Etna: come varia la quota di un vulcano attivo

di Emanuela De Beni, Cristina Proietti, Massimo Cantarero, Mario Paratore

Il 5 luglio 2024 il personale del Laboratorio di Cartografia e Droni dell’INGV-Osservatorio Etneo, coadiuvato da assegnisti e dottorandi (che avevano partecipato alla scuola “Volcanological flying school”), si è recato alla base dell’area sommitale dell’Etna a circa 3000 m di quota (Figura 1) per effettuare dei rilievi con droni dotati di sensori nel campo del visibile e termico, al fine di quantificare le variazioni morfologiche dell’area craterica. Tale attività, già programmata da tempo perché ricadente nei compiti istituzionali del Laboratorio, si è rivelata ancora più utile considerando i profondi mutamenti morfologici avvenuti in seguito ai parossismi del 4 e 7 luglio.

L’alta dinamicità di un vulcano ad attività persistente come l’Etna fa sì che la morfologia dell’area sommitale sia in continua evoluzione (Figura 2). Uno splendido esempio di quanto velocemente avvengano tali mutamenti ci è stato fornito negli anni scorsi dal Cratere di Sud-Est e, più recentemente, dal cratere Voragine che nell’arco di una settimana ha subito evidenti modifiche morfologiche. La conseguenza diretta di questi continui mutamenti, per chi si occupa di cartografia, è la necessità di aggiornare frequentemente la topografia per eseguire mappe accurate. Proprio questo è uno dei compiti del Laboratorio di Cartografia e Droni dell’INGV-OE.

Elaborazione dei dati acquisiti

L’elaborazione delle immagini nel campo del visibile e termiche acquisite da drone, dopo i due eventi eruttivi del 4 e 7 luglio, ha permesso di estrarre i modelli digitali del terreno e gli ortomosaici che sono stati analizzati per mappare le colate laviche e i prodotti piroclastici emessi dalle fontane di lava, distinguere i prodotti in raffreddamento dal flusso attivo e fare valutazioni quantitative (Figura 3). 

In particolare è stato osservato come la morfologia del piccolo cono piroclastico (diametro massimo della base = 30 m) cresciuto all’interno della Voragine a causa dell’attività stromboliana iniziata il 14 giugno, è stata profondamente modificata dal parossismo del 4 luglio. I dati acquisiti hanno mostrato che il cono aveva base e orlo craterico subcircolari, con diametri rispettivamente pari a 170 m e 90 m, e aperti in direzione sud-ovest verso il cratere Bocca Nuova. Sull’orlo orientale della Voragine si era, invece, accumulato materiale piroclastico con uno spessore massimo di 107 m. Tale spessore è stato ottenuto dalla differenza tra i valori di quota misurati il 5 luglio e il 29 maggio 2024 (Figura 4A). 

Quota ellissoidica e quota geoidica

Dobbiamo ora fare una piccola premessa. Quando misuriamo la quota di un punto, facciamo riferimento alla quota ellissoidica, che è l’altezza calcolata rispetto a una superficie di riferimento semplice, l’ellissoide, che approssima la Terra ad un solido definito dalla rotazione di un’ellisse schiacciata ai poli. La quota ortometrica o sul livello del mare (s.l.m.) , è invece un po’ più complessa perché si riferisce ad una superficie irregolare, il Geoide. La quota che conosciamo e leggiamo sulle mappe è la quota geoidica o ortometrica, che ci dice quanto un punto “sta sopra” il livello del mare. Quando misuriamo una quota con i GPS, anche quelli integrati nei droni, ci riferiamo alla quota ellissoidica, riferita alla superficie dell’ellissoide WGS84. Geoide ed ellissoide di riferimento non coincidono quasi mai, e sull’Etna la quota ellissoidica è circa 43 m più alta di quella geoidica.

L’accumulo di vulcaniti recentemente eruttate ha comportato che la Voragine raggiungesse una quota ellissoidica di 3397, corrispondente ad una quota geoidica, o ortometrica, di 3354 m s.l.m. Tale quota era pari a quella del Cratere di Sud-Est, come mostrato dal profilo topografico (A-A’) estratto dai due modelli digitali del terreno ottenuti dai rilievi eseguiti da drone il 29 maggio e il 5 luglio 2024 (Figura 4B). 

I parossismi del 4 e del 7 luglio

Durante l’episodio del 4 luglio, molti prodotti delle fontane di lava sono ricaduti dentro il cratere Bocca Nuova, riempiendo i due grandi crateri a pozzo interni (BN1 e BN2, ben visibili nella figura 2 del 29/04/2024) e coprendo parte del fondo craterico con una colata di lava (Figura 5).

Un secondo episodio parossistico, avvenuto nelle ore mattutine del 7 luglio, ha ulteriormente accresciuto il cono interno alla Voragine che continuava ad avere base e orlo craterico subcircolari, con diametri rispettivamente pari a 200 m e 110 m, e aperti in direzione sud-ovest verso il cratere Bocca Nuova. Era, inoltre, aumentato lo spessore dei depositi e l’altezza dell’orlo craterico orientale della Voragine, che, secondo i nuovi rilievi effettuati da drone l’8 luglio e le successive elaborazioni, si assestava ad una quota ellissoidica di 3412 m, corrispondente ad una quota geoidica di 3369 m s.l.m.. Questa è la quota più alta misurata finora sull’Etna. 

Infine, l’adiacente cratere Bocca Nuova è stato colmato completamente dai prodotti provenienti sia dall’attività esplosiva che effusiva della Voragine, e dal suo orlo occidentale è avvenuto un trabocco lavico che ha alimentato alcuni flussi di lava che hanno raggiunto una lunghezza massima di circa 500 m (vedi video), similmente a quanto accaduto nel maggio del 2016.

I sensori e la metodologia utilizzati

La ricostruzione della topografia di una certa zona, e specialmente di un vulcano attivo, può essere effettuata con diversi sensori (camere nel campo del visibile e termiche e LIDAR, cioè Light Detection and Ranging) caratterizzati da diversa copertura, risoluzione spaziale e frequenza di acquisizione. Inoltre, questi sensori possono essere trasportati da piattaforme diverse (satellite, aereo, elicottero, drone) ma anche utilizzati da terra. Pertanto, la piattaforma e gli strumenti devono essere scelti in base all’estensione dell’area da monitorare, agli scopi dell’indagine e agli eventuali rischi presenti nella zona.

In aree pericolose, come i crateri dell’Etna, è preferibile utilizzare tecniche di monitoraggio da remoto restando a distanza di sicurezza, consentendo  di ridurre al minimo il tempo di permanenza degli operatori. Un esempio è dato dai rilievi a scopo topografico con i droni che vengono svolti sull’Etna in via sperimentale dal 2016. Dal 2017 tale attività è stata inserita tra quelle previste  dalla Convenzione Attuativa per attività di servizio DPC-INGV. I droni vengono ormai regolarmente utilizzati per l’aggiornamento topografico e per redigere le mappe dei prodotti eruttati pubblicate nei bollettini Etna e Stromboli dell’INGV.

Nel caso in cui le condizioni vulcaniche e/o meteo non consentano di effettuare in sicurezza rilievi con droni, la mappatura dei nuovi campi lavici può comunque essere effettuata ricorrendo ai satelliti, che forniscono immagini ortorettificate, cioè geometricamente corrette, oppure si possono ortorettificare le immagini acquisite dalle telecamere di sorveglianza distribuite sui fianchi del vulcano. Questi dati, anche se caratterizzati da una risoluzione inferiore a quella raggiungibile con i droni,  si sono rivelati cruciali per mappare gli eventi eruttivi dell’Etna del 2021 che sono stati caratterizzati da un’elevata frequenza di accadimento. Le immagini satellitari, acquisite in modalità stereografica o tri-stereo (cioè 2 o 3 immagini acquisite contemporaneamente nella stessa zona ma da angolazioni diverse), possono, inoltre, essere processate per i ricostruire la morfologia del terreno, creando modelli digitali (DEM – Digital Elevation Model) su aree ancora più vaste (da decine a centinaia di chilometri quadrati) ed in totale sicurezza.

Ringraziamenti

Lo staff del Laboratorio di Cartografia e Droni ringrazia Maria Catania, Francesco Romeo, Francesco Amadio e Alessandro Guzzetta che hanno collaborato all’attività di terreno e al campionamento delle bombe.

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