| Plumes vulcanici |
Generalità |
Le
variazioni temporali delle concentrazioni di gas acidi (quali
SO2, H2S, HCl, HF, CO2) nei plumes vulcanici, rappresentano
un importante settore di indagine per comprendere le dinamiche
relative alla migrazione dei magmi nei condotti di alimentazione
di un vulcano attivo. In particolar modo, queste indagini consentono
di ottenere indicazioni su fenomeni di ricarica delle porzioni
terminali dei condotti eruttivi. Ciascuna delle specie gassose
disciolte nel magma è infatti caratterizzata da valori
di solubilità che diminuiscono in modo non lineare
al diminuire della pressione a cui il corpo magmatico è sottoposto
durante il processo di migrazione verso la superficie.
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Plume dell'Etna durante l'eruzione 2002-2003 |
Stromboli |
Recenti studi
indicano, ad esempio, che per pressioni prossime a 600 MPa,
un magma basaltico riduce notevolmente la sua capacità di
dissolvere CO2; pertanto, l’ingresso di magma non degassato
nei condotti di alimentazione di un vulcano, già a 20km
di profondità, determina un aumento dei flussi di CO2
e dei rapporti CO2/SO2, CO2/HCl, CO2/HF. Al contrario, una
fase tardiva di degassamento è caratterizzata da rapporti
fra queste specie estremamente bassi (biblio).
Nonostante l’analisi delle variazioni nel tempo dei
tenori dei gas acidi nei plumes vulcanici sia
di grande utilità ai fini della sorveglianza di un vulcano
attivo e della valutazione del suo stato di attività,
soltanto di recente si è iniziato ad acquisire dati
in modo sistematico (Aiuppa et al., 2002; Aiuppa, et al. 2004b;
Shinohara et al. 2003a). Questo gap rispetto ad altre tipologie
di indagine dei fluidi vulcanici è dipeso da differenti
fattori fra i quali l’indisponibilità di dati
sperimentali sulla solubilità delle specie gassose nei
magmi e, aspetto assolutamente non trascurabile, dalla difficoltà e
dalla pericolosità di effettuare campionamenti e misure
in prossimità delle bocche eruttive, soprattutto durante
fasi critiche di attività. I risultati ottenuti dalla
comunità scientifica attraverso le indagini svolte in
questo ultimo decennio sono però estremamente positivi
e determinano un vero salto in avanti nella conoscenza dei
fenomeni che pre e post eruttivi.
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Sistema portatile per la misura
di CO2, SO2,
H2S e HCl |
Sulla scorta
di tali successi, nel 2003 la Sezione di Palermo dell’INGV
ha iniziato lo sviluppo di un prototipo per la misura diretta
dei valori di concentrazione di alcune delle specie gassose
acide più importanti presenti nei pennacchi vulcanici.
Obiettivo di tale progetto era quello di realizzare uno strumento
capace di sostituire le metodologie classiche di indagine (basate
su assorbimento attivo o passivo dei gas acidi su supporti
basici e successive analisi di laboratorio) fornendo immediatamente
dati sulla composizione chimica del plume.
Il dispositivo sviluppato, ha un peso pari a circa 2
kg completo di batterie, un’autonomia di circa 3 ore
e consente di determinare automaticamente i valori di concentrazione
di CO2, SO2 e H2S con una frequenza di una misura al secondo.
Lo strumento è stato inizialmente affiancato ai tradizionali
metodi di campionamento discreto dei gas del nei plumes vulcanici
quali i filters packs ed i diffusive samplers
(Aiuppa et al., 2004, 2005; Shinohara H., 2005) in modo da
ottenere dati comparativi; oggi, sostituisce le metodiche classiche
in tutte le attività di ricerca e sorveglianza della
Sezione di Palermo dell’INGV che riguardano i plumes
vulcanici. Attraverso questo strumento sono state ottenute
indicazioni di grande utilità nello studio dei fenomeni
vulcanici nelle aree attive siciliane. Sulla base di tali risultati
positivi è stata avviata la sperimentazione di un sistema
di misura totalmente automatico per il monitoraggio dei plumes
vulcanici.
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| Stromboli |
Il primo prototipo di stazione automatica di
misura per il monitoraggio continuo delle specie CO2 ed SO2
in plumes vulcanici è stato sviluppato nell’estate
del 2005 ed installato sul cratere dello Stromboli nel settembre
del 2005. La stazione è stata realizzata utilizzando
come base di partenza l’hardware sviluppato per la rete
Etnagas per il monitoraggio automatico dei flussi diffusi di
CO2 dai suoli. In tal modo è stato possibile riutilizzare
numerose componenti hardware, software e firmware già positivamente
testate sia nei laboratori di Palermo dell’INGV che in
applicazioni di campagna. Naturalmente, delle modifiche sostanziali
hanno riguardato la parte sensoristica, il firmware ed i sistemi
meccanici di protezione delle strumentazioni. Le condizioni
di misura in cui le stazioni per il monitoraggio dei plumes
vulcanici devono operare sono infatti sensibilmente più ostili
rispetto a quelle che caratterizzano i siti di osservazione
per i gas diffusi dai suoli o le falde acquifere.
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Stazione di monitoraggio del plume dello Stromboli |
Attualmente, la stazione Stromboli
misura i valori di concentrazione di CO2 mediante uno spettrofotometro
nella banda dell’infrarosso con risoluzione 1 ppm vol;
le concentrazioni di SO2 ed H2S vengono invece determinate
mediante sensori elettrochimici (con analoga sensibilità).
Ulteriori modifiche rispetto al progetto flussi di gas
dai suoli hanno riguardato il ciclo di acquisizione e
memorizzazione dei dati e le relative tempistiche. La stazione
Stromboli attualmente acquisisce due serie di dati giornaliere,
della durata di un’ora ciascuna, che vengono trasmesse
tramite link radio alla sala monitoraggio di Palermo. Oltre
allo sviluppo tecnologico per migliorare l’affidabilità e
la durata delle strumentazioni e la qualità dei dati
acquisiti, in futuro verranno sviluppati nuovi moduli software
per l’identificazione dei picchi di concentrazione, la
fasatura ed il filtraggio dei segnali.
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| Etna |
Nel luglio 2006, è stato
installato un prototipo di stazione fissa per il monitoraggio
continuo del plume dell’Etna. Questo primo step ha consentito
di verificare, nelle condizioni reali di lavoro, la funzionalità dei
sensori di misura e delle altre componenti hardware presenti
nel prototipo. Rispetto alla stazione Stromboli, sono state
testate numerose nuove componenti, anche meccaniche, allo scopo
di far fronte alle condizioni di lavoro estreme che caratterizzano
questo sito di osservazione.
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Nel mese di ottobre dello stesso anno, il prototipo è stato
sostituito con un nuovo esemplare di stazione automatica che è stato
realizzato tenendo conto delle esperienze maturate sia localmente che
in altre aree vulcaniche attive (Stromboli, Vulcano, Miyakejima – Japan).
Le strumentazioni sono state installate al di sotto del piano
di campagna, all’interno di due contenitori stagni ed
una struttura metallica in modo da resistere ai gas acidi del
plume ed alle sollecitazioni meccaniche e rendere più agevoli
le operazioni di manutenzione.
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Stazione di monitoraggio del plume installata
in prossimità della
Voragine (Etna) |
La stazione utilizza hardware sviluppato e/o
modificato nei laboratori della Sezione di Palermo dell’INGV
ed è il primo dei tre esemplari che nel corso del 2007
verranno installati nella sommità dell’edificio
vulcanico in accordo ai programmi di sorveglianza concordati
con il Dipartimento di Protezione Civile Nazionale e la Protezione
Civile della Regione Siciliana. Attualmente, le misure vengono
effettuate 4 volte al giorno e forniscono serie di valori di
concentrazione di CO2 ed SO2 in finestre temporali di ampiezza
paria a 30 minuti ciascuna. I dati acquisiti vengono giornalmente
trasferiti tramite link radio su frequenza dedicata alla sala
monitoraggio di Palermo dove vengono elaborati ed interpretati.
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