Figura 1. Interferogramma ottenuto dall’analisi dei dati Sentinel-1 (ESA) relativi all’eruzione del vulcano Pico do Fogo a Capo Verde, avvenuta a novembre 2014. La lava è stata emessa non dal cratere ma alla base del cono eruttivo, all’interno della caldera, dove le frange si concentrano. Ogni ciclo di colore corrisponde ad uno spostamento di 2.7 cm. Elaborazione a cura dell’infrastruttura di Telerilevamento dell’ONT.
Il laboratorio GEOSAR è una infrastruttura dedicata all’elaborazione e analisi di dati SAR (Synthetic Aperture Radar) e relativa interpretazione in chiave geologica e geotecnica.
Il laboratorio incentra la sua attività sull'uso della tecnica di elaborazione nota come Interferometria Differenziale SAR o InSAR e le sue versioni avanzate di tipo multi-temporale. Tali tecniche vengono utilizzate per lo studio della deformazione del suolo, e sono considerate come metodologie consolidate, robuste e affidabili. In termini semplificati, combinando in maniera opportuna due immagini SAR acquisite prima e dopo l’evento in esame, si può calcolare lo spostamento del suolo avvenuto con precisione millimetrica con una risoluzione spaziale di qualche decina di metro (video InSAR). L’immagine ottenuta è detta interferogramma. Sia nel campo delle deformazioni cosismiche causate dai terremoti che nel campo delle analisi di deformazioni crostali della fase inter-sismica o post-sismica (scheda Terremoti), al pari delle deformazioni in ambiente vulcanico (scheda Vulcani), o in aree urbane e costiere (scheda Ambiente), l’InSAR (e la relativa evoluzione InSAR multi-temporale) permette di ottenere importanti informazioni che possono essere di supporto al monitoraggio del territorio e alla gestione delle emergenze in caso di catastrofi naturali, in particolare terremoti di medio-elevata magnitudo, aree a intensa attività vulcanica e emergenze ambientali. Oggi, grazie all’avvento di nuovi e più performanti sensori e costellazioni di satelliti equipaggiati con sensori SAR (come ad esempio la missione Sentinel-1 dell’Agenzia Spaziale Europea - ESA, o la missione COSMO-SkyMed dell’Agenzia Spaziale Italiana - ASI), è possibile pensare allo sviluppo di servizi operativi tempestivi per la creazione di mappe di deformazione del suolo e serie temporali di spostamento superficiale.
Il laboratorio si avvale di un sistema di calcolo e storage delle immagini SAR e dei prodotti elaborati, basato su architetture di super calcolo cloud per ottimizzare, velocizzare e automatizzare la generazione dei prodotti.
Gli esperti del laboratorio GEOSAR interpretano il dato di spostamento al suolo misurato con tecniche InSAR in chiave geologica per spiegare i fenomeni deformativi in atto alle diverse scale spaziali e temporali. Tra i principali fenomeni geologici oggetto di studio, particolare attenzione viene rivolta alle analisi di deformazione legate a:
- strutture tettoniche, quali faglie attive e sismogenetiche;
- movimenti di magma nelle aree vulcaniche;
- subsidenza naturale per migrazione di fluidi indotta da fenomeni vulcanici, di consolidazione e tettonici;
- subsidenza di tipo antropico per consolidazione indotta da carichi e per estrazione di fluidi;
- movimenti di massa quali frane e deformazioni gravitative profonde di versante;
- fenomeni carsici epigei e ipogei;
- fenomeni idrogeologici legati a sistemi idrostrutturali e idrostratigrafici complessi.
L’interpretazione si basa sull’integrazione di mappe di spostamento e velocità del suolo calcolate con tecnica InSAR, insieme a tecniche di indagine e metodologie quali:
- raccolta di dati geologici e geomorfologici di terreno;
- uso di nuove tecnologie informatiche per trattare in modo interdisciplinare e interoperabili i dati geolocalizzati;
- generazione di modelli analitici e numerici con reologie elastiche e inelastiche (in campo poroso-elastico, elasto-plastico e viscoelastico) a supporto dell’interpretazione dei fenomeni di deformazione del suolo in ambito sismologico, vulcanico e ambientale.
Il Laboratorio GEOSAR è trasversale alle diverse attività che si svolgono all’interno dell’Istituto e si interfaccia con le UF dell'ONT per le attività di progetto e con gli asset infrastrutturali.
I prodotti di deformazione che il laboratorio produce sono di due classi: singoli interferogrammi, utili per eventi singoli come la mappatura della deformazioni cosismica, cioè causata da un terremoto (Figure 1 e 2), e prodotti derivati da tecnica InSAR multi-temporale (Figura 2), come le mappe di velocità media (in mm/anno) e le serie temporali di deformazione del suolo.
Figura 2. Mappa di deformazione cosismica (interferogramma) del terremoto de L’Aquila 2009 ottenuta da dati COSMO-SkyMed dell’ASI. Lo spostamento è rappresentato sotto forma di frange colorate risultanti dall’interferometria. Ogni ciclo di colore corrisponde ad uno spostamento di 1.5 cm. Elaborazione a cura dell’infrastruttura di Telerilevamento dell’ONT.
Figura 3. Mappe di accelerazione (A) e velocità media (B) al suolo e serie temporali di deformazione (C) delli fasi inter-sismiche e post-sismiche relative al terremoto de L’Aquila 2009. Dati acquisiti dal satellite RADARSAT-2 dell’Agenzia Spaziale Canadese e COSMO-SkyMed dell’Agenzia Spaziale Italiana. Elaborazione a cura dell’infrastruttura di Telerilevamento dell’ONT.