tradizionali e innovative di Osservazione della Terra (EO) e non-EO per migliorare la comprensione di fenomeni complessi, incluso frane e subsidenza, e supportare la Protezione Civilenella gestione dei rischi derivanti dalle deformazioni del suolo. 

http://www.doris-project.eu/

Committente: Unione Europea, 7° Programma Quadro – European Downstream Service

Prime contractor: CNR

Periodo di attività: 2010 - 2013

Finanziamento IREA:  € 232.875

Responsabile IREA: Michele Manunta

Attività: Interferometria Differenziale Radar ad Apertura Sintetica

"Downstream Observatory organised by Regions active In Space – Network" 

L’obiettivo principale del progetto è incentrato sulla creazione di Regional Contact Office (RCO) in grado di fornire ai differenti attori locali (società private, enti di ricerca, autorità locali e regionali, utenti finali) notizie e informazioni su: opportunità offerte dai prodotti e dai servizi di Copernicus (ex GMES), il progamma spaziale della UE; potenzialità di sviluppo di nuovi prodotti derivati dai dati satellitari in grado di soddisfare le richieste degli utenti; partecipazione ad eventi organizzati da Copernicus e dagli RCO per la diffusione delle informazioni tecniche specifiche; creazione di nuovi RCO nelle regioni interessate. A tal scopo è stata realizzata una piattaforma informatizzata, “European Copernicus Downstream Service Platform”, al fine di rendere più efficace il coordinamento delle singole attività di ricerca e applicazione sia fra di loro sia soprattutto fra le regioni europee e le entità interessate all’interno di Copernicus.

http://www.doris-net.eu/en/project_information

Committente: Unione Europea, 7° Programma Quadro 

Prime contractor: IREA

Periodo di attività: 2011 - 2013

Finanziamento IREA:  € 135.767

Responsabile IREA:

Paola Carrara

Tematica:

Sistemi per l'informazione geografica  

La misura delle deformazioni del suolo in aree vulcaniche è di estrema importanza in quanto queste si presentano spesso come precursori di eruzioni, o comunque sono indice di un incremento dell’attività vulcanica. Sotto la spinta del magma presente al di sotto dei vulcani, infatti, l’edificio vulcanico tende a “gonfiarsi”, le sue pareti a deformarsi, fino a quando il magma non trova una via di uscita. Diversamente da ciò che si può immaginare, anche in concomitanza di fenomeni imponenti la deformazione può essere relativamente piccola, dell’ordine di alcuni centimetri o decine di centimetri.

L’utilizzo delle tecniche di Interferometria Differenziale Radar ad Apertura Sintetica (DInSAR) risulta di fondamentale importanza in questo caso. In particolare, la tecnica SBAS (acronimo di Small BAeline Subset), sviluppata interamente presso l’IREA-CNR di Napoli, permette di seguire l’evoluzione temporale della deformazione.

I vantaggi dell’applicazione di questa tecnica allo studio dei vulcani sono notevoli. Considerando che i primi satelliti utilizzabili a tale scopo hanno raccolto dati fin dal 1992, è evidente la possibilità di analizzare con un dettaglio precedentemente impensabile la storia deformativa di un vulcano negli ultimi 19 anni. Tutto questo senza avere alcuna necessità di accedere al vulcano, un ulteriore vantaggio, in caso di crisi eruttiva, rispetto a tecniche più “tradizionali”.

Inoltre, le mappe di deformazione satellitare permettono di coprire aree molto vaste e con una densità di punti di misura molto elevata. La possibilità di avere una copertura spaziale così fitta permette di tenere sotto controllo e analizzare fenomeni anche in zone dove non sono presenti sensori delle reti di sorveglianza perché non sono attesi effetti deformativi.

Inoltre, le moderne tecnologie informatiche permettono anche un accesso semplice, veloce ed intuitivo ai risultati di queste misure. A tale scopo, l’IREA-CNR di Napoli ha anche sviluppato una piattaforma web (http://webgis.irea.cnr.it/) molto semplice da utilizzare perché utilizza una interfaccia derivata da Google Maps e quindi familiare anche ad un pubblico non specialistico.