Aiesi, Gianpiero

At the end of the summer 2021, an increase in CO2 emissions at Vulcano brought an increase in the alert level and, consequently, to the upgrade of the monitoring activities by increasing the number of instruments deployed and the rate of the surveys. One of the new devices installed was a geodetic GNSS mobile network for a real-time and high-frequency monitoring of ground deformation, to increase the detail with respect to the existing permanent network. The mobile stations were initially installed at the northern base of the La Fossa crater, where the highest values of soil degassing were recorded. Two stations were co-located with gravimeters, in order to compare and integrate the data. After this very first period of testing, the mobile GNSS array has been reconfigured, to investigate the mud pool area. Thus, four stations were installed around the degassing area, one of them being in the same site of the gravimeter. Data has been acquired at 1 Hz rate and is used for the weekly reporting to Civil Protection. It was the first experience of a light and quick-to-install geodetic real-time and high-rate GNSS mobile network in this area, and it was the occasion for testing its performance, as well as different approaches for the real-time kinematic (RTK) differential positioning in order to find the most suitable for the ongoing phenomena. Furthermore, direct data communication and archiving in the institutional database have been implemented for immediate querying from the control room tools. We report the experiences collected during the installation phase, site selection, RTK approaches, and ground motion and provide the daily raw data in RINEX format for any future precise postprocessing for the mid- to long-term analyses.

This work presents and describes a 20-year long database of GPS data collected by geodetic surveys over the seismically and volcanically active eastern Sicily, for a total of more than 6300 measurements. Raw data were initially collected from the various archives at the Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione di Catania-Osservatorio Etneo and organized in a single repository. Here, quality and completeness checks were performed, while all necessary supplementary information were searched, collected, validated and organized together with the relevant data. Once all data and information collections were completed, raw binary data were converted into the universal ASCII RINEX format; all data are provided in this format with the necessary information for precise processing. In order to make the data archive readily consultable, we developed software allowing the user to easily search and obtain the needed data by simple alphanumeric and geographic queries.

In the present paper we describe the on-land field operations integrated in the TOMO-ETNA experiment carried out in June-November 2014 at Mt. Etna volcano and surrounding areas. This terrestrial campaign consists in the deployment of 90 short-period portable three-component seismic stations, 17 broadband seismometers and the coordination with 133 permanent seismic station belonging to Italy’s Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV). This temporary seismic network recorded active and passive seismic sources. Active seismic sources were generated by an array of air-guns mounted in the Spanish oceanographic vessel “Sarmiento de Gamboa” with a power capacity of up to 5200 cubic inches. In total more than 26,000 shots were fired and more than 450 local and regional earthquakes were recorded. We describe the whole technical procedure followed to guarantee the success of this complex seismic experiment. We started with the description of the location of the potential safety places to deploy the portable network and the products derived from this search (a large document including full characterization of the sites, owners and indication of how to arrive to them). A full technical description of the seismometers and seismic sources is presented. We show how the portable seismic network was deployed, maintained and recovered in different stages. The large international collaboration of this experiment is reflected in the participation of more than 75 researchers, technicians and students from different institutions and countries in the on-land activities. The main objectives of the experiment were achieved with great success.

Il laser scanner, o laser a scansione terrestre (TLS), è uno strumento di rilievo non distruttivo che permette di misurare una grande quantità di punti (milioni) distribuiti sulle superfici fisiche osservate. Per ogni punto si ottengono le coordinate geometriche cartesiane x, y e z e un valore d’intensità, generalmente fornito nell’intervallo [0, 255], cioè nella scala di grigi. L’intensità è una variabile strettamente correlata alla rugosità dei materiali e alle condizioni di umidità al momento del rilievo e, in certi casi, fornisce indicazioni sullo stato di alterazione delle superfici [Pesci e al., 2007; Franceschi et al., 2009]. Il risultato di una singola scansione, cioè la nuvola di punti, è quindi composto dall’insieme delle coordinate e delle intensità (x, y, z, I) di tutti i punti misurati nello stesso sistema di riferimento. I sistemi laser a scansione terrestre (TLS) sono ormai largamente diffusi ed utilizzati nelle più diverse applicazioni. Essi vengono impiegati per rilievi sia ambientali, (per esempio in aree di dissesto idrogeologico o in aree vulcaniche e montane), che architettonici, principalmente in ambiente urbano, e sono ancora molti altri i campi di applicazione. Per esempio: nel rilievo del territorio, grazie alla rapida acquisizione di una elevata quantità punti, è facile la creazione di sezioni, curve di livello e volumetrie; in ambito geologico, anche nelle zone inaccessibili, il sistema permette di definire dei precisi modelli di riferimento (DEM) per lo studio della stabilità dei versanti ed il monitoraggio dei fenomeni di dissesto [Pesci et al., 2011a]; in architettura, grazie all’alta risoluzione ed alla possibilità di integrare l’informazione TLS all’informazione ottenuta dalle immagini digitali (RGB) di fotocamere calibrate è possibile ottenere modelli molto accurati e dettagli morfologici per il restauro, la progettazione, etc..(vedi per esempio: www.centrorestaurovenaria.it). In particolare, è possibile associare ad ogni punto sia il valore di intensità nella scala di grigi, sia il contenuto di colore dell’immagine acquisita (RGB) ed utilizzare una informazione più completa per lo studio della superficie in esame [Pesci et al., 2010]. Il laser scanner ILRIS-ER, che è la versione più potente del modello ILRIS-3D (www.optech.ca) ha delle precise specifiche tecniche fornite nelle brouchure ufficiali (Fig.1) della casa madre Optech (inc), ma riassumendo al massimo si isolano 3 parametri fondamentali: portata, divergenza e passo di campionamento.

Il presente lavoro è stato realizzato con l’obiettivo di divulgare le conoscenze acquisite nell’ambito del monitoraggio delle aree vulcaniche attive italiane mediante sistemi laser scanner terrestri. Le sezioni INGV di Bologna, Roma, Napoli e Catania hanno lavorato congiuntamente sin dal 2007 per sperimentare queste strumentazioni e valutarne l’efficacia per lo studio delle variazioni superficiali in aree spesso caratterizzate da materiali a bassa riflettività e quindi non facili da rilevare. I primi esperimenti sono stati realizzati sul Vesuvio nel 2007 e la ripetizione delle misure ha permesso di ottenere una serie temporale di modelli digitali (DSM) che, analizzati e confrontati, hanno permesso di mappare i crolli di porzioni delle pareti vulcaniche, misurare con precisione le variazioni dei volumi in gioco e di ideare (work in progress) un sistema speditivo per riconoscere le frane attive ed eseguire in tempo reale il rilievo delle zone di interesse. Nonostante l’esperienza vesuviana sia l’unica, per la ricchezza del data-base utilizzato, che al momento ha portato alla produzione di vari lavori scientifici [Pesci et al., 2007; Pesci et al., 2008ab; Pesci et al., 2009; Pesci et al., 2011a], è importante sottolineare che moltissime esperienze sono state fatte in questo senso, in tutte le aree vulcaniche di interesse. Sebbene i dati acquisiti non siano ancora sufficienti per realizzare un lavoro completo, hanno permesso di ampliare la conoscenza sulla metodologia e strumentazione utilizzate, sulle caratteristiche morfologiche delle aree osservate e sulle criticità del rilievo in ambiente vulcanico. Con questo rapporto tecnico si vuole illustrare l’applicazione del sistema laser scanner per il rilievo del fianco settentrionale del cono della Fossa di Vulcano e i risultati preliminari. La Fossa è un piccolo edificio vulcanico formatosi in seguito a numerose eruzioni che hanno prodotto un cono di materiale piroclastico (cenere, tufi e lapilli) negli ultimi 6000 anni [Keller, 1980; De Astis et al., 2006]. Sebbene la maggior parte delle eruzioni sono avvenute nella parte centrale del cono, alcune hanno interessato il suo fianco settentrionale, formando una sorta di cratere eccentrico, chiamato “La Forgia Vecchia” che crea una forte depressione morfologica su quel versante. L’intero cono della Fossa è soggetto a un’intensa erosione e alterazione provocata dalla circolazione di fluidi idrotermali. Già in passato il fianco settentrionale del cono vulcanico è stato interessato da fenomeni di dissesto con una frana che, nel 1988, ha riversato in mare circa 2.105 m3 di roccia nella zona antistante al porto di Levante provocando anche un piccolo tsunami [Barberi et al., 1994; Tinti et al., 1999]. L’area sovrastante la Forgia Vecchia è affetta da un’evidente instabilità gravitativa, aggravata dalla presenza dello stesso cratere eccentrico che ne accentua la ripida morfologia e dalla presenza di un importante campo di fumarole che riscalda e altera i corpi rocciosi. Già all’inizio degli anni ’90 un forte incremento delle temperature e dell’intensità di emissione delle fumarole fu accompagnato da una significativa deformazione dell’intero versante sovrastante la Forgia Vecchia, con l’apertura di crack distensivi sul bordo craterico settentrionale, a corona del versante in movimento. Tale deformazione è fortemente correlata con l’andamento delle temperature alle fumarole, ed è stata interpretata come parzialmente dovuta all’espansione termoelastica del corpo roccioso che ha a sua volta aggravato l’incipiente instabilità del versante, innescando un ulteriore movimento verso valle [Bonaccorso et al., 2010].

In questo rapporto sono riportati i dettagli dell’installazione di un clinometro profondo effettuata nel 2010 in prossimità di Pedagaggi (SR) nel settore nord-orientale dell’altipiano ibleo. L'installazione è stata possibile utilizzando uno strumento digitale autolivellante modello AGI (Applied Geomechanics Incorporated) Lily, con sensibilità pari a 0.005 microradianti. Sono illustrati i dettagli dell’installazione ed i primi dati che evidenziano la loro ottima qualità, la presenza delle componenti mareali e la minima variazione di inclinazione ottenibile ripulendo il segnale dalle stesse.

Il 28 dicembre 1908 un forte terremoto colpì duramente le città di Messina e di Regg io Calabria e molteplici centri abitati limitrofi. L’evento sismico di Mw=7.1 generò un maremoto e causò circa 100.000 morti. Durante il 2008 numerose sono state le iniziative per rievocare tale importante terremoto che è ricordato nella storia come il più forte avvenuto in Italia. Tra le iniziative promosse dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia vi è il progetto di ricerca “Messina 1908-2008” le cui finalità sono far convergere i dati sismici e geodetici g ià a disposizione dei singoli gruppi di ricerca in un’unica banca dati e nel contempo promuoverne l’acquisizione di nuovi. In questo rapporto è descritto l’esperimento di sismica passiva integrato mare-terra iniziato ad ottobre 2007 e ter minato nel gennaio 2010 avente l’obiettivo di acquisire nuovi dati di alta qualità e dettaglio per ottenere una migliore definizione della microsismicità locale. Ciò consentirà di raggiungere una migliore comprensione di come inter ag iscano il processo di subduzione e le dinamiche superficiali nell’area dell’arco Calabro Peloritano ed in particolare nello stretto di Messina.