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Sicali, Antonino
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- PublicationOpen AccessLinee guida e criticità nella progettazione di sistemi per l’acquisizione di dati geofisici in prossimità di vulcani attivi(2016)
; ; ; ; ; Nel monitoraggio e nella sorveglianza dei vulcani attivi ricoprono un ruolo di prim’ordine i sistemi di acquisizione dati. In commercio esistono già diversi sistemi pronti all’uso, utilizzabili per acquisire i più svariati tipi di segnali, quindi l’idea di progettare un nuovo sistema può sembrare alquanto strana. Ciononostante, molto spesso, non si riesce a trovare ciò di cui si ha bisogno e questo porta alla necessità di compiere qualche adattamento, ottenendo il più delle volte un sistema ibrido, instabile e troppo complesso. L’esperienza maturata negli anni ha permesso d’identificare poche decine di punti essenziali per il buon funzionamento dei sistemi di acquisizione. Questo documento nasce dalla necessità di riunire tali specifiche e ottenere un promemoria da seguire, sia in fase di progettazione che durante l’esame di un sistema esistente. Si può quindi utilizzare il documento anche per classificare qualunque sistema di acquisizione, in termini di affidabilità ed efficienza, che debba essere utilizzato in aree di estremo funzionamento. Le zone di estremo funzionamento sono tutte quelle in cui i parametri come la temperatura e l’umidità raggiungono valori limite, in cui possono essere presenti gas corrosivi, condizioni meteo estreme come alluvioni, neve, forte vento, tempeste di sabbia, e nel caso specifico dei vulcani, colate e fontane di lava. Le specifiche riportate in seguito derivano essenzialmente dall’esperienza maturata negli ultimi due decenni grazie all’osservazione quanto più oggettiva possibile del comportamento e dei problemi riscontrati nei sistemi dislocati sul M.te Etna e sull’Isola di Stromboli. Le specifiche sono riassunte sinteticamente nelle tabelle 1 e 2 allegate. Il testo non si prefigge lo scopo di esaurire completamente gli argomenti trattati ma di creare uno spunto di discussione sui sistemi di acquisizione. Dovrebbe permettere, soprattutto a chi non ha precedente esperienza sull’argomento, di evitare alcuni errori grossolani nella progettazione e di assicurarsi la buona riuscita di un progetto. Non sono importanti i dettagli poiché cambiano per ciascuna applicazione ma sono invece importanti le linee guida e la filosofia con cui si affronta il problema.172 19 - PublicationOpen AccessSoftware per la sincronizzazione dei sistemi di acquisizione attraverso l’uso del GPS: implementazione hardware per architettura PC/104(2016)
; ; ; ; ; Dal 1998 la rete magnetica dell’Etna provvede all’acquisizione del campo magnetico totale a una frequenza di campionamento di 0.2 Hz, una misura ogni 5 secondi. Inizialmente il sistema provvedeva alla sincronizzazione delle misure acquisite attraverso la linea di trasmissione [Del Negro et al., 1998]. Un’idea molto semplice da attuare a costo zero, che può nascondere comunque diversi problemi. Durante i periodi di avaria del sistema di trasmissione, che possono accadere più spesso di quando si creda, l’acquisizione può subire una forte deriva temporale a causa della base dei tempi, generalmente un RTC (Real Time Clock), imprecisa. Utilizzando particolari tecnologie, come i GSM (Global System for Mobile Communications), in luoghi con copertura non totale, si potrebbe esporre il sistema anche a blackout temporanei. Sul M.te Etna accade molto spesso che non ci sia la possibilità di sincronizzare l’acquisizione attraverso la linea di trasmissione. Inoltre, in alcuni siti non esiste un collegamento telemetrico utilizzabile per lo scopo poiché le misure sono acquisite solamente in locale. In altre situazioni la sincronizzazione attraverso i sistemi di trasmissione potrebbe essere addirittura insufficiente e imprecisa, a causa della loro velocità troppo bassa e assolutamente non confrontabile con la frequenza di campionamento. Il sistema di sincronizzazione che utilizza una linea di trasmissione per sincronizzare una base dei tempi si basa sul concetto che il ritardo nella ricezione dei pacchetti rimanga costante o almeno sia prevedibile. Alcuni sistemi come NTP (Network Time Protocol) che viaggiano sulle reti tipo Ethernet, la cui velocità è molto superiore alla precisione richiesta dalla maggior parte dei sistemi di acquisizione utilizzati nella geofisica, potrebbero funzionare discretamente. Altri, utilizzanti una semplice connessione GSM potrebbero avere non pochi problemi, in quanto, i pacchetti non viaggiano sempre alla medesima velocità. Con i sistemi tipo GSM è molto difficile raggiungere una precisione accettabile. La sincronizzazione via GSM è perfetta per stazioni che acquisiscono un campione ogni cinque secondi, ma limita qualsiasi incremento della frequenza di campionamento. Per ovviare ai limiti delle trasmissioni GSM e cercare di diminuire l’errore, si sono adottati nel tempo molti accorgimenti. Ridurre la lunghezza dei pacchetti inviati e l’intervallo tra il pacchetto di test e di sincronismo, aiuta a minimizzare l’errore. Lo scopo è di evitare fluttuazioni di velocità nel canale di trasmissione, terminando le operazioni di sincronizzazione nel minor tempo possibile. Nonostante ciò, per migliorare i risultati della sincronizzazione e ovviare a tutti quei problemi derivanti dal sistema fino allora adottato, si è deciso di ricercare un modello alternativo.155 21 - PublicationRestrictedA multidisciplinary strategy for in-situ and remote sensing monitoring of areas affected by pressurized fluids: Application to mud volcanoes: A multidisciplinary environmental monitoring strategy(2016)
; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; Abstract — A multidisciplinary strategy integrating a data set obtained using different mthods and techniques, ranging from remote sensing (UAV system, FTIR, thermal imaging) to direct field measurements (soil heat flux, soil CO2 flux, gravimetry and geomagnetism) proved highly capable of modeling regions affected by pressurized fluids circulation and extreme natural environments. As a test site, the Salinelle mud volcanoes area, located close to the city of Paternò (Sicily), was selected. This area is characterized by gas exhalations through water/mud vents. Detailed morpho-structural information, GIS thematic maps and geochemail signature of the released gas were quickly retrieved. This study showed that by integrating and harmonizing many disciplines of geosciences it is possible to get a comprehensive geological model of the studied area. Results, showed the accurate detection of structural setting of such an area and the opportunuty to monitor the spatial/temporal evolution of water/mud vents. The proposed approach allowed to expand the use of each single technique beyond its traditional applications and to make it a potential tool for many fields of geoscience.1760 6 - PublicationOpen AccessMagma Migration at Shallower Levels and Lava Fountains Sequence as Revealed by Borehole Dilatometers on Etna Volcano(2021-09-08)
; ; ; ; ; ; ; A main challenge in open conduit volcanoes is to detect and interpret the ultra-small strain (<10–6) associated with minor but critical eruptions such as the lava fountains. Two years after the flank eruption of December 2018, Etna generated a violent and spectacular eruptive sequence of lava fountains. There were 23 episodes from December 13, 2020 to March 31, 2021, 17 of which in the brief period 16 February to 31 March with an intensified occurrence rate. The high-precision borehole dilatometer network recorded significant strain changes in the forerunning phase of December 2020 accompanying the final magma migration at the shallower levels, and also during the single lava fountains and during the entire sequence. The source modeling provided further information on the shallow plumbing system. Moreover, the strain signals also gave useful information both on the explosive efficiency of the lava fountains sequence and the estimate of erupted volume. The high precision borehole dilatometers confirm to be strategic and very useful tool, also to detect and interpret ultra-small strain changes associated with explosive eruptions, such as lava fountains, in open conduit volcanoes.508 16 - PublicationOpen AccessNear real-time filtering of high precision borehole strainmeter signalsfor volcano surveillance(2022)
; ; ; ; ; ; ; Volumetric strain signal recorded by the Sacks-Evertson strainmeter has a very high resolution and can measure small strain changes (down to 10(-9)) accompanying volcanic processes. However, different disturbing components perturb the recorded strain signal. These disturbances can mask ultra-small strain changes related to volcano activity and thus need to be filtered in order to accurately monitor volcano deformation. We developed the software STRALERT (STRain and wArning signaLs in nEar Real-Time) to provide both the recorded and the filtered strain signals in near real-time to the Surveillance Room of the "Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia - Osservatorio Etneo" which monitors the Etna activity. The software encloses a modified version of the code BAYTAP-G for filtering the incoming signal from the continuously running strainmeter at Etna. Thanks to the appropriate and robust signal filtering, STRALERT is capable to provide anefficient estimate of transient strain changes, which concur in tracing volcano deformation and detecting the onset and the conclusion of eruptive events. Our findings demonstrate the important contribution of STRALERT for volcano surveillance operations.330 35 - PublicationRestrictedAutomated system for magnetic monitoring of active volcanoes(2002)
; ; ; ;Del Negro, C.; Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione Catania, Catania, Italia ;Napoli, R.; Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione Catania, Catania, Italia ;Sicali, A.; Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione Catania, Catania, Italia; ; In order to provide a basis for short-term decision- making in the forecasting and monitoring of volcanic activity, we developed an entirely automated system of data acquisition and reduction for magnetic data. The system (Mag-Net) is designed to provide monitoring and analysis of magnetic data on Etna volcano at large distances from the central observatory. The Mag-Net system uses data from an array of continuously recording remote stations spread over the volcanic area and linked by mobile phone to the control center at the local observatory. At this location a computer receives the data and performs data sorting and reduction as well as limited evaluation to detect abnormal behavior or breakdown of remote sensors. Communication software, called Mag- Talk, is also designed to provide data to distant users. With a view to using continuous magnetic observations in advanced analysis techniques for volcano monitoring, the Mag-Net system also delivers two graphical user interface based applications to provide an interpretation capability. The former, called MADAP, speeds up all the data reduction processes in order to evaluate the reliability of magnetic signals. The latter, called VMM, is a procedure for modeling magnetic fields associated with tectonic and volcanic activity to facilitate the identification and interpretation of the sources of a wide spectrum of magnetic signals.229 23 - PublicationOpen AccessAdvances in Understanding Intrusive, Explosive and Effusive Processes as Revealed by the Borehole Dilatometer Network on Mt. Etna Volcano(2020)
; ; ; ; ; ; ; ; ; For detecting below surface sources of deformation, strain measurements offer a very large advantage (orders of magnitude) in sensitivity over displacement measurements. On active volcanoes an intriguing open challenge is to measure the strain variations caused by the different types of eruptive activity with the highest possible precision in order to obtain advantages on the clear detecting of phenomena, their modeling and understanding. We present the updated main results obtained from the high precision strain recorded by the borehole dilatometer network on Mt. Etna volcano. The instruments, installed from the end of 2011, detected significant changes during different types of eruptive activity: several lava fountains during 2011–2014; two explosive sequences in 2015 and 2016; moderate effusive activity in 2017 and a dike intrusion in 2018. The strain changes provided powerful diagnostic information on the different ongoing processes, and allowed us to add key information on the different eruptive styles and sources. We also highlight how the recorded signals, with the associated modeling and interpretation, provide a powerful contribution to surveillance requirements on an active volcano. This report demonstrates that the borehole dilatometer network represents a useful tool both for the understanding of the volcano processes and for surveillance needs.649 33 - PublicationOpen AccessReal-time signal processing of high-precision borehole strainmeters atMt. Etna for volcanic surveillance and eruptive events detection(2022-06-23)
; ; ; ; ; ; ; Borehole strainmeter observations at Etna volcano have revealed strain variations associated with volcano activity. In order to automatically identify volcano-related strain changes and track the eruptive activity, we designed the program STRALERT to provide an efficiently filtered strain signal and perform the event detection. By running in near real time, STRALERT contributes to volcanic surveillance operations.377 23 - PublicationOpen AccessLa rete dei dilatometri in pozzi profondi dell’Etna.(2015)
; ; ; ;Bonaccorso, A.; Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione Catania, Catania, Italia ;Currenti, G.; Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione Catania, Catania, Italia ;Sicali, A.; Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione Catania, Catania, Italia; ; Dopo una lunga fase preparatoria sull’Etna è stata installata una rete composta da 4 dilatometri installati in pozzi profondi. Questa attività è avvenuta in due fasi successive (2010-2011 e 2013) supportate da altrettanti progetti di ricerca. I dilatometri da pozzo sono installati in fori trivellati a profondità solitamente maggiori di 100 m, e misurano lo strain volumetrico a cui è sottoposta la roccia circostante potenzialmente con precisioni nominali fino a 10-12 in un ampio intervallo di frequenze (10-7 – 102 Hz). In questo lavoro sono illustrate le caratteristiche degli apparati utilizzati, le metodologie di installazione in pozzo, e le problematiche della gestione strumentale. Vengono poi descritti i risultati delle calibrazioni strumentali ottenute dopo l’installazione tramite le differenti metodologie. Sono inoltre illustrati i risultati ottenuti dalle variazioni di strain registrate nel breve termine durante le numerose fontane di lava emesse dall’Etna nel periodo2011-2013, e sono anche presentate le variazioni di segnale registrare a tutte le stazioni durante l’ultima fontana di lava del 28 Dicembre 2014. Infine sono anche mostrate le potenzialità del segnale a rilevare nel medio-lungo termine variazioni significative connesse a differenti fasi dell’attività vulcanica. After a long preparatory phase on Etna a network of 4 borehole dilatometers has been installed. This activity took place in two successive phases (2010-2011 and 2013) supported by two research projects. The borehole dilatometers are installed in holes drilled at depths usually greater than 100 m, and they measure the volumetric strain of the surrounding rock potentially with nominal precision up to 10-12 in a wide frequency range (10-7 – 102 Hz). In this paper we describe the characteristics of the equipment used, the methods for the borehole installations, and the problematic related to the instrumental working. We describe the results of the instrumental calibrations obtained by different methods after the installations. We illustrate the results obtained by the changes of strain recorded in the short-term during the several lava fountains emitted from Etna during 2011-2013, and we also show signal changes recorded at all four stations during the last lava fountain of 28 December 2014. Finally, we show the potential of the signal in the medium-term to detected significant changes related to different stages of volcanic activity.413 430 - PublicationOpen AccessHigh-precision gravity measurements using absolute and relative(2011-07)
; ; ; ; ; ; ; ;Pistorio, A.; Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione Catania, Catania, Italia ;Greco, F.; Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione Catania, Catania, Italia ;Currenti, G.; Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione Catania, Catania, Italia ;Napoli, R.; Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione Catania, Catania, Italia ;Sicali, A.; Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione Catania, Catania, Italia ;Del Negro, C.; Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione Catania, Catania, Italia ;Fortuna, L.; Università di Catania, Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Elettronica e Informatica (DIEEI), Catania, Italy; ; ; ; ; ; Accurate detection of time gravity changes attributable to the dynamics of volcanoes requires high-precision gravity measurements. With the aim of improving the quality of data from the Mount Etna gravity network, we used both absolute and relative gravimeters in a hybrid method. In this report, some of the techniques for gravity surveys are reviewed, and the results related to each method are compared. We show how the total uncertainty estimated for the gravity measurements performed with this combined use of absolute and relative gravimeters is roughly comparable to that calculated when the measurements are acquired using only relative gravimeters (the traditional method). However, the data highlight how the hybrid approach improves the measurement capabilities for surveying the Mount Etna volcanic area. This approach enhances the accuracy of the data, and then of the four-dimensional surveying, which minimizes ambiguities inherent in the gravity measurements. As a case study, we refer to two gravity datasets acquired in 2005 and 2010 from the western part of the Etna volcano, which included five absolute and 13 relative stations of the Etna gravity network.519 399
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