Geofisica applicata

Geofisica per il monitoraggio del sottosuolo

La geofisica applicata si occupa dello studio e della caratterizzazione della parte più superficiale della crosta terrestre. Nell’ambito della Geofisica applicata possiamo distinguere quella parte che si occupa di effettuare il monitoraggio del sottosuolo. In questo campo si utilizzano metodi di indagine di tipo indiretto, con i quali vengono individuate masse, strutture o fluidi nel sottosuolo mediante la misura delle variazioni (o delle anomalie) di alcuni parametri geofisici del sottosuolo (resistività elettrica, suscettività magnetica, densità, ecc..). Le tecniche geofisiche sono non invasive e possono essere utilizzate, in genere, in maniera rapida ed economica su vaste aree di territorio, per ricavare informazioni importanti sulle caratteristiche e sull’assetto geologico del sottosuolo senza dover necessariamente ricorrere ad uno scavo o una perforazione diretta del terreno.

All’INGV vengono studiate, sperimentate e applicate sul territorio le più moderne ed efficaci tecniche di prospezione geofisica a terra di tipo geoelettromagnetiche (tomografia elettrica, metodi elettromagnetici, magnetometria, Georadar, sismica) volte a definire la struttura del sottosuolo dai primi metri fino alle centinaia di metri di profondità. I principali ambiti di applicazione riguardano l’ambiente, l’archeologia e il territorio.

In campo ambientale l’attività principale riguarda l’individuazione di interramenti di rifiuti pericolosi (come fusti contenenti materiali tossici), di discariche abusive e di varie forme di inquinamento sotterraneo, nell’individuazione e nella definizione spaziale di discariche abusive e nel monitoraggio di vecchie cave riempite o di siti sospetti. Queste attività sono svolte dall’INGV sin dagli anni ’90 a seguito delle richieste e a stretto contatto con le Forze di Polizia (Carabinieri, Guardia di Finanza) e di Comuni, Regione Lazio, Arpa e Ministero dell’Ambiente operando su tutto il territorio nazionale.

Per l’archeologia l’attività riguarda la ricognizione del sottosuolo ai fini dell’individuazione di strutture antropiche sepolte come tombe, necropoli, murature, pavimenti, templi, cisterne, ecc… In quest’ambito, le varie tecniche geofisiche vengono impiegate congiuntamente per una migliore ricostruzione del sottosuolo anche tridimensionale. Le attività sono svolte a seguito delle richieste delle Soprintendenze e in collaborazione con i funzionari responsabili di zona.

stefano GPR
Strumentazione GPR per indagini di tipo archeologico

Per quanto riguarda invece lo studio del territorio, l’obiettivo delle ricerche riguarda lo studio e la caratterizzazione di bacini geologici intramontani, la definizione degli spessori sedimentari e la profondità del bedrock in aree sismogenetiche, la mappature di faglie, l’individuazione di falde idriche sotterranee, lo studio di sinkhole e di cavità in aree urbane a rischio crollo.

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foto tdem castelluccio
Strumentazione TDEM

Approfondimenti

Geofisica per il monitoraggio ambientale

Monitoraggio ambientale da remoto  applicato agli incendi boschivi

Gli incendi boschivi rappresentano uno dei maggiori elementi di disturbo del clima e contribuiscono al riscaldamento globale. L’Italia è uno dei paesi del mediterraneo maggiormente colpito dagli incendi boschivi risultanti in migliaia di emergenze boschive (totale di 4.604 nel 2015) e centinaia di richieste di soccorso aereo. Da metà Giugno sino al 27 Luglio 2017  sono andati in fumo  74.965 ettari di superfici boschive, pari al 156,41% del totale della superficie bruciata in tutto il 2016 (dati da  Lega Ambiente). Migliorare la rilevazione e la caratterizzazione del fronte di incendio con sistemi da remoto contribuisce sia al miglioramento della caratterizzazione del fenomeno che a mitigarne le conseguenze sull’ambiente, la società ed  l’economia.

Perchè studiare gli incendi boschivi?

Gli incendi boschivi giocano un ruolo rilevante nel cambiamento climatico con impatto sia a scala globale che a scala locale (Seiler e Crutzen 1980) .

A scala globale la notevole massa di gas serra (CO2, CO e CH4) ed aerosol (di micro-particelle) emessi nella fase di combistione (flaming) e combustione senza fiamma (smoldering), influenzano il clima e le dinamiche del Carbonio in atmosfera. Alcuni studi del 2003 hanno infatti indicato che circa il 3.4% delle zone vegetate terrestri sono bruciate ogni anno con una stima di emissione di CO2 pari a circa ¼ di quella dovuta ad emissione di CO2 industriale (Van der Werfe 2010). Per esempio, le particelle di aerosol emesse in atmosfera durante il mega incendio di Fort Murray in Canda nel 2016 sono state misurate oltre oceano dagli strumenti del  Met-Office in Gran Bretagna.

A scala locale, gli incendi trasformano profondamente le zone che investono determinandone,  per esempio, il cambiando dell’uso del suolo e recando danno sia all’ecosistema che alla biodiversità.

Gli incendi non colpiscono però solo il suolo o la troposfera. I gas ed i fumi rilasciati influenzano la qualità dell’aria anche localmente, destando preoccupazione per la salute pubblica nel momento in cui si verificano nelle zone cosiddette di interfaccia cioè prossime alle aree urbane e densamente popolate. Gli incendi possono provocare la perdita di proprietà (esempio degli incendi californiani) e di vite umane e dissesto idrogeologico.

Si comprende come lo studio della biomassa in combustione è rilevante non solo per gli scienziati e le autorità coinvolte nelle operazioni di soppressione   ma coinvolge diversi utenti inclusi le comunità locali e la popolazione.

L’aiuto dai satelliti

Per la loro alta dinamicità, l’estensione delle aree interessate e per la loro collocazione, a volte remota, gli incendi sono un fenomeno che si presta ad essere studiato da satellite.

Satelliti ad alta frequenza temporale o geostazionari e con bande nel medio infrarosso (MIR) e nell’infrarosso termico (TIR) ove gli incendi  attivi emettono maggiormente,  sono utilizzati per la  loro rilevazione.

 L’ Unione Europea ha istituito a partire dal 1998 un programma di supporto ai servizi di protezione delle foreste contro gli incendi denominato EFFIS (The European Forest Fire Information System) diventato in seguito parte dei servizi di gestione delle emergenze forniti dal programma Europeo di Osservazione della Terra denominato Copernicus. si tratta di un portale ove è possibile avere informazioni in “quasi tempo reale” di rilevazione degli incendi (boschivi e non boschivi) derivate dall’analisi dei dati forniti dai satelliti MODIS e VIRS.

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Interfaccia grafica del sito EFFIS che mostra la  situazione in termini di indici di pericolo il giorno 28 Maggio 2018. Sono mostrati gli incendi attivi nella giornata “Last 1 Day”, osservati dal sensore MODIS (tondino nella legenda) e VIRS (triangolino nella legenda) (28 Maggio 2018).

L’INGV è impegnato dal 2006 nello studio e nell’implementazione di tecniche di rilevazione (detection) degli incendi utilizzando il telerilevamento da aereo e da satellite.

Per esempio i dati dell’antenna multi parametrica solitamente utilizzata per il monitoraggio vulcanico, sono stati utilizzati all’interno del progetto AIRFIRE–ESA in sinergia con le misure di terra e quelle aeree.

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Esempio di detezione utilizzando la stazione AVHRR INGV nel 2006 nell’ambito del progetto AIRFIRE – C/N 2090-ESA. Visualizzazione in banda MIR (3.5-3.9 micron) di due incendi nell’area di Oriolo (VT)

All’INGV lo studio del rischio e dell’impatto ambientale degli incendi boschivi è in continua evoluzione: oltre alla rilevazione (es. nuove tecniche di detezione sono state messe appunto come parte dei prodotti sviluppati per la missione iperspettrale italiana PRISMA nell’ambito del progetto ASI-AGI) negli ultimi anni gli studi si sono concentrati sugli effetti sulla vegetazione. Per esempio si sono testate diverse metodologie di perimetrazione delle aree bruciate (clicca qui)  da remoto utilizzando i nuovi sensori del programma Copernicus e la possibile sinergia con i dati SAR.

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a) Immagine RGB (Rosso, Verde, Blu) acquisita dal sensore iperspettrale aereo il 14 Agosto 2006, Oriolo, Lazio; b) le bande del NIR ove è possibile registrare il segnale di emissione del Potassio sono utilizzate per derivare la mappa di combustione; c) la mappa è ricampionata a varie risoluzioni spaziali (ASI-AGI 2015).  Immagini ottenute dal processamento dei dati SIMGA – ex Selex Galileo ora Leonardo a disposizione all’interno del progetto (per dettagli Amici et al. 2011, ASI-AGI report) .

 

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