INGV, Dewesoft e le Eruzioni dello Stromboli

Il vulcano dello Stromboli si trova nel Mar Tirreno ed è l'isola siciliana più a nord-est dell'arcipelago delle Isole Eolie. Essendo uno dei più attivi al mondo, viene spesso chiamato il "faro del Mediterraneo". Si tratta di uno stratovulcano, alto 924 metri sul livello del mare, con una superficie di 12,2 km². La terrazza craterica, situata a circa 750 metri di quota, ospita i tre crateri attivi del vulcano, ognuno dei quali contiene più bocche eruttive. 

L’isola di Stromboli, come la vediamo oggi, è il risultato dell'ultimo ciclo eruttivo, avvenuto all'incirca 5000 anni fa. La sua attività eruttiva è persistente e si manifesta attraverso eruzioni di medio-bassa intensità, caratterizzate dal lancio di lapilli, ceneri e frammenti di lava. Talvolta, il vulcano può dare vita a fenomeni eruttivi più intensi, chiamati parossismi, che comportano il lancio di bombe e blocchi, con eventuale caduta di materiale piroclastico. L'ultimo parossismo si è verificato nell'estate del 2019.

Il monitoraggio del vulcano da parte dell’INGV, attivo 24 ore su 24, prevede la rilevazione continua di alcuni parametri come quelli sismici, acustici, geochimici, delle deformazioni del suolo, magnetici, gravimetrici e termici. I dati raccolti vengono inviati ai due osservatori INGV presenti nell'arcipelago delle Eolie, che a loro volta li inviano alla sezione INGV di Catania e Napoli ( Osservatorio Etneo e Osservatorio Vesuviano), dove viene effettuato il monitoraggio dei dati. Grazie a questo sistema di monitoraggio, è possibile ottenere informazioni utili per prevedere eventuali rischi per la popolazione e per l'ambiente circostante.

Ma chi è l’INGV? L'INGV, acronimo di Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, è un ente di ricerca italiano che si occupa delle scienze della Terra, in particolare della geofisica, della geologia, della sismologia e della vulcanologia. L'INGV è uno dei più grandi enti di ricerca europei nel campo delle scienze della Terra ed è responsabile della sorveglianza sismica e vulcanica dell'Italia in convenzione con il Dipartimento della Protezione Civile. La Protezione Civile e l'INGV, insieme, hanno stabilito dei livelli di allerta per cinque dei vulcani attivi in Italia, tra cui lo Stromboli, che recentemente è stato posto in allerta arancione a causa dell'intensificarsi dell'attività vulcanica. Questi livelli sono determinati attraverso una combinazione di dati di monitoraggio e informazioni sui fenomeni in corso. L'INGV è anche responsabile del CME (Centro per il Monitoraggio delle Isole Eolie), che coordina le attività di monitoraggio e sorveglianza delle Isole Eolie.

L'obiettivo dello studio e la soluzione Dewesoft

Lo studio condotto dal CME mira a coordinare le attività di acquisizione, analisi, interpretazione e modellazione di dati multidisciplinari per il monitoraggio e la sorveglianza dei fenomeni vulcanici, sismici e ambientali delle isole dell'arcipelago eoliano. Grazie alla collaborazione con Dewesoft, è stato possibile acquisire diversi tipi di segnali contestualmente. Il sistema creato ad hoc per la misura di eventi vulcanologici si concentra sulla registrazione continua di segnali, come quello prodotto da un microfono Gras, che misura l'entità del fenomeno vulcanico di tipo esplosivo. Inoltre, è stata utilizzata una videocamera ad alta velocità e una videocamera termica per registrare informazioni visive correlate all'attività eruttiva-esplosiva e alla pericolosità della stessa. La videocamera termica è stata fondamentale nel setup del sistema, poiché è stata utilizzata come segnale di trigger per l'attivazione del microfono e della videocamera ad alta velocità. Ciò ha permesso di acquisire e correlare informazioni altrimenti non recuperabili a causa della pericolosità del terreno, consentendo di approfondire la comprensione della correlazione tra l'attività vulcanica e la pericolosità della stessa. Grazie alla soluzione Dewesoft, è stato possibile acquisire e analizzare dati multidisciplinari in modo più completo e approfondito, migliorando così la comprensione dei fenomeni vulcanologici e sismici.

Setup di misura

SKATE è un acronimo che sta per Setup for the Kinematic Acquisition of Explosive Eruptions ed è il sistema integrato progettato per l'acquisizione di dati multiparametrici dei fenomeni eruttivi del vulcano. Il setup è contenuto in un case impermeabile, rigido e di dimensioni pari a una valigia da imbarco, con un peso totale inferiore a 10 kg, rendendolo facilmente trasportabile anche a bordo di un velivolo. 

Nella parte inferiore del case sono presenti diversi dispositivi elettronici. In primo luogo, una termocamera Optris-PI640 montata sul case, con una membrana conica che consente di ruotare la telecamera in modo stabile e saldamente posizionata. Successivamente, la DS-CAM 600 ad alta velocità sincronizza perfettamente la frequenza di campionamento dei dati analogici e la compressione in tempo reale, e il microfono Gras e la ventola di raffreddamento completano l'intero sistema.

Per le misure delle eruzioni transienti con breve durata e lunghi intervalli tra l'attività, il trigger su base termica è la scelta preferita per registrare le emissioni vulcaniche che emettono abbondante materiale caldo. Tuttavia, la temperatura registrata dalla termocamera varia in base alla distanza, all'assorbimento atmosferico e all'emissività del corpo radiante. Per questo motivo, la temperatura di setting del trigger dipende da vari fattori come l'intensità dell'attività, la distanza e le condizioni atmosferiche. In altri casi, dove la visibilità è ridotta o il sistema è posto in punti riparati, il trigger acustico o su base temporale viene preferito. Per registrare video ad elevata distanza, è stato montato sull'high speed camera un obiettivo Nikkor AF-S 80-400 mm f/4.5-5.6G ED VR con autofocus pronto ad immortalare qualsiasi accadimento immediato. La termocamera, invece, è fondamentale per documentare l'attività in maniera continua ed a lunghezze d'onda meno soggette all'assorbimento atmosferico e indipendenti dall'illuminazione solare, ma con frequenza minore rispetto alla telecamera ad alta velocità.

Nella sezione superiore dello studio troviamo i dispositivi Dewesoft. In particolare, il computer SBOX garantisce un'alta affidabilità nella registrazione dei dati con una velocità di scrittura tipica di 180 MB/s direttamente su un'unità SSD veloce integrata, che consente di acquisire un'enorme quantità di dati video e acustici. Il dispositivo Krypton 1xACC, dotato di microfono GRAS, permette l'acquisizione di segnali acustici. Il monitoraggio acustico è essenziale in molti vulcani, poiché fornisce informazioni cruciali sui diversi processi vulcanici e non è influenzato dalla visibilità. La combinazione di segnali acustici, immagini video termiche e ad alta velocità ha permesso di ottenere una migliore interpretazione dei segnali acustici generati dall'attività eruttiva. Inoltre, il computer Dewesoft è stato collegato ad un'antenna GPS, che fornisce la posizione esatta del sistema (latitudine, longitudine e altitudine) e permette la sincronizzazione satellitare. Questo garantisce una registrazione precisa degli eventi vulcanici e una corretta sincronizzazione con gli altri enti geofisici. Infine, l'alimentazione del sistema è fornita da un gruppo esterno di 4 batterie da 12V ciascuna, che garantiscono la registrazione degli eventi per tutto l'intervallo di tempo necessario.

Dopo una serie di eventi esplosivi e un'attività vulcanica intensa che ha provocato una significativa emissione di gas nocivi nell'atmosfera, è stato creato il sistema SKATE. Questo è stato sviluppato a causa del fenomeno di degassamento, che comporta l'emissione di gas con una quantità di anidride carbonica molto superiore alla norma, causando intossicazione per diverse specie animali e disturbi di vario genere per gli esseri umani. Nel caso specifico, circa 480 tonnellate di CO2 al giorno sono state emesse rispetto alle normali 80 tonnellate, e queste sono cadute a terra a causa del loro peso, riducendo la quantità di ossigeno e causando difficoltà respiratorie potenzialmente letali. Lo SKATE è un sistema autonomo in grado di acquisire gli eventi esplosivi in qualsiasi condizione naturale, anche estremamente complicata, e di funzionare in modo indipendente dall'attività umana.

Le acquisizioni con Dewesoft

Il sistema SKATE ha acquisito le prime misure nel mese di maggio 2022, durante il quale sono stati registrati eventi esplosivi dello Stromboli e valanghe di materiale vulcanico caldo, tra cui fango e massi, che si sono depositati in mare causando esplosioni secondarie. Grazie all'utilizzo di sensori acustici, è stato possibile distinguere i diversi eventi. L'analisi delle varie frequenze registrate ha permesso di caratterizzare le attività di spattering (a bassa frequenza), che si verificano a intervalli di circa 1,5 secondi, e le esplosioni stromboliane, caratterizzate da una firma ad alta frequenza. Nell'immagine sottostante, è possibile vedere i seguenti segnali, dall'alto verso il basso: segnale acustico (Pa), distribuzione spettrale acustica (Hz) e segnale termico ad infrarossi (m). Il sistema SKATE di Dewesoft ha dimostrato di essere un'utile tecnologia per il monitoraggio e la misura di eventi vulcanici, come quelli osservati nel caso dello Stromboli.

Dewesoft's SKATE system has been proven effective in monitoring and measuring volcanic events, such as those observed on Stromboli.

Inoltre, il sistema SKATE ha registrato anche le valanghe di materiale vulcanico caldo, causate dal collasso dei depositi di lava. Questi eventi hanno generato esplosioni secondarie e una firma acustica caratteristica quando il materiale si è riversato in mare alla base della Sciara del Fuoco. Il sistema DAQ Dewesoft SKATE si è dimostrato efficace nella registrazione e nella caratterizzazione di tali fenomeni, fornendo informazioni utili per il monitoraggio vulcanico e la valutazione del rischio associato.

Conclusioni

Il monitoraggio costante dei fenomeni sismici e vulcanici delle Isole Eolie è cruciale per assicurare la sicurezza e la protezione dell'intera zona circostante. Grazie a sistemi di acquisizione dati avanzati come Dewesoft SKATE, è possibile raccogliere e analizzare le informazioni sulle attività vulcaniche in modo accurato e tempestivo, consentendo di prevedere eventuali rischi e di attuare misure preventive adeguate. Il monitoraggio continuo delle attività sismiche e vulcaniche rappresenta un aspetto fondamentale della gestione dei rischi naturali e della salvaguardia delle comunità locali e dell'ambiente.

Dewesoft SKATE ha reso possibile l'acquisizione contestuale di tutti i segnali necessari alle analisi, anche in zone critiche e difficili da gestire. Grazie a questo sistema estremamente flessibile, sono state identificate correttamente tutte le tipologie di fenomeni avvenuti durante il periodo di monitoraggio, permettendo di individuare possibili correlazioni tra gli eventi registrati e fornendo informazioni preziose per le future analisi e previsioni sul comportamento vulcanico. SKATE risulta essere una valida soluzione in situazioni di emergenza o non, grazie alla praticità di poter registrare diversi segnali in un'unica registrazione per caratterizzare efficacemente il fenomeno e identificare possibili conseguenze. La collaborazione con Dewesoft ha permesso di identificare la soluzione migliore per supportare il Centro per il Monitoraggio delle Isole Eolie nella salvaguardia dell'area circostante.