Monitoraggio geodetico
Misure GPS/GNSS
Il GPS (Global Positioning System) è un sistema di derivazione militare satunitense, utilizzato dalla metà degli anni ottanta anche per lo studio della forma della Terra (Geodesia). L'utilizzo a scopi geodetici del GPS si basa sul principio dell'interferometria applicato ai segnali radio emessi da particolari satelliti artificiali che vengono captati da ricevitori posti sulla superficie terrestre. Questi dati, opportunamente elaborati, permettono di conoscere la distanza 3 D (nello spazio) tra due capisaldi e quindi di risalire alle coordinate di una rete di capisaldi con elevatissima precisione (errori inferiori ad 1 cm). E' una tecnica spaziale perché, pur essendo eseguita tramite strumentazione collocata sulla superficie terrestre, si basa su segnali emessi da veicoli spaziali in orbita (satelliti).
Oggi si parla di sistema GNSS (Global Navigation System Signals), in quanto l’attuale strumentazione è in grado di ricevere ed elaborare i segnali di altri sistemi di posizionamento satellitari di altre nazioni, quali il sistema GLONASS (Russo) o il Galileo (Europeo) oltre al GPS americano.
Misura GPS su caposaldo con treppiedi, ormai sostituiti a causa della minore precisione
I principali vantaggi della tecnica GPS per misurare le deformazioni del suolo sono quelli di poter effettuare misure che collegano punti tra loro non visibili ed in qualunque condizione meteorologica; le tecniche GNSS sono applicate allo studio e monitoraggio delle aree vulcaniche e sismogenetiche della Sicilia dalla fine degli anni '80 eseguendo campagne di misura sulle fitte reti Geodetiche Discrete. Queste reti hanno subìto, nel corso anni, una continua espansione ed evoluzione per ampliare le arere di indagine e per migliorare il dettaglio nella misura del campo di deformazione. Ad esempio, sull'Etna la rete GPS discreta è passata da 9 capisaldi (su treppiede) nel 1988 a quasi un centinaio (autocentranti) oggi, con alcune sotto-reti molto fitte per lo studio di alcune strutture particolarmente attive come la faglia della Pernicana e la faglia di S. Leonardello; le misure su quest'ultima faglia sono state avviate con il coinvolgimento degli studenti delle scuole superiori nell'ambito del Progetto "Laboratorio di Geodinamica - le scuole per il Territorio"
Caposaldo geodetico su colonnina
Inoltre, la tecnologia GNSS è attualmente in grado di acquisire dati di posizione ad elevata frequenza (da 1 a 20 Hz), mettendo i ricercatori in condizione di monitorare movimenti legati ad eventi molto veloci sulle stazioni delle reti GPS permanenti (p.e. l'apertura di fratture eruttive o il movimento del suolo in occasione di eventi sismici particolarmente forti).
Caposaldo GPS tipo "autocentrante" (in lontananza il vecchio su treppiede)
Geodimetro e Stazione Totale
Lo strumento che misura le distanze è il geodimetro o distanziometro (tecnica EDM). Questo strumento ha consentito per anni la misura delle deformazioni orizzontali (variazione di distanza tra due capisaldi) con precisione molto elevata (5 mm 1 mm/Km), consentendo l’avvio pioneristico delle misure delle deformazioni del suolo negli anni ’70, sino ai primi anni di questo secolo.
La tecnica geodimetrica è una tecnica di geodesia "terrestre", in quanto totalmente basata su strumentazione collocata sulla superficie terrestre. Il principio di funzionamento è basato sull'invio di un raggio di luce ad un riflettore e sulla misura del tempo che il raggio impiega a raggiungere il bersaglio e tornare. Poiché questo tempo è molto piccolo si misura lo sfasamento tra l'onda uscente e l'onda rientrante. Da questo si ottiene la distanza D introducendo nel calcolo la velocità della luce.
Da ciascun punto di stazione (ove viene collocato il geodimetro) vengono misurate le distanze dagli altri punti (ove vengono collocati i riflettori). Ciascun punto, nella maggior parte dei casi, viene misurato da più stazioni per ottenere un alto numero di collegamenti e di vincoli, per questo si parla di Reti Geodetiche terrestri.
Per scopi topografici e geodetici, alle misure di distanza è necessario associare anche misure angolari di precisione per il posizionamento 3D dei punti sulla superficie terrestre; lo strumento in grado di misurare gli angoli orizzontali e verticali, con precisioni di circa 1", è il Teodolite.
Queste tecniche sono state usate per anni, sin dalla fine degli anni ’70, per le misure delle deformazioni del suolo. Le tecniche satellitari, come il GPS, hanno via via sostituito le tecniche ottiche, non tanto per le precisioni, quanto per la maggiore facilità di esecuzione, non essendo più necessaria l’inter-visibilità tra i punti.
Attualmente le misure distanziometriche ed angolari vengono eseguite da contemporaneamente strumenti detti "Stazioni Totali" che accorpano le capacità di un geodimetro e quelle di un teodolite. Sono strumenti elettronici evoluti, in grado non solo di eseguire le misure, ma anche di memorizzare i risultati ed eseguire calcoli preliminari per il posizionamento e tracciamento di punti
Inoltre, alcuni di questi strumenti sono robotizzati, per poter eseguire autonomamente dei cicli di misura ed essere controllati da remoto, come il sistema Theodoros installato a Stromboli, che ha consentito il monitoraggio della Sciara del Fuoco, inaccessibile e pericolosa, e della subsidenza del delta lavico formatosi con l’eruzione del 2007.