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LA TEORIA
La legge di gravitazione universale scoperta da Isaac Newton nel 1687, afferma che due corpi si attirano con una forza che è direttamente proporzionale alle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Questa forza è chiamata forza o attrazione gravitazionale ed è espressa dalla seguente relazione:

Geomag01

Geomag02

Quando si effettuano le misure della gravità sulla superficie terrestre, solitamente non si fa riferimento alla forza gravitazionale ma piuttosto all'accelerazione gravitazionale g.

L'accelerazione gravitazionale è indice della rapidità con cui cambia la velocità di un corpo sottoposto alla forza gravitazionale ed è direttamente proporzionale alla massa della Terra M e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra il centrodelle due masse, r.

Variazioni temporali nell’accelerazione di gravità possono essere l’effetto di:

fenomeni di ridistribuzione di massa che si verificano all’interno della Terra (migrazione di fluidi magmatici; variazioni di densità di corpi magmatici statici, soprattutto per variazioni nel contenuto di volatili; variazioni del livello dei fluidi presenti in un mezzo poroso; ecc.);

variazioni di distanza tra il punto di misura ed il centro di massa della Terra (es. innalzamento o abbassamento del suolo per effetto di fenomeni tettonici o vulcano-tettonici).

LA GRAVIMETRIA
Si chiama gravimetria la scienza che studia la gravità terrestre. Il valore del campo gravitazionale in un dato punto viene misurato con strumenti chiamati gravimetri.

RETE GRAVIMETRICA DELL’ETNA
Misure gravimetriche vengono eseguite all'Etna da circa 15 anni. La rete per misure discrete attualmente comprende 71 stazioni distribuite sul vulcano a quote comprese tra 500 m e 3100 m s.l.m. (Fig. 1). Questo dispositivo è composto da 4 elementi distinti, interconnessi attraverso alcune stazioni comuni, che possono essere misurati indipendentemente, fornendo dati confrontabili tra loro dal momento che ciascun elemento è connesso ad un'unica rete basale di riferimento. Le misure lungo la rete vengono eseguite tramite un gravimetro digitale Scintrex CG-3M (Fig. 2) con una periodicità che normalmente è compresa tra un mese ed un anno ed è funzione delle esigenze logistiche, delle condizioni climatiche e dell 'attività del vulcano.

Fig. 1 Rete per il monitoraggio gravimetrico continuo e discreto dell’Etna. Nel riquadro a sinistra sono riportate le stazioni della linea di taratura lungo la quale vengono calibrati i gravimetri utilizzati per le misure discrete.

Fig. 2 Gravimetro Scintrex CG-3M utilizzato per le misure discrete.

Fig. 3 Gravimetro LaCoste & Romberg D-157 in registrazione continua presso l’Osservatorio Vulcanologico di Pizzi Deneri. Sullo sfondo il cratere di NE.

Nel 1998, ai capisaldi per misure discrete, sono state affiancate 3 stazioni in acquisizione continua ubicate: presso l'Osservatorio Astronomico di Serra La Nave (SLN; 1740 m s.l.m.), a circa 10 Km di distanza dai Crateri Sommitali; presso l'Osservatorio Vulcanologico di Pizzi Deneri (PDN; 2820 m s.l.m.), a circa 2 Km di distanza dal Cratere NE (Fig. 3); in prossimità del bordo meridionale della Valle del Bove (Belvedere; BVD 2810 m s.l.m.), a circa 1 Km di distanza dal Cratere di SE.

ALCUNI ESEMPI: ERUZIONI DEL 2001 E DEL 2002-03
Le osservazioni gravimetriche discrete condotte durante il primo semestre del 2001, lungo un profilo ad andamento Est-Ovest sul versante meridionale del vulcano, hanno messo in evidenza una progressiva diminuzione del campo di gravità (Fig. 4) che è iniziata tra Febbraio e Maggio ed ha raggiunto il suo minimo (-80 µGal) il 19 Luglio 2001 (due giorni dopo l'inizio di una importante eruzione laterale). Questa anomalia riflette una diminuzione di massa di circa 2.5*1011 kg a 2.5 km di profondità sotto il livello del mare. Dal momento che molti terremoti distensivi sono stati registrati durante la prima metà del 2001 all'interno del volume interessato dalla contemporanea diminuzione di gravità, è ragionevole assumere che la variazione osservata sia l'effetto dell'apertura di nuovi vuoti in risposta alle sollecitazioni tettoniche che interessano il versante Sud-orientale dell'Etna. Questa “rarefazione” localizzata della pila vulcanica avrebbe consentito una risalita di magma direttamente da una zona di accumulo profonda, creando i presupposti per l'eruzione del 2001.
Tra il 26 e il 27 Ottobre del 2002, qualche ora prima dell'inizio dell'eruzione lungo il Rift di NE, alla stazione gravimetrica in continuo di Pizzi Deneri (PDN), è stata osservata una forte variazione negativa (alcune centinaia di microGal in circa mezz'ora). Successivamente, in meno di 4 ore, il valore medio della gravità è tornato ad un livello confrontabile con quello precedente la diminuzione (Fig. 5). Questa anomalia è stata interpretata come l'effetto di: (a) apertura di un sistema di fratture molto vicino alla stazione gravimetrica (variazione negativa; 1) e (b) successiva intrusione del magma (variazione positiva; 2) che, dal condotto centrale, attraverso le nuove fratture, ha raggiunto porzioni del Rift di NE a quota inferiore, dando luogo all'eruzione.

Fig.4 Variazioni gravimetriche osservate tra gennaio e il 19 luglio 2001 (due giorni dopo l’inizio dell’eruzione del 2001) lungo un profilo dell’Etna ad andamento Est-Ovest.

Fig.5 Anomalia gravimetrica osservata nella stazione in continuo di Pizzi Deneri durante le fasi iniziali dell’eruzione etnea del 2002-03.

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