Ricciardi, Giuseppe

Since 2018, INGV funded 3 projects aimed to detect ground deformations and gravity variations over different timescale in the area where the recent seismic events of L’Aquila (2009, Mw 6.3) and Amatrice-Norcia (2016, Mw 6.1 and 6.5) took place. The consequent static deformation field reached several centimetres and the modelled impact of such events could have modified the gravity field up to 170 μGal. Furthermore, the medium-long-term gravity and ground deformation variations related to post-seismic relaxation are expected as consequence of vertical deformation of the Earth surface and/or of the internal boundaries separating layers at depth with different densities. In addition, the L’Aquila area is affected by deformations induced by ground water level changes in the aquifers. Therefore, a multidisciplinary approach carrying out joint measurements of deformation and gravity is fundamental to understand the role of each geophysical process. To this aim, a network of 3 (Terni, Popoli, Sant’Angelo Romano) new non-permanent GNSS stations was realized outside the buildings hosting the absolute gravity stations. At L’Aquila, a permanent GNSS station managed by the Italian Space Agency (AQUI) is continuously working on the rooftop terrace of the Science Faculty, and positioned vertically with respect to the gravimetric station (AQUIg), which is located 4 floors below. Since 4 absolute gravimetric sites are located indoor, the precise coordinates of the gravity benchmark have been obtained by classical topographic surveys, connecting the indoor site to the outdoor GNSS reference point. Here we present the gravity and ground deformation variations observed in the period 2018-2022 after five measurement campaigns.

In this poster we present the realization and the surveys performed to establish a new reference gravity and elevation network in Sicily with the aim to provide new reference systems useful for all the scientific and technological activities related to the gravity field and to the proper definition of a modern height system in this region. This network belongs to the under construction new Italian Reference Gravity Network (G0) that is part of the INGV Project Pianeta Dinamico, Task S2, during the period 2019-2022. The Sicilian network encloses 5 stations (Catania, Centuripe, Milazzo, Noto, and Palermo), evenly distributed forming a large mesh network which roughly covers the entire Sicily (Fig.1). All absolute stations are hosted inside structures that guarantee protection for the instrumentation during the measurements and the necessary power supply. In addition to the absolute gravity value, at each station, the vertical gravity gradient and the gravity difference (Δg) between the indoor absolute gravity and an outdoor satellite station were also measured. Gravity measurements were carried out between the end of 2021 and the 2022 with the Microg LaCoste FG5#238 and the Scintrex CG-6 gravimeters for absolute and relative measurements, respectively. Gravity data have been corrected for known effects ensuring the reliability and accuracy at the µGal level. The coordinates and the orthometric heights were at the same time measured with mixed terrestrial and satellite local networks at each site. The precise coordinates obtained after the adjustments were useful to post-process the absolute gravity data and to refer all the gravity measurements presented in this work to the equipotential surface of the gravity field. Since three of the five selected stations were measured in the past, it was also possible to evaluate the long-term stability of the gravity values at these stations.

Crustal deformations are widely studied in Italy by analyzing data from GNSS permanent networks. However, deformations can be generated by very different geophysical processes related to tectonics but also to fluid circulation and density variations. Therefore, it is very important to understand if the detected deformations are connected to gravity variations (Greco et al., 2021a). Since 2018, INGV funded 3 projects aimed to detect ground deformations and gravity variations over different timescale in the area where the recent seismic events of L’Aquila (2009, Mw 6.3) and Amatrice-Norcia (2016, Mw 6.1 and 6.5) took place. The consequent static deformation field reached several centimetres and the modelled impact of such events could have modified the gravity field up to 170 μGal (Riguzzi et al., 2019). Furthermore, the medium-long-term gravity and ground deformation variations related to post-seismic relaxation are expected as consequence of vertical deformation of the Earth surface and/or of the internal boundaries separating layers at depth with different densities. In addition, the L’Aquila area is affected by deformations induced by ground water level changes in the aquifers (Devoti et al., 2018). Therefore, a multidisciplinary approach carrying out joint measurements of deformation and gravity is fundamental to understand the role of each geophysical process. To this aim, a network of 3 (Terni, Popoli, Sant’Angelo Romano) new non-permanent GNSS stations was realized outside the buildings hosting the absolute gravity stations (Greco et al., 2021b). At L’Aquila, a permanent GNSS station managed by the Italian Space Agency (AQUI) is continuously working on the rooftop terrace of the Science Faculty, and positioned vertically with respect to the gravimetric station (AQUIg), which is located 4 floors below (Fortunato et al., 2020). Since 4 absolute gravimetric sites are located indoor, the precise coordinates of the gravity benchmark have been obtained by classical topographic surveys, connecting the indoor site to the outdoor GNSS reference point. In the poster we describe the procedure and results followed to achieve the coordinates of both the GNSS and the absolute gravimetric sites. Furthermore, we also present the results over the short and the medium-long-term obtained by repetitive combined GNSS and integrated absolute and relative gravity measurements.

L'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) è componente del Servizio Nazionale di Protezione Civile, ex articolo 6 della legge 24 febbraio 1992 n. 225 ed è Centro di Competenza per i fenomeni sismici, vulcanici e i maremoti per il Dipartimento della Protezione Civile Nazionale (DPC). L’Osservatorio Vesuviano, Sezione di Napoli dell’INGV, ha nei suoi compiti il monitoraggio e la sorveglianza H24/7 delle aree vulcaniche attive campane (Vesuvio, Campi Flegrei e Ischia). Tali attività sono disciplinate dall’Accordo-Quadro (AQ) sottoscritto tra il DPC e l’INGV per il decennio 2012-2021 e sono dettagliate negli Allegati A e B del suddetto AQ. Il presente Rapporto sul Monitoraggio dei Vulcani Campani rappresenta l’attività svolta dall’Osservatorio Vesuviano e dalle altre Sezioni INGV impegnate nel monitoraggio dell’area vulcanica campana nel secondo semestre 2019.

L'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) è componente del Servizio Nazionale di Protezione Civile, ex articolo 6 della legge 24 febbraio 1992 n. 225 ed è Centro di Competenza per i fenomeni sismici, vulcanici e i maremoti per il Dipartimento della Protezione Civile Nazionale (DPC). L’Osservatorio Vesuviano, Sezione di Napoli dell’INGV, ha nei suoi compiti il monitoraggio e la sorveglianza H24/7 delle aree vulcaniche attive campane (Vesuvio, Campi Flegrei e Ischia). Tali attività sono disciplinate dall’Accordo-Quadro (AQ) sottoscritto tra il DPC e l’INGV per il decennio 2012-2021 e sono dettagliate negli Allegati A e B del suddetto AQ. Il presente Rapporto sul Monitoraggio dei Vulcani Campani rappresenta l’attività svolta dall’Osservatorio Vesuviano e dalle altre Sezioni INGV impegnate nel monitoraggio dell’area vulcanica campana nel primo semestre 2019.

A first combined absolute gravity and GNSS network of 5 stations distributed between Lazio, Umbria and Abruzzo regions, was realized in 2018 in order to lay the basics for a multidisciplinary approach to natural risk assessment in the area of Central Italy, affected by the 2009 and 2016 seismic activity. Up to now, two absolute gravity campaigns were carried out using the transportable Microg LaCoste FG5#238 and the portable A10#39 absolute gravimeters. The locations of gravimetric sites have been chosen indoor to allow optimal condition of measure; therefore, the heights of the indoor sites have been determined by joining the outdoor GNSS with classical topographic surveys. The good results obtained after the campaigns and data processing lay the foundations for a new multidisciplinary approach to study also seismogenetic areas. In this paper, we present the gravity and GNSS station monographs, together with the absolute gravity values and the coordinates resulting from the first field surveys.

Since 1981, relative gravity measurements have routinely carried out at the Campi Flegrei caldera, a densely populated area. The gravity network also includes two absolute stations periodically measured with a laboratory absolute gravimeter, which does not permit field measurements. At the end of 2014, the Osservatorio Vesuviano, Section of Napoli of the Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV-OV), acquired a portable absolute gravimeter that allows field operations on outdoor sites. Therefore, in 2015 a dense absolute gravity network was established in Campi Flegrei. This will permit an advanced approach for volcano monitoring. The net consists of 36 stations, 34 of which located inside the caldera and placed upon or very close to gravity stations belonging to the relative network. Five surveys were carried out on June 2015, on February and November 2017, on October 2018 and on October 2019. The comparison with height changes suggests that significant Δg are partly due to the uplift occurred over the same time intervals and mostly to shallow processes associated to the dynamic of the local hydrothermal system. The comparison with the gradients observed during the last large uplift (1982-1984) and the following subsidence (1985-2003) confirms this observation. These results suggest that the present activity may be due to a transient or pulsating phenomenon as the alternating recharge/discharge of fluids in the surface hydrothermal system. Gravity changes detected by absolute measurements are in good agreement with those obtained by relative ones, and confirms the feasibility of this methodology for volcano monitoring. Finally, they also encourage replacing the relative networks with absolute ones, with all the consequent advantages.

Volcanic risk at Vesuvius is one of the highest in the world due to the ~670,000 inhabitants living in the Red Zone, the area exposed to both pyroclastic flows and tephra fallout, to be evacuated before renewal of any eruptive activity. The national emergency plan for Vesuvius builds its risk zonation on a scenario similar to the last sub-Plinian eruption, which occurred in 1631. This study aims at providing new insights on the geometry of the caldera associated with this historical eruption. The impact of past Vesuvius eruptions on present-day soil CO2 concentration has been investigated by means of an extended geochemical survey carried out for identifying the circulation pathways of hydrothermal fluids inside the volcano. We performed 4,018 soil CO2 concentration measurements over the whole Somma-Vesuvius volcanic complex, covering an area of 50 km2. Besides relatively low values, the results show a significant spatial CO2 concentration heterogeneity over Somma-Vesuvius ranging from the atmospheric value (~400 ppm) up to ~24,140 ppm. The summit of Vesuvius shows an area with anomalous CO2 concentrations well matching the crater rim of the 1906 eruption. Along the cone flanks, secondary CO2 anomalies highlight a roughly circular preferential pathway detected along 8 radial profiles at distances between ~840 m and ~1,150 m from the bottom of the present-day crater resulting from the last eruption in 1944. In depth review of the available literature highlights an agreement between this circle-like shaped anomaly and the 1631 sub-Plinian eruption caldera boundary. Indeed, based on the historical chronicles the depression produced by the 1631 eruption had a diameter of 1,686 m, whereas the CO2 circular anomaly indicates a diameter of 1,956 m. Finally, the results were compared with a 3-D density model obtained from a recent gravity survey that corroborates both the literature and the CO2 data in terms of potential buried structure at the base of the Vesuvius cone.

L’attività presentata è parte del Progetto dal titolo “Feasibility of an absolute gravity network in central Italy: toward a multi-disciplinary approach to natural risk assessment”, finanziato dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) nell’ambito dei Progetti di Ricerca Libera finalizzati allo studio e al monitoraggio dei rischi naturali dell’Italia Centrale. Lo scopo del progetto è la realizzazione di una rete gravimetrica, assoluta e relativa, e di stazioni GPS a larga scala in Italia Centrale, nelle aree interessate dalla più recente attività sismica, e di gettare le basi per un approccio multidisciplinare alla valutazione del rischio naturale. La fattibilità del progetto è stata possibile per la disponibilità presso l’INGV di due gravimetri assoluti, uno da laboratorio (Micro-g LaCoste FG5#238) e uno da campagna (Micro-g LaCoste A10#39). La finalità principale del progetto è quella di rilevare, mediante l’occupazione di siti già esistenti sul territorio e misurati in passato, eventuali variazioni della gravità e di deformazioni del suolo occorse su lungo periodo. Dopo una ricerca sull’esistenza di vertici gravimetrici e GPS nel territorio, di interesse per il progetto, e a seguito di sopralluogo, sono stati selezionati 5 siti distribuiti tra Lazio e Abruzzo, come illustrato nella Fig.1. Figura 1: Distribuzione delle stazioni selezionate per misure gravimetriche e GPS in Centro Italia. Due vertici di misure relative (Terni e Popoli), appartenenti alla rete del rilievo gravimetrico condotto dall’ING nel 1954 (Morelli, 1955), sono stati collegati a due stazioni assolute instituite nell’ambito del presente progetto nella stessa area; la stazione assoluta di Sant’Angelo Romano è stata istituita nel 2005 nell’ambito di un Progetto di Ricerca INGV-DPC sui Colli Albani (Berrino et al., 2006; Riguzzi et al., 2007; D’Agostino et al., 2008); un sito per misure relative presso i laboratori superficiali dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) istituito nel 2010 nel corso di indagini svolte a seguito dell’evento sismico del 2009 e quando fu contemporaneamente realizzata anche una stazione assoluta nel centro della città di L’Aquila (Berrino et al., 2010); la stazione assoluta all’Aquila presso l’Università di Coppito è stata istituita nel corso del presente progetto in sostituzione di quella realizzata nel 2010 attualmente non occupabile. La prima campagna di misure è stata effettuata nella seconda metà di giugno 2018 durante la quale sono state effettuate: a) misure assolute dell’accelerazione di gravità, con il solo gravimetro FG5#238 per indisponibilità dell’A10#39; b) misure gravimetriche relative per i collegamenti tra i vari vertici assoluti e le rispettive stazioni satelliti relative, e per la misura del locale gradiente verticale della gravità nelle stazioni assolute; c) misure GPS e topografiche classiche per il posizionamento dei siti di misura e il riporto della quota, anche da capisaldi altimetrici dell’IGMI dove esistenti. Una seconda campagna di misura è stata svolta tra la fine di settembre e gli inizi di ottobre 2018 durante la quale sono state effettuate solo misure assolute di gravità, ma con entrambi i gravimetri disponibili, e ulteriori misure GPS e topografiche classiche. Nel corso della seconda campagna, data la possibilità dell’utilizzo del gravimetro assoluto da campagna, è stata anche effettuata la misura assoluta sul sito relativo dei LNGS superficiali. L’utilizzo congiunto dei due gravimetri permette la loro inter-comparazione, utile allo scopo di poter effettuare le misure assolute anche separatamente in qualsiasi altra eventuale occasione che comporta l’utilizzo di più strumenti. Il gravimetro FG5#238 è stato già più volte inter-comparato con il gravimetro di riferimento italiano (Jiang et al., 2012; Greco et al., 2015; Pálinkáš et al., 2017), che è il gravimetro Standar Primario IMGC-02 realizzato presso l’Istituto Nazionale per la Ricerca Metrologica (INRiM) di Torino; mentre per l’A10 è in fase di attuazione l’inter-comparazione direttamente presso i Laboratori dell’INRiM. L’inter-comparazione tra strumenti è, come ben noto, fondamentale per l’omogeneizzazione dei dati, e la procedura seguita rientra nelle indicazioni date nel 2014 dalla Consultive Committee for Mass and related quantities (CCM) della International Association of Geodesy (IAG) (CCM-IAG Strategy for Metrology in Absolute Gravimetry). Alcune delle stazioni assolute misurate nel presente progetto faranno parte della Rete Gravimetrica Italiana di Riferimento “G0”, che è in fase di progettazione e che sarà costituita da sole stazioni assolute della gravità opportunamente misurate e/o rimisurate. Sebbene i dati raccolti siano ancora in corso di analisi, i risultati ottenuti hanno permesso di evidenziare le variazioni di gravità e di quota occorse ai singoli vertici, sia con riferimento al periodo relativo all’istituzione di ciascun vertice (relativo o assoluto) che tra le due campagne; e in particolare, dall’analisi congiunta dei dati gravimetrici assoluti e relativi, è stato possibile confermare il bias di circa -14 mGal alla stazione di Potsdam, utilizzata come riferimento nella maggior parte dei rilievi gravimetrici condotti in Italia sin dagli anni ’50. Saranno presentati, discussi e analizzati i risultati preliminari ottenuti dalle indagini effettuate.