Responsabile: G.
Capasso
Introduzione
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Il monitoraggio geochimico continuo consiste nella misura
automatica di parametri chimici e chimico-fisici in fluidi
naturali quali le emissioni diffuse di gas dai suoli, le emissioni
fumaroliche, i pennacchi vulcanici e le acque di falda. Lo
sviluppo di tale attività, relativamente recente, ha lo scopo di studiare
con maggiore dettaglio sistemi naturali complessi quali le
aree soggette ad attività vulcanica
e sismica. Si ritiene, infatti, che la composizione chimica
ed isotopica dei fluidi e la loro portata d’emissione
dalla crosta terrestre siano fortemente dipendenti da fenomenologie
locali (presenza di intrusioni magmatiche, di discontinuità crostali
etc.). Variazioni nel tempo della composizione e del flusso
nei fluidi naturali riflettono mutazioni delle condizioni di
equilibrio, e quindi, se correttamente interpretate, possono
dare importanti indicazioni sullo stato di attività e
sulla tendenza evolutiva del sistema naturale monitorato.
Le emissioni di gas diffuso dai suoli, quelle fumaroliche ed
i pennacchi, ad esempio, sono molto comuni nel nostro pianeta
e spesso si manifestano attraverso fenomeni spettacolari .
In particolare, le aree vulcaniche attive sono sede di degassamento,
la cui intensità, in alcuni casi, è tale da impedire
qualsiasi forma di vita sia animale sia vegetale. Esempi notevoli
di tali manifestazioni sono presenti in varie parti del mondo
(Long Valley Caldera, Mammoth Mountains, Mt. S.Helen in USA,
i vulcani Giapponesi etc.) ed in Italia (Campi Flegrei, Etna,
Vulcano, Stromboli, Colli Albani etc.).
I fluidi emessi attraverso queste manifestazioni possono avere
origini differenti. In aree vulcaniche, le emissioni gassose
vengono sostenute principalmente da masse magmatiche intruse
e consistono nel rilascio di notevoli quantità di
vapor d’acqua, anidride carbonica, anidride solforosa,
idrogeno solforato ed altre specie in tenori e flussi via via
minori. Emissioni gassose di altra origine possono essere sostenute
da attività organica negli strati più superficiali
della crosta terrestre, da fenomeni di metamorfismo termico
di rocce carbonatiche,
da accumuli di stress nelle rocce crostali, etc.
Prescindendo dalla tipologia della sorgente che le alimenta,
le fumarole e le emissioni di gas dai suoli sono ubicate in
corrispondenza di lineamenti strutturali che agiscono come
vie preferenziali di fuga per i gas.
Quanto detto per le emissioni gassose nell’ambito della
sorveglianza delle aree soggette ad attività vulcaniche
e sismiche ha validità anche
per le acque di falda. La composizione chimica ed isotopica
di tali acque, e dei gas in esse disciolti, riflette in qualche
modo condizioni di equilibrio con le rocce che le ospitano
e con i fluidi più profondi che le intercettano
durante la loro risalita verso la superficie. Anche in questo
caso, le variazioni nel tempo nella composizione delle acque
possono riflettere mutate condizioni d’equilibrio e,
pertanto, possono essere utilizzate ai fini di sorveglianza
dell’area.
La Sezione di Palermo dell’INGV, dal 1984 ad oggi, si è impegnata
nello sviluppo di strumentazioni automatiche per il monitoraggio
dei fluidi naturali. Il primo sistema di monitoraggio automatico è stato
installato nell’isola
di Vulcano allo scopo di monitorare la temperatura e la capacità riducente
(parametro legato alla presenza di gas riducenti) delle emissioni
fumaroliche. Da allora numerosi ricercatori si sono alternati
nello sviluppo delle varie componenti di una rete di monitoraggio
geochimico: sensoristica, sistemi di acquisizione remota e
di trasferimento dati, software di gestione, elaborazione e
visualizzazione dei dati.
Nel 2001 la Sezione di Palermo dell’INGV, sia per motivi
tecnici che economici, ha sviluppato una nuova tipologia di
network geochimico, progettato, assemblato e testato presso
i propri laboratori, in grado di monitorare in automatico alcuni
parametri geochimici di particolare interesse ai fini della
sorveglianza dell’attività vulcanica
e sismica. Il progetto è consistito nello sviluppo di
un nuovo sistema di acquisizione scalabile (sia in termini
di unità remote che nella tipologia
dei sensori), di facile configurazione ed utilizzazione dei
dati. A tale
scopo, è stato progettato e sviluppato un nuovo datalogger dotato
di microcontroller di ultima generazione, corredato di ingressi
analogici e digitali, uscite digitali per la gestione di eventuali
sistemi elettro-idraulici ed interfacce seriali che consentono
di comunicare verso il mondo esterno. Durante la fase di sviluppo,
sono stati testati numerosi sensori di nuova generazione per
la misura dei tenori di CO2 e CH4 (spettrofotometri
all’infrarosso), di SO2,
H2S
ed HCl (sensori elettrochimici), della temperatura, la conducibilità elettrica
ed il pH (per il monitoraggio delle falde acquifere), etc.
Parallelamente allo sviluppo dell’hardware, sono stati
realizzati numerosi software per la gestione delle stazioni
remote, l’elaborazione e la visualizzazione
dei dati, la generazione di warnings tecnici e scientifici
ed il loro invio tramite SMS, e la creazione di pagine HTML
visualizzate su rete intranet, che automatizzano molte delle
attività connesse alla gestione del network
di acquisizione dati.
Attualmente, la rete di monitoraggio automatico di parametri
geochimici della Sezione di Palermo dell’INGV è presente
in 4 aree di particolare interesse ai fini della sorveglianza
vulcanica e/o sismica del territorio
italiano: Etna, Vulcano, Stromboli e Piemonte. La rete è in
grado di monitorare i seguenti parametri: |
Attivita esplosiva durante l'eruzione 2004-2005 nel Monte Etna.
Frattura apertasi nel cratere di Sud-Est 07 Sett 2004.
Emissioni di gas lungo la frattura che ha interessato il versante est
dell'edificio etneo durante l'eruzione 2004-2005.
Campionamento dei gas fumarolici. Monte Etna
2004.
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- flusso di CO2, ed in alcuni casi CH4, esalante
dal suolo in forma diffusa. Il metodo di misura su cui si basano
le misure automatiche è stato proposto da Gurrieri & Valenza
(1988) (Giammanco et al., 1995, 1997, Diliberto et al.,
2003).
- parametri chimico-fisici delle acque di
falda;
- pressione totale dei gas disciolti (TDGP)
(De Gregorio et al., 2005);
- Temperatura e Capacità Riducente
dei fluidi fumarolici (Sato, 1988).
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