Monitoraggio gravimetrico
Si definisce gravimetria la scienza che studia la gravità terrestre.
Il valore del campo gravitazionale in un dato punto viene misurato con strumenti chiamati gravimetri.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:
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 rete gravimetrica dell’Etna
La rete gravimetrica dell'Etna ha raggiunto, nel corso degli anni, una configurazione ottimale, sia in termini di numero di punti di osservazione, che di distribuzione sulla superficie del vulcano (Figg. 1 e 2). Attualmente la rete comprende:
- 3 stazioni in acquisizione continua equipaggiate con gravimetri relativi a superconduttori (modello iGrav, prodotto da GWR) e installate tutte nel versante meridionale del vulcano, a Nicolosi (NIC - 700 m s.l.m.; iGrav#20), a Serra La Nave (SLN - 1740 m s.l.m.; iGrav#16) e Montagnola (MNT - 2600 m s.l.m.; iGrav#25). Si tratta di gravimetri ad alta sensibilità ed elevata precisione, che non risentono dell’effetto dei perturbatori meteorologici e non sono praticamente affetti da deriva strumentale (minore di 0.5 µGal/mese). Il loro utilizzo permette di acquisire in continuo e con altissima precisione variazioni gravimetriche che si sviluppano su periodi tra i minuti e gli anni (costituiscono una rete unica al mondo, dato che si tratta dei primi gravimetri a superconduttori istallati su un vulcano attivo);
- 1 stazione in acquisizione continua equipaggiata con un gravimetro relativo a molla (modello gPhone, prodotto dalla Microg La Coste), installata a Pizzi Deneri (PDN - 2820 m s.l.m.), nel versante nord orientale del vulcano;
- 80 capisaldi per misure relative discrete, distribuite sul vulcano a quote comprese tra 500 m e 3100 m s.l.m. I capisaldi costituiscono elementi distinti, interconnessi attraverso alcune stazioni comuni, che possono essere misurati anche indipendentemente. La periodicità con la quale vengono eseguite le misure lungo i singoli elementi della rete è normalmente compresa tra un mese ed un anno ed è funzione dell’attività del vulcano, dei vincoli logistici e delle condizioni climatiche. La serie storica attualmente disponibile copre l’ultimo ventennio e permette di studiare anche i fenomeni a più lenta evoluzione;
- 13 stazioni per la misura assoluta dell’accelerazione di gravità (misure discrete) e per la misura del gradiente verticale di gravità. I caposaldi per misure discrete sono raggruppati in elementi distinti che possono essere misurati separatamente o congiuntamente agli altri elementi della rete (metodo ibrido).
L'osservazione di variazioni gravimetriche di breve e lungo periodo, ha permesso di studiare l’evoluzione nello spazio e nel tempo di processi magmatici che hanno interessato il sistema di alimentazione dell'Etna nel corso degli ultimi 20 anni: risalita del magma da zone di stoccaggio profonde; processi di intrusione da camere magmatiche superficiali; attivazione di aree di rift; accumulo di fasi gassose prima di fenomeni esplosivi.
Fig. 1 – Rete gravimetrica per il monitoraggio dell’Etna.
Fig. 2 – Rete gravimetrica in registrazione continua all’Etna equipaggiata con gravimetri a superconduttori modello iGrav.