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On line il blog INGVvulcani

E’ da oggi on line il nuovo canale di comunicazione sui VULCANI con cui l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, e in particolare il suo Dipartimento Vulcani, si rivolge al pubblico. Il blog INGVvulcani si affianca così ai due blog INGVterremoti e INGVambiente con l’obiettivo di rendere ancora più fruibili e alla portata di tutti i risultati delle attività di ricerca e di monitoraggio che l’INGV svolge da decenni sul territorio nazionale.

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Il blog ospiterà aggiornamenti sull’attività e sullo stato dei vulcani in Italia nel mondo e approfondimenti su aspetti specifici della ricerca vulcanologica e del monitoraggio vulcanico. Saranno inoltre pubblicate notizie sui principali eventi iniziative nazionali e internazionali organizzati dall’Istituto nonché sui principali progetti scientifici riguardanti le tematiche vulcanologiche. Non mancheranno le curiosità legate al mondo dei vulcani.

Il blog INGVvulcani intende essere uno strumento per far conoscere il lavoro che quotidianamente viene svolto da tutti coloro che nell’Istituto operano nel campo della ricerca e del monitoraggio dei vulcani, e nello stesso tempo evidenziare gli aspetti spettacolari dei fenomeni vulcanici, in tutta la loro bellezza e potenza. Sarà, inoltre, affrontato il delicato rapporto tra i vulcani, le loro manifestazioni e l’uomo. Un rapporto particolarmente complesso per il nostro territorio, tra i più esposti al mondo a questo tipo di fenomeni. Se ne parlerà con chiarezza, anche con l’obiettivo di fare luce su eventuali notizie distorte o false. I risultati della ricerca scientifica dell’Istituto saranno comunicati al grande pubblico, spiegando come i fenomeni vulcanici siano ancora in gran parte sconosciuti e come nascono nuove ipotesi e modelli sulla base dei dati a disposizione.

Si comincia dando uno sguardo all’attualità. I primi articoli riguarderanno infatti l’eruzione del Volcán de Fuego, in Guatemala, e quella del vulcano Kīlauea, nelle isola Hawaii, ancora in corso.


A cura della redazione di INGVvulcani: Augusto Neri, Boris Behncke, Giorgio Capasso, Matteo Cerminara, Gianfilippo De Astis, Maddalena De Lucia, Sandro De Vita, Mauro Di Vito, Massimo Musacchio, Rosella Nave, Marco Neri, Tullio Ricci, Piergiorgio Scarlato, Micol Todesco

L’analisi della sequenza sismica del Sannio-Matese del 2013-2014 in un articolo su Science Advances

L’articolo scientifico pubblicato qualche giorno fa su Science Advances (Di Luccio et al., 2018, Seismic signature of active intrusions in mountain chains Sci. Adv. 2018; 4 : e1701825) ha sollevato grande interesse nei media e ha generato numerosi dibattiti.

Tuttavia, come talvolta accade in queste occasioni, ci sono state imprecisioni che hanno generato paure e allarmi ingiustificati. Cerchiamo quindi di chiarire alcuni punti importanti per una corretta comprensione dei risultati e del significato di questa ricerca.

Lo studio si basa sull’analisi della sequenza sismica del Sannio-Matese che è iniziata il 29 dicembre 2013. Il terremoto più forte ha avuto una magnitudo (Mw) pari a 5.0 ed una profondità di 22 km.

La sequenza sismica nel Sannio-Matese del 2013-2014. In rosso gli eventi del dicembre 2013, in giallo quelli del 2014.

Questo ed altri eventi registrati durante la sequenza presentavano delle caratteristiche atipiche rispetto ai segnali che si è soliti osservare in Appennino. Innanzitutto la loro profondità ben oltre i 10 km, mentre in quest’area sono generalmente più superficiali, e poi la presenza di basse frequenze nei sismogrammi, in analogia con quanto accade per i terremoti che si registrano in aree vulcaniche e/o idrotermali dovuti al movimento di fluidi. Inoltre, l’evoluzione temporale della sequenza dimostra che le repliche dell’evento principale migrano verso l’alto e si spostano verso sud-est nelle prime ore/giorni dopo l’evento di magnitudo 5 del 29 dicembre, disponendosi ai bordi di una zona priva di terremoti.

Queste caratteristiche, insieme ad altri fenomeni come il rilascio, negli acquiferi presenti nelle vicinanze dell’area della sequenza, di anidride carbonica (CO2) di origine profonda, ovvero che viene dal mantello e non legata alle reazioni che coinvolgono i carbonati presenti nella zona, una significativa anomalia geotermica e un’elevata attenuazione sismica (riduzione dell’ampiezza dell’onda sismica con la distanza) dell’area hanno portato a ipotizzare che ci sia stata un’intrusione di magma (roccia fusa) alla base della crosta in Appennino meridionale, sotto il massiccio del Matese. La presenza di fluidi magmatici di origine profonda (mantello) in Appennino Meridionale era stata già ipotizzata 18 anni fa in uno studio di Italiano et al. (2000) basato su rapporti isotopici dell’elio riscontrato nelle emissioni gassose e dei flussi di calore.  

I movimenti associati al rilascio di CO2 dall’intrusione possono aver prodotto la sequenza sismica in oggetto. Questo studio non ha affrontato le problematiche legate, anche indirettamente, alla valutazione e quantificazione della pericolosità sismica, già nota per l’area.

Il Sannio-Matese rientra nella zona a più elevata pericolosità sismica d’Italia sulla base dell’Ordinanza del Consiglio dei Ministri del 28 aprile 2006 (G.U. n.108 del 11/05/2006), in cui vengono specificati i valori di accelerazione per ogni area del territorio nazionale. Sono numerosi i terremoti storici di magnitudo elevata (anche con una energia 1000 volte maggiore di quella del terremoto qui studiato) che hanno colpito quest’area, tra questi il terremoto del 5 giugno 1688, (Mw=7.06) e i terremoti del 1456 (Mw=7.19), come ben evidenziato dal Catalogo Parametrico dei terremoti Italiani CPTI15.

Questo studio quindi non cambia la pericolosità sismica dell’area che è molto elevata.

Per quanto riguarda la pericolosità vulcanica, si esclude che il processo che registrato nel dicembre 2013 sia riconducibile alle fasi, anche iniziali, di formazione di un vulcano nel Sannio-Matese. Non vi è sismicità superficiale, non vi sono manifestazioni idrotermali come quelle presenti, invece, ai Campi Flegrei, non vi sono deformazioni del suolo significative e rapide a scala chilometrica, non vi sono cambi morfologici dovuti a sollevamenti repentini e non vi sono, infine, segnali riconducibili alla continua alimentazione di magmi, anche in profondità.

Su una scala dei tempi geologici, e cioè tra decine di migliaia o centinaia di migliaia di anni, è possibile che un’attività vulcanica si sviluppi in questa area. Ma le condizioni geologiche perché ciò avvenga non sono, al momento, soddisfatte poiché la pressione del magma da noi determinata sulla base dei dati sismici e strutturali disponibili, cioè sui meccanismi di rottura delle rocce e sullo stress cui è sottoposta la crosta del Matese, è di gran lunga inferiore di quella richiesta per una risalita verticale da 15-20 km di profondità fino alla superficie.

Concludendo, la novità scientifica di questo articolo  può essere così sintetizzata: per la prima volta si sono registrati in un catena montuosa i segnali di una risalita, alla base della crosta, di fluidi profondi possibilmente associati a magma. Il passo successivo è studiare altre catene montuose (Himalaya, Ande, Zagros, etc.) dove i processi che abbiamo ipotizzato avvenirein Appennino meridionale potrebbero essere rilevati a più grande scala.

a cura di Guido Ventura e Francesca di Luccio (INGV – Roma 1).


Bibiografia

Catalogo Parametrico dei terremoti Italiani CPTI15 (Rovida A., Locati M., Camassi R., Lolli B., Gasperini P. (eds), 2016. CPTI15, the 2015 version of the Parametric Catalogue of Italian Earthquakes; Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia).

Italiano et al. – Geochemical evidence of melt intrusions along lithospheric faults of the Southern Apennines, Italy: Geodynamic and seismogenic implications, J. Geophys. Res., 105(B6), 2000,  13569–13578, doi:10.1029/2000JB900047

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La deformazione del suolo ad Ischia rilevata dalla Rete tiltmetrica

Il monitoraggio tiltmetrico: a cosa serve?

Il monitoraggio tiltmetrico rappresenta una delle tecniche più usate nel rilevamento della deformazione del suolo in aree vulcaniche, in quanto consente lo studio della cinematica delle aree vulcaniche avvalendosi della registrazione in continuo della variazione d’inclinazione della superficie terrestre nei luoghi in cui sono installati i tiltmetri.

E’ proprio la variazione dell’angolo di inclinazione (tilt), misurata da questi sensori, che consente di correlarla eventualmente alla deformazione indotta in superficie dai potenziali cambiamenti della pressione magmatica dovuti all’accumulo e/o allo spostamento di magma all’interno della struttura vulcanica o semplicemente dalla circolazione dei fluidi idrotermali (vedi Figura 1).

Figura 1 – Schema delle deformazioni del suolo registrate da un tiltmetro durante le fasi: pre-eruttiva (stage 1), eruttiva (stage 2) e post-eruttiva (stage 3); [Dvorak e Dzurisin, 1997]

Oltre al monitoraggio delle aree vulcaniche, le informazioni ottenute dallo studio dei segnali tiltmetrici hanno un vasto campo di applicazione che va dal controllo strutturale di grandi opere ingegneristiche come dighe, ponti, ecc., allo studio della marea crostale.

La variazione di tilt o ground tilt registrata da un tiltmetro è la variazione lungo una determinata direzione dello spostamento verticale, quindi una misura di come cambia la pendenza del suolo nel tempo. Lo spostamento verticale del suolo, invece, è misurabile con il GPS in maniera continua oppure mediante tecniche di interferometria SAR o anche attraverso livellazioni di alta precisione lungo linee altimetriche appositamente realizzate.

I sensori utilizzati dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia – Osservatorio Vesuviano (INGV-OV) sono tiltmetri elettronici biassiali con trasduttore a bolla che misurano le variazioni di inclinazione del suolo lungo due direzioni ortogonali (indicate come X e Y nelle Figure 2a e 3).

Il trasduttore è costituito da un tubicino di vetro (uno per ogni asse) contenente un fluido elettrolitico e chiuso agli estremi da tre elettrodi inseriti in un circuito elettrico a ponte che, ogni qualvolta viene sbilanciato in seguito ad una rotazione (o ad una accelerazione) genera una tensione elettrica proporzionale all’entità del tilt (Figura 2b).

Nel monitoraggio delle componenti di inclinazione della deformazione del suolo vengono impiegati 3 tipi diversi di sensore: quelli analogici che possono essere di tipo superficiale o da pozzo (Figura 2a) e quelli digitali che sono solo da pozzo (Figura 3).

Figura 2 – a) Tiltmetri analogici. b) Principio di funzionamento del trasduttore inclinometrico.

Il monitoraggio tiltmetrico viene effettuato già da molti anni nelle aree vulcaniche campane ed attualmente questi segnali geofisici sono acquisiti da 3 Reti:

  • Rete tiltmetrica dei Campi Flegrei con 10 stazioni, di cui 4 attrezzate con sensori analogici di superficie, 3 attrezzate con sensori analogici da pozzo (Figura 2a) e 3 attrezzate con sensori biassiali digitali da pozzo di ultima generazione (Figura 3).
  • Rete tiltmetrica del Vesuvio costituita da 7 stazioni, di cui 3 attrezzate con sensori analogici di superficie e 4 attrezzate con sensori digitali da pozzo.
  • Rete tiltmetrica dell’Isola d’Ischia con 3 stazioni attrezzate con sensori digitali da pozzo.

Poiché i segnali registrati dai sensori di superficie (operanti in gallerie o pozzetti poco profondi) sono influenzati da fattori ambientali, come le variazioni di temperatura, la pressione, le precipitazioni e le variazioni della falda acquifera, che possono mascherare la reale deformazione misurata, negli ultimi anni sono stati utilizzati i sensori da pozzo di tipo digitale, calati in pozzi perforati a – 25 m dal piano campagna.

L’unità di misura angolare utilizzata in ambito tilmetrico è il µradiante (microradiante), equivalente ad uno spostamento verticale del suolo di 1 mm ad 1 km di distanza; poiché però sia i sensori tiltmetrici di superficie che quelli da pozzo misurano un campo sufficientemente vicino e quindi al massimo di qualche centinaio di metri, può essere considerata attendibile l’equivalenza di 1 µradiante ad uno spostamento di 0.5 mm a 500 m di distanza.

Rete Tiltmetrica di Ischia e specifiche tecniche

L’INGV- OV ha realizzato nell’aprile 2015 una rete di 3 tiltmetri sull’Isola di Ischia, nell’ambito del Progetto Vulcamed. La sua geometria è stata progettata considerando gli allineamenti strutturali, la morfologia dell’Isola [de Vita et al., 2010], l’andamento della deformazione del suolo dedotto dalle misure ottenute attraverso le campagne di livellazione geometriche di precisione effettuate in oltre 20 anni [Del Gaudio et al., 2011], nonché la fattibilità degli scavi [Aquino et al., 2014].

Le 3 stazioni tiltmetriche sono state installate nelle seguenti località:

  • Stazione ISC (settore NE), situata nel Comune di Ischia, in prossimità dell’Acquedotto EVI in località Montagnone Alto; il sensore è collocato in un deposito di piroclastiti che ricopre il duomo lavico di Montagnone;
  • Stazione BRN (settore SE), situata nel Comune di Barano d’Ischia, in Località Vateliero; il sensore è posizionato nella coltre eluvio-colluviale su depositi di frana e di piroclastici del Vateliero;
  • Stazione FOR (settore SW), situata nel Comune di Forio, in località Panza; il sensore è collocato nel tufo.

I 3 tiltmetri digitali da pozzo sono stati installati a profondità comprese tra 25 e 27 m dal piano campagna (Figura 3). I segnali acquisiti in digitale sono trasmessi al Centro di Monitoraggio dell’INGV- OV. Ogni stringa di dati contiene le componenti NS ed EW direttamente in µradianti, l’azimuth magnetico in gradi, la temperatura in °C, la data e l’ora, i minuti, i secondi, l’alimentazione in mV ed il numero di serie del sensore.

Ad Aprile 2015 è andata in funzione la rete di acquisizione dati ma, in considerazione del fatto che per i primi 30-40 giorni dall’installazione possono essere osservate delle derive sui segnali dovute al riassestamento dei pozzi perforati (indurimento del cemento e riequilibrio tensionale dei fori), i primi segnali tiltmetrici utili per la caratterizzazione della deformazione che interessa l’Isola sono stati raccolti a partire dal 1 Giugno 2015.

Figura 3 – Tiltmetro digitale Lily e componenti elettroniche

I segnali acquisiti con tiltmetri profondi

I segnali sono acquisiti ogni minuto, con la singola lettura mediata su 8000 campioni acquisiti ogni 0.0075 Hz, la precisione del clock interno è di 1.5 sec/mese ed il tempo viene sincronizzato con cadenza settimanale, risultando quindi un errore di ± 0.4 secondi.

I dati vengono trasmessi quotidianamente al Centro di Monitoraggio dell’INGV- OV e successivamente elaborati attraverso vari passaggi  riassumibili in 3 fasi principali:

  1. preprocessing: lettura dei dati aggiornati, eliminazione delle acquisizioni effettuate con tempi sbagliati; interpolazione lineare dei dati eventualmente mancanti e despiking dei segnali;
  2. processing: scelta del filtro adatto alla rappresentazione grafica dei segnali acquisiti e corretti, rappresentazione delle componenti spettrali dei segnali, rappresentazione grafica delle componenti NS e EW corrette, spettrogramma;
  3. studio del segnale: valutazione della direzione di tilting prevalente e confronto con altre stazioni, studio di eventuali anomalie in ampiezza e frequenza presenti nei segnali, interpretazione degli osservabili dal confronto con i dati acquisiti con altre metodologie geofisiche e geochimiche.

I dati non vengono soggetti ad alcun procedimento di filtraggio delle periodicità di tipo termico, data la profondità di installazione del sensore, a differenza delle stazioni di tipo superficiale [Ricco et al., 2003; Ricco et al., 2013].

Le caratteristiche delle stazioni tiltmetriche sono riportate in tabella:

Stazione Località Prof. (m) Fc (Hz) Coord. (Lat /Long) Quota (m. s.l.m.)
ISC Località Montagnone Alto, Comune di Ischia -25 0.017 40.74°

13.93°

173
BRN Località Vateliero, Comune di Barano d’Ischia -25 0.017 40.71°

13.93°

145
FOR Località Panza, Comune di Forio -27 0.017 40.71°

13.88°

157

Deformazione osservata attraverso i tiltmetri nel lungo periodo

La deformazione del suolo che interessa l’Isola di Ischia mostra un andamento di inclinazione polarizzato in direzione NNW, come si può evincere dalla Figura 4.

In essa è riportata la linea di costa dell’isola e le principali curve di livello, georeferenziate, sovrapposte ad un reticolo che rappresenta il piano bidimensionale delle inclinazioni (con asse Y+ orientato a N ed asse X+ orientato ad E) in cui ogni lato della maglia equivale ad una variazione tiltmetrica di 20 µradianti e ad una distanza di 500 m.

I 3 siti-stazione ISC, BRN e FOR, indicati con una freccia nera puntata verso il basso, sono contraddistinti da colori diversi come anche le curve che da essi hanno origine. Le curve rappresentano la variazione tiltmetrica cumulativa (odografo) a partire dal 1 Giugno 2015. Inoltre, la freccia nera puntata verso l’alto indica il verso della deformazione e convenzionalmente i settori di crosta terrestre in abbassamento rispetto alla posizione dei siti stazione.

Figura 4 – Variazione tiltmetrica cumulativa (odografo) registrato ai 3 siti-stazione della rete di Ischia nel biennio 2015-2017, filtrato delle periodicità inferiori a 10 giorni. L’origine di ogni vettore tilt è siglata con il nome del sito stesso ed indicata convenzionalmente con una freccia puntata verso il basso, mentre l’estremo libero è indicato con una freccia puntata verso l’alto. Il verso di ogni vettore (che indica settori di crosta terrestre in abbassamento) è univocamente definito dal suo estremo libero. I 3 siti-stazione ISC, BRN e FOR, indicati con una freccia nera puntata verso il basso, sono contraddistinti da colori diversi come anche le curve che da essi hanno origine: ISC (grigio), BRN (giallo) e FOR (verde).

In 27 mesi, dal 2015 al 2017 le 3 stazioni hanno misurato una variazione di tilt totale che ammonta a 145.3 µradianti ad ISC, 105.6 a BRN e 102.7 a FOR.

La stazione ISC, situata nel settore di NE ed a una quota maggiore alle altre, è quindi quella che si inclina di più, mentre si calcola una riduzione rispetto ad essa del 27% a BRN e del 29% a FOR.

Nei primi 8 mesi del 2017, invece i valori misurati sono stati: 47.1 µradianti ad ISC, 15.7 a BRN e 25 a FOR; ISC risulta sempre quella che si inclina maggiormente mentre la riduzione in ampiezza alle altre stazioni aumenta (67% a BRN e 47% a FOR).

Si può notare inoltre che, procedendo dal quadrante nord-orientale dell’Isola (stazione ISC) verso il settore meridionale (BRN) e poi verso quello sud-occidentale (FOR), la direzione dei vettori tilt resta praticamente costante seppur con qualche piccola rotazione; solo la stazione FOR esibisce inizialmente una direzione di tilting verso NW che negli ultimi 2 anni tende a riallinearsi con quella NNW di ISC.

La deformazione del suolo ricavata dal tilt (in un raggio di 500 m), equivale ad un abbassamento di più di 7 cm a NNW della stazione ISC, di 5 cm a NNW della stazione BRN e di 5 cm a NNW della stazione FOR.

Il campo di spostamento del suolo misurato negli anni passati (livellazioni effettuate negli ultimi 30 anni) evidenzia estesi fenomeni deformativi nella zona centro-meridionale (Serrara-Fontana) e nord-occidentale (Lacco Ameno località Fango) con velocità di subsidenza leggermente inferiori al cm/anno [Del Gaudio et al., 2011] (Figura 5a,b).

Dal confronto, quindi, tra dati di inclinazione e spostamento verticale del suolo si desume che le direzioni di tilting sono coerenti con tale andamento di deformazione, mentre le velocità attuali di subsidenza, ricavate dai dati tiltmetrici, risultano raddoppiate rispetto a quelle misurate fino al 2010.

Figura 5 – Andamento deformativo dell’Isola di Ischia misurato attraverso le livellazioni di precisione dal 2003 al 2010. a) Variazioni di quota lungo la linea “Costiera”. b) Variazioni di quota lungo la linea “Borbonica”.

Deformazione osservata attraverso i tiltmetri ed associata al terremoto del 21 agosto 2017

L’evento sismico del 21 agosto 2017, ore 20:57:52 italiane, è stato registrato dalle 3 stazioni tiltmetriche i cui segnali hanno mostrato molteplici peculiarità.

La stazione ISC, la più vicina all’area epicentrale, nell’intervallo temporale 20:56÷21:03, ha subito un tilt cosismico di 6.3 µradianti in direzione NW. Tale stazione che già nei 2 anni precedenti si inclinava in direzione NNW in misura notevole, durante l’evento sismico si è definitivamente inclinata in maniera permanente lungo una direzione allineata con l’epicentro (Figura 6a, b).

Figura 6 – Variazione tiltmetrica registrata alla stazione ISC. a) Sono riportate le singole componenti NS ed EW registrate nell’intervallo temporale 20:51÷20:59. b) Sono mostrate le nuvole di punti nella griglia delle inclinazioni che rappresentano la variazione tiltmetrica (in µradianti) registrata dal 1 luglio 2017 al 21 agosto 2017; si notano 2 concentrazioni spaziali di punti (clusters) separate tra loro in corrispondenza dell’arrivo del treno di onde generato dal terremoto, l’offset spaziale si configura pertanto come deformazione cosismica permanente. Le frecce gialle sovrapposte corrispondono al vettore tilt apparente calcolato tra le 20:56 ed i minuti successivi, mentre la freccia rossa rappresenta il tilt cosismico. La freccia nera indica la rotazione della direzione di tilting.

Analizzando la figura 6b, in cui è mostrata nella griglia delle inclinazioni la variazione tiltmetrica totale registrata alla stazione ISC dal 1 Luglio 2017 al 21 Agosto, sono evidenti 2 nuvole di punti: una prima nuvola allineata in direzione NS relativa alla deformazione registrata fino a 2 minuti prima del terremoto mentre la seconda, più piccola e di forma ovale, si osserva a partire dal quinto minuto successivo all’evento, quando cioè il sensore tiltmetrico ha raggiunto di nuovo il suo equilibrio meccanico.

Si osserva inoltre che il punto-stazione subisce una variazione di tilt apparente (con componente di accelerazione orizzontale) in direzione SSW un minuto prima dell’evento (20:57), una seconda variazione in direzione SW durante l’evento stesso e successivamente si inclina permanentemente a NW, mostrando una chiara rotazione in senso orario della direzione di tilting, mostrata in Figura 6b con una freccia nera.

Figura 7 – Variazione tiltmetrica registrata alla stazione BRN. a) Sono riportate le singole componenti NS ed EW registrate nell’intervallo temporale 20:51÷20:59. b) E’ mostrata la nuvola di punti nella griglia delle inclinazioni che rappresenta la variazione tiltmetrica (in µradianti) registrata dal 1 luglio 2017 al 21 agosto; si osserva l’assenza di offset spaziale durante l’evento sismico e di conseguenza l’assenza di deformazione cosismica permanente. Le frecce gialle sovrapposte corrispondono al vettore tilt apparente calcolato tra le 20:56 ed i minuti successivi, mentre la freccia rossa rappresenta il tilt cosismico. La freccia nera indica la rotazione della direzione di tilting.

La stazione BRN (distante in direzione SE dall’epicentro) che nei 2 anni precedenti già si inclinava in direzione NNW, ha subito un minimo incremento di tilt nelle 2 componenti (Figura 7a). Anche in questo caso, durante l’evento, il punto-stazione subisce una variazione di tilt in direzione SW e successivamente mostra una rotazione in senso antiorario, per poi rientrare nella nuvola di punti. In Figura 7b la rotazione antioraria della direzione di tilting viene mostrata con una freccia nera.

La stazione FOR (posizionata in direzione SW rispetto all’epicentro) che nei 2 anni precedenti si inclinava come le altre in direzione NNW, ha subito nell’intervallo temporale 20:56÷21:03 un tilt cosismico di 5.3 µradianti in direzione W.

Figura 8 – Variazione tiltmetrica registrata alla stazione FOR. a) Sono riportate le singole componenti NS ed EW registrate nell’intervallo temporale 20:51÷20:59. b) Sono mostrate le nuvole di punti nella griglia delle inclinazioni che rappresentano la variazione tiltmetrica (in µradianti) registrata dal 1 luglio 2017 al 21 agosto; si notano 2 concentrazioni spaziali di punti (clusters) separate tra loro in corrispondenza dell’arrivo del treno di onde generato dal terremoto, l’offset spaziale si configura pertanto come deformazione cosismica permanente. Le frecce gialle sovrapposte corrispondono al vettore tilt apparente calcolato tra le 20:56 ed i minuti successivi, mentre la freccia rossa rappresenta il tilt cosismico. La freccia nera indica la rotazione della direzione di tilting.

Inoltre, analizzando la Figura 8b, come per il segnale relativo alla stazione ISC, si evidenziano 2 nuvole di punti: la prima allineata in direzione NS relativa alla deformazione registrata fino a 2 minuti prima del terremoto mentre la seconda, più piccola e di forma circolare, si osserva a partire dal quinto minuto successivo all’evento, quando cioè il sensore tiltmetrico ha raggiunto di nuovo il suo equilibrio meccanico.

Si osserva inoltre che il punto-stazione subisce una forte variazione di tilt in direzione SSE un minuto prima dell’evento (20:57) (come per i segnali della stazione ISC), una ulteriore variazione in direzione NNW durante l’evento stesso e successivamente si inclina permanentemente ad W, esibendo una chiara rotazione della direzione di tilting in senso antiorario, mostrata in Figura 8b con una freccia nera.

Conclusioni

L’andamento di inclinazione del suolo dell’Isola di Ischia, desunto delle variazioni di tilt misurate nei 3 punti stazione dal 2015 ad oggi, mostra un abbassamento verso NNW generalizzato ma più pronunciato alla stazione ISC, situata a NE dell’Isola.

L’evento sismico del 21 Agosto registrato dai 3 tiltmetri, ha mostrato una deformazione cosismica permanente alle stazioni poste ad Est ed a SW dell’area epicentrale. La stazione ISC, più vicina all’epicentro, ha subito un tilt cosismico di 6.3 µradianti in direzione NW (Figure 6 e 9) e la stazione FOR ha registrato un tilt cosismico di 5.3 µradianti in direzione W (Figure 8 e 9), mentre la stazione BRN, situata a SE dall’area epicentrale ha mostrato un minimo incremento di tilt (Figure 7 e 9).

Rispetto agli andamenti strutturali dell’Isola, il tilt cosismico di ISC è legato indubbiamente alla subsidenza a N del M. Epomeo e quindi alla deformazione dell’area epicentrale stessa; quello subito dalla stazione FOR, situata nel settore di SW è attribuibile alla posizione del sensore stesso, situato alla base di un sistema di faglie che degradano anch’esse verso W e che sono ben lubrificate dalla circolazione idrica sottostante.

Figura 9 – Deformazioni tiltmetriche cosismiche permanenti osservate alla stazioni ISC (freccia rossa) e FOR (freccia verde). La stella in blu indica l’epicentro del terremoto del 21 Agosto.

Inoltre, è evidente dai segnali tiltmetrici delle 3 stazioni un tilting notevole in direzione Sud sia 1 minuto prima che durante il terremoto (fatta eccezione per FOR), all’interno di una rotazione dello stesso in senso orario a NE ed in senso antiorario a SE ed a SW (Figure 6, 7 e 8). La cerniera della deformazione registrata nell’intervallo temporale 20:51÷20:59 sembra essere proprio BRN, in quanto è l’unica delle 3 stazioni a subire una rotazione del vettore che non si conclude con un tilt cosismico (Figura 9) [Di Napoli et al., 2009]; l’assenza di deformazione permanente a BRN è dovuta alla sua maggiore distanza dall’epicentro.

Figura 10 – Tilting registrato dalle 3 stazioni nel 2017. I triangolini neri sovrapposti al tilt cumulativo indicano i 4 eventi sismici occorsi il 21, 23 e 30/8. La traslazione verso W delle direzioni di tilting alle stazioni FOR ed ISC dopo l’evento del 21/8 è solo apparente ed è dovuta alla rappresentazione bidimensionale del tilt.

Poiché i segnali tiltmetrici sono sensibili anche alle accelerazioni orizzontali del terreno è ragionevole supporre che le forti variazioni di tilt registrate possano avere anche una componente di accelerazione orizzontale. Si osserva inoltre che, dopo il terremoto del 21 Agosto ed i tre eventi successivi del 23 e 30 Agosto, le direzioni preferenziali di tilting sono rimaste pressoché invariate alle 3 stazioni come evidenziato in Figura 10. La traslazione verso W di tali direzioni alle stazioni FOR ed ISC è solo apparente ed è dovuta alla deformazione cosismica permanente rappresentata nel piano bidimensionale delle inclinazioni.

a cura di Ciro Ricco, Vincenzo Augusti, Giovanni Scarpato e Ida Aquino, INGV-Osservatorio Vesuviano.


Bibliografia

AGI, (2005). LILY Self-Leveling Borehole Tiltmeter. User’s Manual, no. B-05-1003, Rev. D.

Aquino I., Ricco C., Del Gaudio C., Augusti V., Scarpato G. (2016). Potenziamento delle reti tiltmetriche nell’area vulcanica campana: Rapporto sull’attività svolta nell’ambito del progetto Vulcamed. Rapporti Tecnici INGV anno 2016 numero 348.  ISSN 2039-7941.

De Vita S., Sansivero F., Orsi G., Marotta E., Piochi M., (2010). Volcanological and structural evolution of the Ischia resurgent caldera (Italy) over the past 10 k.y. The Geological Society of America Special Paper 464: 193-241

Del Gaudio C., Aquino I, Ricco C., Serio C. (2011). Monitoraggio Geodetico dell’Isola d’Ischia: Risultati della Livellazione Geometrica di Precisione Eseguita a Giugno 2010. Quaderni di Geofisica n. 87 anno 2011. ISSN 1590-2595

Di Napoli R., Martorana R, Orsi G., Aiuppa A., Camarda M., De Gregorio S., Cagliano Candela E., Luzio D., Messina N., Pecoraino G., Bitetto M., de Vita S., Valenza M. (2011), The structure of a hydrothermal system from an integrated geochemical, geophysical, and geological approach: The Ischia Island case study, Geochem. Geophys. Geosyst., 12, Q07017, doi:10.1029/2010GC003476.

Dvorak J., Dzurisin D. (1997). Volcano geodesy: The search for magma reservoirs and the formation of eruptive vents. Reviews of Geophysics, 35, 3 / August 1997. DOI: 10.1029/97RG00070

Ricco C., Aquino I., Del Gaudio C. (2003). Ground tilt monitoring at Phlegraean Fields (Italy): a methodological approach. Annals of Geophysics 46(6): 1297-­1314. ISSN: 1593-5213

Ricco C., Aquino I., Borgstrom S.E.P., Del Gaudio C. (2013). 19 years of tilt data on Mt. Vesuvius: state of the art and future perspectives.  Annals of Geophysics  vol. 56 n. 4  2013. DOI 10.4401/ag-6459.


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Aggiornamento dell’attività sismica del versante sud-occidentale dell’Etna tra il 19 e il 26 agosto 2017

Tra il 19 e il 26 agosto 2017 il versante sud-occidentale dell’Etna è stato interessato da attività sismica con tre diversi sciami.

Il primo, verificatosi  il 19 agosto, con 70 terremoti (di cui 36 localizzati con magnitudo ML compresa tra 1.0 e 3.3) nell’arco di circa due ore e mezza (dalle 13:12 alle 15:38 ore italiane) e con profondità ipocentrali comprese tra i 15 e i 20 km, ha interessato il versante occidentale dell’Etna, nei pressi dell’abitato di Adrano. Il terremoto più forte, di magnitudo ML 3.3, è avvenuto alle ore 13:38:10 ore italiane del 19 agosto 2017 ad una profondità di 17 km.

Il secondo sciame, tra il 25 e il 26 agosto, con 23 terremoti registrati (di cui 10 localizzati con magnitudo ML compresa tra 1.0 e 3.3) ha interessato un’area a sud di Adrano, tra gli abitati di Ragalna e S. Maria di Licodia (CT) con ipocentri compresi entro i primi 5 km di profondità. L’evento principale di questo sciame sismico è avvenuto il 25 agosto alle ore 23:57:47 ore italiane con magnitudo ML 3.3 ed una profondità pari a 2.6 km.

Il terzo si è verificato il 26 agosto nella stessa area interessata dallo sciame del 19 agosto, con oltre 60 eventi (di cui 17 localizzati con magnitudo ML compresa tra 1.0 e 3.1) e profondità comprese tra 15 e 20 km. Il terremoto più forte, di magnitudo ML 3.1, è stato localizzato alle ore 22:46:21 ore italiane nei pressi di Adrano (CT).

Le localizzazioni degli eventi dei tre sciami sismici e le soluzioni focali dei tre eventi principali (gli epicentri sono rappresentati con diversi colori in funzione del loro tempo di accadimento).

In figura sono riportate le localizzazioni degli eventi dei tre sciami sismici e le soluzioni focali dei tre eventi principali. I meccanismi focali mostrano una cinematica trascorrente, con assi P sub-orizzontali con direzione da NS a NE-SW, coerente con l’assetto strutturale dell’area riportato in letteratura.

La sismicità descritta rientra tra gli eventi vulcano-tettonici tipicamente registrati all’Etna, generati da stress tettonici regionali e/o da stress locali derivanti da migrazioni del magma all’interno della crosta. In generale, la distribuzione spaziale della sismicità etnea permette di individuare differenti volumi sismogenetici caratterizzati da diversi tassi di sismicità e profondità focali. In particolare, nel versante orientale i terremoti, essenzialmente, risultano localizzati entro i primi 10 km di profondità; diversamente, nel versante occidentale si registrano terremoti con ipocentri localizzati fino a 30 km di profondità.

Contestualmente al verificarsi della sismicità finora descritta, non è stata registrata alcuna variazione significativa dell’attività vulcanica ai crateri sommitali.

Tuttavia, in passato, studi di letteratura hanno correlato la sismicità profonda del medio versante sud-occidentale del vulcano a fasi di ricarica magmatica profonda. In particolare, la riattivazione di strutture orientate NNW-SSE e NE-SW, localizzate in tale settore del vulcano, sembra essere associata a cambiamenti nello stato di attività dello stesso (Alparone et al., 2012 e riferimenti bibliografici all’interno).

Dal punto di vista strumentale, è importante evidenziare che il rilascio energetico associato all’attività sismica registrata tra il 19 ed il 26 agosto risulta il maggiore finora osservato a partire dall’anno 2000 in tale settore del vulcano (Alparone et al., 2015; Catalog_2000-2010,  Catalogo dei terremoti della Sicilia Orientale – Calabria Meridionale (1999-2017), INGV-Catania).

Tra i fenomeni contestuali all’accadimento degli sciami sismici sopra descritti, va menzionato l’inizio di un nuovo fenomeno di “vulcanismo secondario” presso le Salinelle di Contrada Cappuccini Vecchi, in prossimità dello stadio Falcone-Borsellino di Paternò (CT). Si tratta, in generale, di emissioni di acque salmastre e fanghi, veicolate da gas di natura essenzialmente magmatica. Storicamente le Salinelle hanno presentato fasi parossistiche di attività degassante che sono state monitorate dall’INGV negli anni recenti, e correlate con la dinamica profonda dell’Etna. Infatti, i principali serbatoi di alimentazione dei gas delle Salinelle sarebbero ubicati a profondità superiori ai 10 km. A partire dal 24 agosto, è iniziata una nuova fase eruttiva con emissione intensa di fanghi che hanno parzialmente invaso la strada perimetrale dello stadio di Paternò. Da un sopralluogo effettuato il 28 agosto, da personale dell’INGV-Osservatorio Etneo, si è constatato che il fenomeno risultava diminuito di intensità rispetto alle sue fasi iniziali. Questo episodio, pur nel contesto di un periodo di relativa quiescenza negli ultimi mesi, risulta nella norma dei fenomeni parossistici delle Salinelle, sia come intensità sia come localizzazione delle bocche eruttive.

Non si può escludere che la recente attività sismica superficiale, in prossimità degli abitati di Ragalna – S. Maria di Licodia, possa avere influito sullo stato di stress che agisce sui condotti di risalita dei fluidi che alimentano le Salinelle di Paternò, modificandone il livello di attività.

Le analisi di dettaglio relative ai tre sciami sopra descritti sono ancora in corso da parte del gruppo di Analisi Dati Sismici e Cataloghi dell’INGV-Osservatorio Etneo.

A cura di Gruppo Analisi Dati Sismici e Cataloghi e Salvatore Giammanco – Osservatorio Etneo, INGV-Catania.


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Cosa si nasconde nel mare del Golfo di Napoli?

Cosa si nasconde nel mare del Golfo di Napoli? Cos’è il rigonfiamento del fondo marino da poco scoperto davanti al porto di Napoli? Ci sono relazioni con i Campi Flegrei e il Vesuvio? C’è qualche rischio? Il web si è sbizzarrito su questo argomento, ma cosa realmente sappiamo (e cosa non sappiamo)?

Due anni fa alcuni ricercatori dell’INGV e del CNR-IAMC di Napoli hanno condotto una campagna di rilievi nel Golfo di Napoli a bordo della nave ‘Urania’ con lo scopo di individuare e studiare le emissioni gassose sottomarine. Tali emissioni sono comuni nel Golfo perché, come noto, questa è un’area vulcanica attiva dove coesistono i vulcani di Ischia, Campi Flegrei e Vesuvio. È quindi normale che i fondali marini siano disseminati di emissione gassose, come accade in molte altre parti del mondo, per esempio in Giappone e in Islanda.

Operazioni a bordo della nave Urania del CNR.

Operazioni a bordo della nave Urania del CNR.

Ma ciò che abbiamo rilevato nel Golfo di Napoli, a profondità variabili dai 100 ai 200 metri, è una struttura più complessa. Unendo dati geologici, geochimici e geofisici abbiamo scoperto che 5 km a sud del porto partenopeo e 3 km a sud-est di Posillipo esiste una struttura sottomarina rigonfiata. Questo rigonfiamento (tecnicamente definito “duomo”) è quasi circolare e misura circa 25 km2. Rispetto al fondo marino circostante è più alto di circa 15-20 m e contiene numerose ‘tumuli’ (ossia dei rilievi cupoliformi), piccoli crateri, e conetti di sabbia.

Abbiamo rilevato 35 emissioni gassose attive e oltre 650 crateri, molti dei quali non attivi. Il gas emesso è a bassa temperatura e la sua composizione è molto simile a quella delle fumarole dei Campi Flegrei e del Vesuvio. Questo ci indica che la sorgente dei gas del duomo sottomarino, dei Campi Flegrei e del Vesuvio è la stessa: il mantello, che in questa area si trova a circa 20 km di profondità.

L’emissione di questi gas alza l’acidità dell’acqua marina circostante, ma la fauna e la flora  marina non sembrano risentirne. I dati a nostra disposizione hanno consentito di individuare dei veri e propri camini di alimentazione lungo i quali il gas (prevalentemente anidride carbonica) risale e deforma il fondo marino mescolandosi ai sedimenti attuali.

Quando si è formato questo duomo? Ciò che sappiamo fino a oggi deriva da campioni prelevati da una carota (ossia un cilindro di roccia prelevato da un sondaggio). I dati ci dicono che ha un’età inferiore ai 12.000 anni, ma ancora non sappiamo di quanto. Assumendo comunque questa età come rappresentativa dell’inizio della deformazione del fondo marino e della emissione di gas, possiamo dire che esso si alza con una velocità di circa 1-1.5 millimetri/anno. Questo valore è compatibile con quelli di altre aree vulcaniche ma sicuramente minore di quello che interessa, per esempio, i Campi Flegrei durante le crisi bradisismiche. Ma allora  come si è formato questo duomo sottomarino? E soprattutto, è pericoloso?

Fig. 1 Modello tridimensionale del Golfo di Napoli e delle aree emerse circostanti.

Modello tridimensionale del Golfo di Napoli e delle aree emerse circostanti.

I nostri dati e i risultati della modellazione della deformazione ci dicono che per formare una struttura come quella osservata non sono necessarie pressioni di gas elevate. Strutture simili si trovano nei giacimenti sottomarini di gas idrati (per esempio metano). La differenza è che nel caso del Golfo di Napoli si tratta di gas profondi che vengono dal mantello e dalla crosta sovrastante e non dalla decomposizione di materiale organico, come il metano. Questi gas sono quindi di origine vulcanica e idrotermale. Per questa ragione, in assenza di altre fenomenologie (es. terremoti, accelerazione delle deformazioni), il duomo sottomarino del Golfo di Napoli non desta particolare preoccupazione.

Tuttavia, è utile e importante monitorare questa struttura perché una possibile accelerazione dei processi di deformazione o un aumento significativo del flusso di gas e delle temperature potrebbe preludere a un’eruzione idrotermale o alla nascita di un vulcano sottomarino, cosa del tutto normale in questa area, dove Ischia e altri vulcani sommersi nella zona flegrea e vesuviana si sono formati nel passato. Tuttavia, nell’area napoletana le priorità, in termini di pericolosità vulcanica, continuano a essere i Campi Flegrei, il Vesuvio e Ischia.

a cura di Guido Ventura, INGV-Sezione Roma 1.


L’articolo che descrive lo studio è:

Passaro, S., Tamburrino S., Vallefuoco M., Tassi F., Vaselli O., Giannini L., Chiodini G., Caliro S., Sacchi M., Rizzo A.L., Ventura G. (2016). Seafloor doming driven by degassing processes unveils sprouting volcanism in coastal areas. Scientific Reports, 22448; doi: 10.1038/srep22448 (2016) http://www.nature.com/articles/srep22448


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