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Rete Infrasonica Permanente dell'Etna

Coordinatore scientifico: Dr. Eugenio Privitera

Referente tecnico: p.i. Luciano Scuderi


La rete infrasonica dell'Etna è costituita da sette stazioni permanenti equipaggiate con microfoni a condensatore che operano nel campo delle frequenze infrasoniche (<20 Hz).
Le stazioni infrasoniche sfruttano il sistema di digitalizzazione (frequenza di campionamento 100 Hz) e trasmissione dati digitale della Nanometrics® utilizzato per la rete sismica permanente.

Figura 1 - Mappa della rete infrasonica permanente dell’Etna

 

Nell’agosto del 2006 la Sezione di Catania dell’INGV ha installato la sua prima stazione infrasonica permanente nel sito della stazione sismica ECPN (Figura 1). Questa stazione è equipaggiata con un microfono a condensatore Monacor® MC-2005 (sensibilità di 80 mV/Pa nella banda infrasonica 1 - 20 Hz).
Nel corso del 2007 furono installate altre quattro stazioni in altrettanti siti di stazioni sismiche, EPDN, EBEL, EPLC ed ESLN (Figura 1). Le caratteristiche di queste stazioni sono analoghe a quelle di ECPN.
A partire dall'estate 2009, è stato avviato un programma di potenziamento e sviluppo tecnologico che ha condotto alla attuale configurazione di rete.

Potenziamento e sviluppo tecnologico

Nel corso del 2009, si è avviato un programma di potenziamento quantitativo e qualitativo della Rete Infrasonica Permanente.
Il potenziamento quantitativo della rete è stato attuato tenendo conto di due fattori guida. Il primo, cercare di avere una migliore copertura azimutale dell’area dei crateri sommitali, sede della stragrande maggioranza dei fenomeni infrasonici. Il secondo, creare un nucleo di stazioni a quota intermedia che permetta di avere una copertura sufficientemente completa, in caso di eruzioni laterali ed eccentriche che potrebbero interessare i fianchi del vulcano. Inoltre, dato che le stazioni a quota intermedia sono previste entro aree boschive, si avrà la possibilità di avere informazioni sull’attività infrasonica anche in caso di forte vento, difatti, è noto che i boschi si comportano come dei filtri naturali per gli effetti del vento.
Seguendo questi principi è stata progettata la nuova rete e, acquisite le strumentazioni necessarie, si è proceduto all’installazione di due nuove stazioni presso i siti delle stazioni sismiche ETFI e ECNE (Figura 1). Le nuove stazioni sono equipaggiate con microfoni analoghi a quelli precedentemente installati e utilizzano il sistema di condizionamento e trasmissione digitale delle stazioni sismiche.
Entro l’estate del 2010 si conta d’installare le rimanenti cinque stazioni previste (Figura 1) conferendo in tal modo alla rete di rilevamento un assetto stabile ed adeguato che permetterà di concludere la fase sperimentale tutt’ora in atto.
Il potenziamento qualitativo ha riguardato l’acquisizione di un nuovo tipo di microfoni con una banda passante allargata rispetto ai microfoni sin qui utilizzati. Dopo un’analisi di mercato la scelta è ricaduta sui microfoni a condensatore prepolarizzato G.R.A.S.® 40AN (sensibilità 50 mV/Pa) equipaggiati con preamplificatore G.R.A.S.® 26HG. L’insieme dei due prodotti assicura una risposta piatta nell’intervallo di frequenza 0.2 - 20000 Hz che permetterà di analizzare la radiazione acustica oltre che nel campo delle frequenze infrasoniche anche nel campo delle frequenze udibili. Ovviamente, non sarà utilizzata tutta la banda passante e di regola si utilizzerà la banda 0.2 - 40 Hz. I vantaggi di questo microfono sono: i) robustezza e compattezza degli apparati, ii) una maggiore sensibilità, iii) la possibilità di estendere le osservazioni al disotto di 1 Hz e iv) un’accurata calibrazione degli strumenti, a cura della casa produttrice, anche per frequenze inferiori a 0.2 Hz.
La necessità di estendere le osservazioni al disotto di 1 Hz scaturisce dall’aver osservato degli eventi infrasonici a bassa frequenza (frequenza dominante 0.225 Hz) prima dell’eruzione del 13 maggio 2008 (Di Grazia et al., 2009). L’utilizzo di questi microfoni permetterà di osservare in modo quantitativamente corretto questo tipo di fenomeni.
In tutto, sono stati acquistati cinque microfoni G.R.A.S.® 40AN e attualmente due di questi sono stati installati presso le stazioni EPDN ed EBEL (Figura 1 e 2).
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Figura 2 - Evento infrasonico registrato il 12 novembre 2009 alle ore 02:11 alla
stazione EBEL equipaggiata con il nuovo microfono G.R.A.S.® 40AN.


Inoltre, in collaborazione con l’U.F. Vulcanologia è prevista, a breve, l’installazione di un microfono G.R.A.S.® 40AN presso il sito multi-parametrico della Montagnola (EMNT; Figura 1) che sarà utilizzato nella banda 0.2 - 1000 Hz. Questo tipo di installazione sarà sperimentale, con l’obbiettivo di verificare l’assunto, riportato nella bibliografia internazionale sull’argomento, che la maggior parte dell’energia acustica radiata dai vulcani risiede nella banda infrasonica. Infatti, i risultati di un recente esperimento a Stromboli sembrerebbero evidenziare che questo assunto non sia sempre valido.

Attività di monitoraggio
I dati acquisiti dalla rete infrasonica sono oggetto di analisi giornaliera ed hanno contribuito al controllo dell’attività dell’Etna. In particolare, in occasione di fenomeni esplosivi e/o di degassamento si è proceduto con la produzione di tempestivi aggiornamenti e rapporti sull’attività infrasonica che hanno contribuito a caratterizzare i fenomeni vulcanici osservati.
Inoltre, è in avanzato stato di realizzazione un sistema automatico per l’analisi in tempo reale dei dati infrasonici (Montalto et al., 2009) che presumibilmente entrerà in servizio nei primi mesi del 2010.

Attività di ricerca
La nuova rete infrasonica permanente dell’Etna, ha permesso di registrare una notevole mole di dati che contengono importanti informazioni sui processi esplosivi che si sono verificati negli ultimi anni all’Etna.
Il sistema di monitoraggio ha dimostrato la sua efficacia soprattutto nelle fasi iniziali dell’eruzione del 13 maggio 2008. Infatti, nonostante che il maltempo impedisse osservazioni dirette, mediante i dati infrasonici è stato possibile identificare con precisione, l’istante d’inizio dell’eruzione, la sua localizzazione ed il tipo di attività che l’ha caratterizzata (Cannata et al., 2009a).
Inoltre si è proceduto alla caratterizzazione di tutte le sorgenti acustiche osservate da quando la rete è stata installata. In particolare, tale caratterizzazione è stata compiuta nei domini del tempo, della frequenza e dello spazio, mediante numerose tecniche di analisi, alcune delle quali all’avanguardia (Cannata et al., 2009b; Di Grazia et al., 2009; Marchetti et al., 2009).
I risultati ottenuti, hanno permesso di associare i segnali registrati ai vari crateri che sono stati attivi nell’intervallo di tempo analizzato, consentendo, inoltre, anche la tipizzazione dell’attività eruttiva. Quest’ultima, è stata successivamente quantificata, applicando alcuni modelli di sorgente acustica attualmente disponibili in letteratura.
I risultati sin qui ottenuti, sono anche alla base di uno studio che consentirà di realizzare, nel 2010, un sistema automatico in tempo reale per l’analisi della radiazione infrasonica (Montalto et al., 2009).

Riferimenti bibliografici
  • Cannata, A., Montalto, P., Privitera, E., Russo, G. and Gresta, S. (2009a), Tracking eruptive phenomena by infrasound: May 13, 2008 eruption at Mt. Etna, Geophys. Res. Lett., 36, L05304, doi: 10.1029/2008GL036738.
  • Cannata, A., Montalto, P., Privitera, E. and Russo, G. (2009b), Characterization and location of infrasound sources in active volcanoes: Mount Etna, September-November 2007, J. Geophys. Res., 114, B08308, doi: 10.1029/2008JB006007.
  • Di Grazia G., Cannata A., Montalto P., Patanè, D., Privitera E., Zuccarello L., Boschi E., (2009), A multiparameter approach to volcano monitoring based on 4D analyses of seismo-volcanic and acoustic signals: the 2008 Mt. Etna eruption. Geophys. Res. Lett., 36, doi:10.1029/2009GL039567.
  • Gresta S., Ripepe M., Marchetti E., D'Amico S., Coltelli M., Harris A.J.L. and Privitera E., (2004.), Seismoacoustic measurements during the July-August 2001 eruption at Mt. Etna volcano, Italy, J. Volcanol. Geoth. Res., 137, 1-3, 219-230.
  • Marchetti E., Ripepe M., Ulivieri G., Caffo S., Privitera E., (2009), Infrasonic evidences for branched conduit dynamics at Mt. Etna volcano, Italy. Geophys. Res. Lett., 36, doi:10.1029/2009GL040070.
  • Montalto P., Cannata A., Privitera E., Gresta S., Nunnari G., Patanè D., (2009), Towards an automatic monitoring system for infrasonic events at Mt. Etna: strategies for source location and modelling. Pure and Applied Geophysics, in print.
  • Ripepe M., Coltelli M., Privitera E., Gresta S., Moretti M., Piccinini D., (2001), Seismic and infrasonic evidences for an impulsive source of the shallow volcanic tremor at Mt. Etna, Italy. Geophys. Res. Lett., 28(6), 1071-1074.
(Ultimo aggiornamento: 12 dicembre 2009)
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