Localizzazione geografica del vulcano Calbuco (quadrato rosso 41.33° S, 72.61° W), Cile, Sud America (credit: ESRI basemap).

 

A partire dalle mappe di spostamento cosismiche ascendente e discendente, relative alle rispettive linee di vista, sono state derivate le componenti Est-Ovest e Verticale dello spostamento.

 

Interferogrammi Sentinel-1 (A e B) e COSMO-SkyMed (C e D)

La Linea di Attivita’ (LdA) Vulcani - Ricerca per lo studio dei sistemi e dei processi vulcanici della sezione ONT si sviluppa intorno alle Aree tematiche individuate dal Dipartimento Vulcani dell’INGV. Le aree tematiche sono tutte a carattere fortemente multidisciplinare rispetto alle diverse metodologie di indagine impiegate nella ricerca. Allo stesso tempo le diverse Aree tematiche sono complementari e funzionali le une alle altre con l’obiettivo di descrivere i processi vulcanici nella loro interezza e nel modo più quantitativo, coerente e completo possibile. A queste tematiche strettamente vulcanologiche si aggiungono due tematiche trasversali, ovvero comuni ai tre Dipartimenti dell’INGV (Vulcani, Ambiente e Terremoti), denominate: i) ricostruzione e modellazione della struttura crostale e ii) studi per le geo-risorse.

L’insieme delle ricerche e delle competenze esistenti all’interno della LdA Vulcani - Ricerca hanno anche permesso di individuare tre ​obiettivi strategici ​di ampio respiro sui quali focalizzare principalmente le attività di ricerca. Essi sono:

  • Realizzazione di un nuovo modello 4D (spaziale e temporale) dei vulcani italiani.
  • Caratterizzazione della dinamica di risveglio dei vulcani e previsione dell’attività eruttiva.
  • Osservazione, misurazione e modellazione fisico-matematica dei processi eruttivi.

Questi obiettivi vanno visti come un tentativo di identificare delle opportunità scientifiche e tecnologiche in grado di portare a un salto di qualità nella nostra conoscenza del funzionamento dei vulcani nonché nella nostra capacità di prevedere il loro comportamento futuro.

In questa cornice di riferimento, la LdA Vulcani - Ricerca dell’ONT è stata finora caratterizzata principalmente dall’utilizzo di dati acquisiti da sensori operanti su piattaforme remote (satelliti, aereomobili, da terra). Questi dati vengono telerilevati in un’ampia gamma di tipologie, di risoluzioni spaziali, spettrali e temporali, e di intervalli di frequenze che vanno dalle microonde (InSAR, radiometri a microonde, radar), all’infrarosso termico, al visibile, all’ultravioletto (sounder, spettrometri ad immagine, LIDAR). La loro analisi si presta a un'altrettanto ampia varietà di applicazioni dedicate all'osservazione, alla misurazione e alla modellazione fisico-matematica dei sistemi vulcanici e dei processi eruttivi.

 

Caratterizzazione da satellite delle nubi vulcaniche

I pennacchi di gas e cenere emessi durante le eruzioni esplosive possono provocare ingenti danni per effetto della ricaduta di cenere nelle aree immediatamente vicine al vulcano. Inoltre la parte più fine della cenere eruttata, con diametro dell’ordine dei micron, può formare nubi che trasportate dal vento possono viaggiare per settimane e per migliaia di chilometri prima di depositarsi a terra o disperdersi nell’atmosfera. Queste nubi rappresentano un rischio molto rilevante per la sicurezza aerea perché possono determinare vari danni tra cui il blocco o l’esplosione dei motori. Di notte non possono essere viste dai piloti, e di giorno sono molto difficili da individuare a causa della loro estensione e diluizione nell’atmosfera. Le nubi vulcaniche possono però essere individuate, seguite nella loro traiettoria e caratterizzate quantitativamente da sensori satellitari. Nell’esempio che segue è mostrata la nube di cenere emessa dal vulcano Calbuco nel sud del Cile il 23 aprile 2015: mappa quantitativa della cenere misurata in aria dai dati nell’infrarosso termico acquisiti dal sensore MODIS a bordo della piattaforma satellitare con orbita polare AQUA alle ore 18:35 UTC. Nella stessa immagine è riportata anche la traiettoria quasi simultanea del sensore CALIOP, un lidar a bordo del satellite CALIPSO che permette di misurare con precisone l’altezza della nube.

Mappa del contenuto colonnare di cenere stimata dai dati IR acquisiti dal radiometro MODIS-AQUA il 23 aprile 2015 alle 18:45 UTC. La linea rossa indica la traiettoria quasi simultanea all’acquisizione MODIS di CALIOP con le marche temporali del passaggio satellitare.

 

Analisi InSAR del terremoto Mw 4.9 durante la crisi etnea del 2018

La tecnica InSAR è basata sull’utilizzo di immagini acquisite dai Radar ad Apertura Sintetica (SAR) montati su piattaforme satellitari orbitanti intorno alla Terra. Si sfrutta l’informazione contenuta nella differenza di fase dei segnali di back-scattering per stimare eventuali deformazioni occorse sulla superficie terrestre nell’intervallo temporale compreso dalle due immagini considerate.

In questo lavoro sono stati utilizzati dati forniti dalla missione spaziale Sentinel-1 dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), lungo le orbite ascendente e discendente, per studiare i vari fenomeni indotti dall’evento principale nell’area etnea avvenuto il 26 dicembre 2018.

 

Coppie interferometriche S1 del 2018/12/22 – 2018/12/28

  • Attivazione del sistema di faglie della Pernicana
  • Spostamento del suolo lungo la faglia Fiandaca-Pennisi
  • Triggering di una piccola frana sul fianco SW
  • Deformazione del cono vulcanico

 

Analisi delle anomalie termiche superficiali del vulcano Solfatara (Pozzuoli, NA) attraverso il confronto di immagini nell’infrarosso da satellite e da terra

La temperatura superficiale terrestre stimata dai dati satellitari è un parametro chiave in molti aspetti della ricerca ambientale. Nelle aree vulcaniche la temperatura superficiale viene utilizzata per rilevare le anomalie termiche del terreno che forniscono uno strumento supplementare per monitorare lo stato di attività di un particolare vulcano. Nell’esempio è riportato un confronto tra le temperature superficiali della zona di Solfatara (Campi Flegrei, Italia) ottenute mediante immagini satellitari Landsat8 e ASTER nell’infrarosso termico (TIR), e quelle ottenute dalla rete di sorveglianza permanente (TIRNet) gestita da INGV-OV e composta da telecamere IR che acquisiscono scene di aree caratterizzate da significative anomalie termiche superficiali.

Rete di telecamere infrarosse di sorveglianza TIRNet

Mappa di temperatura superficiale da satellite (sensori ASTER e Landsat8)

 

Sismicità del vulcano Ischia e degassamento del magma

Figura: a), b), c) Dati di livellazione osservati nel periodo 1987-2014, modellati e residui (dati osservati meno modellati), rispettivamente. La proiezione in superficie della sorgente sill e della faglia sono riportati in verde. d) Variazione di volume relativa al sill (in nero) e alla faglia soggetta a creep (rosso) in funzione del tempo. Il tratteggio è la variazione di volume media. e) Spostamento verticale lungo la linea A-A' orientata in direzione NW-SE come mostrata in figura c). I quadrati neri sono i benchmark di livellazione, mentre i triangoli rossi sono i GPS prossimi al profilo A-A'.

 

Studio di nuove missioni spaziali per l’analisi dei fenomeni vulcanici

Comprendere la Terra che cambia esaminando le complesse interazioni tra i diversi processi terrestri è l'obiettivo delle attuali e future missioni di osservazione della Terra, che utilizzano gran parte dello spettro EM (VIS-microonde). Nell’ambito di nuove missioni spaziali che impiegheranno sensori SWIR-MWIR-LWIR, ad alta risoluzione spaziale (<100 m), ne beneficerà lo studio dei fenomeni vulcanici, in particolare per quanto concerne la misura delle temperature delle superfici interessate da colate laviche attive e per la caratterizzazione dei gas vulcanici. Lo studio viene supportato dall’ASI e dal NASA/JPL.

 

Studio dell’eruzione del vulcano Fogo con dati satellitari ottici e SAR:

Analisi interferometrica per la misura delle deformazioni del vulcano e inversione delle stesse per l’identificazione della sorgente vulcanica (dicco con modello Okada) da dati SAR in banda C (Sentinel-1) e banda X (COSMO-SkyMed), dove sono state utilizzate coppie interferometriche, sia su orbita ascendente sia su orbita discendente.

 

Inversione dei dati InSAR per la stima della sorgente eruttiva.

 

 

Valutazione del campo di lava ottenuto integrando mappe di change detection calcolate con dati telerilevati provenienti dai sensori ottici dei satelliti Landsat-8 e EO-1. Mappatura dell’evoluzione dei depositi di lava dell’eruzione di Novembre 2014 del vulcano Fogo (Capo Verde).