La sfida tecnologica di nuovi sistemi autonomi, corredati di sensori acustici di ultima generazione, risponde all’esigenza di studiare depositi sottomarini in contesti a rischio vulcanico come la Sciara del Fuoco, riducendo il pericolo per il personale scientifico addetto alle ricerche.
di Danilo Cavallaro, Mauro Coltelli, Fabio Morfea, Alessandro Bosman, Francesco Pandolfo, Massimo Cantarero e Danilo Reitano
Contesto geologico
L’isola di Stromboli rappresenta la porzione subaerea di un edificio vulcanico alto complessivamente circa 3000 m a partire dal fondale del Mar Tirreno (Figura 1). Il settore nord-ovest del vulcano è contraddistinto dalla presenza della Sciara del Fuoco (SdF), una depressione morfologica a forma di ferro di cavallo, con pareti molto ripide, prodotta dal collasso parziale del versante Nord-ovest avvenuto in più fasi a partire da circa 13000 anni fa. Tale depressione si sviluppa in perfetta continuità tra la porzione emersa e quella sottomarina, da circa 750 m di quota sul livello del mare fino a circa 1000 m di profondità. Essa è parzialmente riempita da prodotti piroclastici eruttati durante la persistente “attività stromboliana” del vulcano, dalle esplosioni più energetiche (esplosioni maggiori ed eruzioni parossistiche) e da colate laviche.
Figura 1 – Modello Digitale del Terreno (DTM) terrestre e dei fondali marini dell’Isola di Stromboli (Modificata da Bosman et al., 2009). L’intervallo delle isobate è di 500 m.La porzione costiera e quella sottomarina della SdF sono soggette a continui e repentini cambiamenti morfologici connessi alla formazione di delta lavici (esempio nel 2007 e 2024, Figura 2) e a depositi detritici la cui forma, spessore e volume sono continuamente modificati da fenomeni erosivi. Talvolta, soprattutto in concomitanza con attività effusiva prolungata, i processi deposizionali e quelli erosivi coesistono e possono essere anche molto intensi.
Nel corso della sua storia eruttiva, il vulcano è stato soggetto a fenomeni di instabilità gravitativa con generazione di frane che hanno interessato sia le porzioni subaeree che quelle sottomarine del versante. Tali frane possono verificarsi sia per eccessivo accumulo dei prodotti eruttati (durante attività ordinaria)), ma anche a causa di deformazioni generate dall’intrusione di nuovi dicchi magmatici in occasione di eruzioni effusive o durante i parossismi, o ancora durante eventi di tempesta o come combinazione dei suddetti fenomeni. Nel passato, alcuni eventi franosi sono stati in grado di mobilizzare ingenti volumi di materiale che, entrando massivamente in mare, hanno poi innescato onde di tsunami. Ciò è accaduto ad esempio il 30 dicembre del 2002, quando una frana con un volume stimato di circa 24 Mm3 coinvolse la parte emersa e sommersa della SdF, generando uno tsunami che provocò ingenti danni non solo a Stromboli ma anche nelle coste limitrofe.
Sebbene oggi, attraverso le moderne tecniche di rilievo aerofotogrammetrico da drone, sia relativamente semplice eseguire rilievi morfologici dettagliati nelle porzioni emerse della SdF, i rilievi relativi alla porzione sommersa rimangono ancora una sfida aperta. Infatti, la fascia costiera è esposta alla continua caduta di prodotti vulcanici di varie dimensioni (fino a grossi blocchi), che dall’area craterica rotolano fino al mare, costituendo un pericolo per eventuali imbarcazioni che si dovessero trovare sulla loro traiettoria. D’altra parte, il settore marino-costiero è quello più critico ai fini della determinazione della pericolosità e dei rischi geologici marini associati; infatti, la rapida formazione di delta lavici di notevoli dimensioni e l’accumulo di materiale detritico vulcanoclastico, avvengono proprio nei bassi fondali in prossimità della linea di costa. Il monitoraggio bati-morfologico ad alta risoluzione tramite droni marini consente quindi di comprendere e caratterizzare i processi erosivi e deposizionali a rapida evoluzione e quantificare i volumi rocciosi potenzialmente instabili nella parte sommersa della SdF. Mediante batimetrie ripetute nel tempo è possibile ricostruire le variazioni morfologiche in 3D, utili per la comprensione, la previsione e la modellizzazione di frane sottomarine.
Figura 2 – Delta lavici formatisi lungo la costa della Sciara del Fuoco durante le eruzioni effusive di marzo 2007, del 2024 e di maggio 2026.
Negli ultimi anni, il vulcano Stromboli ha prodotto una dozzina di flussi piroclastici lungo la SdF che hanno raggiunto e percorso lo specchio d’acqua antistante per centinaia di metri, in concomitanza sia di fasi esplosive non ordinarie (parossismi del 2019 e 2024 e diverse esplosioni maggiori) che effusive (esempio eruzioni dell’ottobre 2022 e luglio 2024). Pertanto, per motivi di sicurezza legati all’attività vulcanica e ai fenomeni gravitativi che interessano il versante, la zona di mare antistante la Sciara del Fuoco è interdetta fino a 2 miglia nautiche alla navigazione con ordinanze della Capitaneria di Porto.
Esecuzione dei rilievi batimetrici
In considerazione dell’estrema pericolosità del sito e per la salvaguardia e la sicurezza del personale scientifico e delle strumentazioni impiegate nei rilievi geofisici, la migliore soluzione per l’acquisizione di dati batimetrici in prossimità della SdF, prevede l’utilizzo di sistemi autonomi a controllo remoto (droni marini di superficie) dotati di sensori specifici (Sonar MultiBeam) per la mappatura ad altissima risoluzione dei fondali. La disponibilità di droni di limitate dimensioni ed immersione consente, inoltre, di navigare fino a bassissimi fondali (es. 0.5 m) dove le normali imbarcazioni non hanno accesso sia per il pescaggio che per la sicurezza della navigazione.
Nell’ambito del Progetto INGV “Rete Multiparametrica – Sviluppo di sistemi di monitoraggio, tecniche di analisi dati e modelli quantitativi innovativi”, il 5-6 maggio 2026 sono stati condotti dei rilievi batimetrici ad alta risoluzione della SdF con l’obiettivo principale di identificare le variazioni morfologiche della porzione subaerea e sommersa della SdF e di verificarne la sua stabilità attraverso un dettagliato monitoraggio morfologico periodico effettuato tramite droni aerei e marini. Tale approccio ha una duplice utilità: permette di avvicinarsi moltissimo alla costa e rilevare il fondale laddove le imbarcazioni con equipaggio non possono arrivare; inoltre si riduce al minimo il rischio per gli utilizzatori, in quanto il sistema è pilotato da personale specializzato a bordo di un natante di appoggio a distanza di sicurezza.
Il rilievo batimetrico della porzione sottomarina della SdF, dal settore più costiero fino a circa 400 m di profondità, è stato per la prima volta realizzato con un drone di superficie marino (USV – Unmanned Surface Vessel), equipaggiato con ecoscandaglio MultiBeam ad altissima risoluzione (Kongsberg EM2040P, frequenza di acquisizione 200-700 kHz) collegato ad un sistema di posizionamento inerziale di precisione centimetrica. Il veicolo USV Otter (Figura 3a) (della ditta norvegese Maritime Robotics, acquistato dall’INGV nel 2024 e gestito dal CME – Centro di Monitoraggio Isole Eolie e dal ONT – Osservatorio Nazionale Terremoti) è un catamarano lungo 2 m e largo 1 m, circa 100 kg di peso complessivo, dotato di 2 motori elettrici alimentati da batterie al litio (con un’autonomia di 9 ore a 3 nodi di velocità), sistemi di comunicazione (WiFi, 4G), AIS (Automatic Identification System), telecamera, antenne GNSS, verricello con 100 m di cavo per misurare la velocità del suono in acqua attraverso una sonda SVP (Sound Velocity Profiler). Tutti i sensori sono gestiti da un computer di bordo che invia in telemetria i vari parametri alla stazione di pilotaggio remota (Figura 3b), che riceve anche i dati batimetrici da un secondo PC a bordo del drone. Da qui è possibile gestire la navigazione del drone in varie modalità (manual, waypoint, ecc.) e l’esecuzione automatica dei profili di velocità del suono.
I rilievi sono stati preceduti da un’accurata fase di pianificazione incentrata sia sulla logistica del drone, trasportato attraverso uno specifico carrello marciante, sia sulla progettazione delle rotte da seguire (figura 4a). Il percorso è costituito da una serie di rotte che il drone effettua senza l’intervento dell’operatore, il quale imposta la velocità, modifica i parametri di acquisizione dei dati MultiBeam e interviene in caso di ostacoli/pericoli o interruzione delle comunicazioni radio o altro.
Le difficoltà, ma allo stesso tempo il fascino, incontrate durante l’esecuzione dei rilievi sono state accresciute dalla contemporanea attività effusiva dello Stromboli che proprio in quei giorni ha prodotto colate laviche lungo la SdF che hanno poi raggiunto il mare tra il 4 e il 5 maggio. Si è sviluppato così un piccolo delta lavico (Figura 2) che ha modificato la linea di costa di decine di metri, costringendo gli operatori a modificare all’ultimo momento l’andamento delle rotte più sotto costa (Figura 4a) per aggirare l’ostacolo.
Il drone ha registrato dati batimetrici ad altissima risoluzione percorrendo, alla velocità di circa 3 nodi, 8 linee orientate parallelamente alla costa della lunghezza di circa 2 km ciascuna, partendo dal largo per avvicinarsi progressivamente verso costa. Le linee più prossime alla costa sono state seguite prestando particolare attenzione alle immagini dal vivo della telecamera di bordo per evitare ostacoli rappresentati dal delta lavico neoformato e da possibili scogli affioranti.
Sono state eseguite ripetute misure della velocità del suono in acqua fino a 90 m di profondità (tramite la sonda SVP azionata dal verricello del drone con sistema automatizzato) e linee di calibrazione per correggere, in fase di rielaborazione dati, la distanza tra il drone e il fondale e gli angoli del trasduttore di acquisizione, allo scopo di ottenere dati con accuratezze centimetriche.
Il posizionamento del drone è stato effettuato in modalità RTK (Real Time Kinematic) impiegando sistemi differenziali che forniscono correzioni della navigazione con accuratezze centimetriche, sulla base di stazioni GNSS fisse a terra, attraverso due diversi approcci: 1) via internet 4G (protocollo NTRIP), utilizzando la stazione di riferimento di Stromboli afferente alla rete INGV sicili@net; 2) via radio su bande UHF attraverso una radio trasmittente appositamente installata presso Punta Labronzo (Figura 1, con buona visuale sullo specchio acqueo della SdF) ed una ricevente posizionata sul drone. Quest’ultimo approccio è stato utilizzato in quanto il settore costiero della SdF presenta una scarsa copertura 4G.
Il rilievo è stato eseguito con il supporto del catamarano ‘Divina’ (Figura 4b). L’imbarcazione, provvista di una gru per la messa in acqua e il recupero del drone, ha consentito il monitoraggio visivo continuo del drone e l’eventuale assistenza in caso di avaria, operando sempre a debita distanza dalla zona di massima pericolosità.
Contestualmente ai rilievi sono stati acquisiti dati mareografici con un mareografo portatile digitale, appositamente installato sul molo di Ficogrande di Stromboli, necessari per la correzione, in fase di elaborazione dati, delle variazioni del livello del mare dovute alle maree.
Risultati preliminari e future attività
L’elaborazione dei dati batimetrici MultiBeam (calcolo della navigazione, calibrazione, correzione della velocità del suono e della variazione di marea, filtraggio del noise ed eliminazione degli spike e rumori sistematici) ha permesso di produrre un Modello Digitale del Terreno (DTM) del fondale marino antistante la SdF (Figura 5a) con risoluzione di 20 cm fino a 50 m di profondità e di 50 cm fino a circa di 400 m di profondità. I dati mostrano i delta lavici del 2007 (con sovrapposizione di piccole colate del 2014) e del 2024, già profondamente erosi, e quello sviluppatosi il 5-6 maggio 2026 (Figura 2). E’ stata anche realizzata una carta dei gradienti delle pendenze (Figura 5b), che evidenzia le elevate pendenze (fino a 40°) dei delta lavici del 2007 e 2024 e una fascia quasi pianeggiante in prossimità della costa che rappresenta la superficie di abrasione prodotta dal moto ondoso, soprattutto in occasione delle mareggiate che insistono sul versante nord-occidentale di Stromboli.
I rilievi batimetrici effettuati con il drone di superficie marino dell’INGV a Stromboli hanno permesso di testare con successo la qualità sia della strumentazione utilizzata sia dei dati acquisiti. Sulla base di questa positiva esperienza nel corso della seconda metà del 2026 verranno condotti altri rilievi propedeutici allo sviluppo di un piano di monitoraggio programmato e ad alta frequenza temporale dell’area antistante la SdF. I rilievi potranno essere effettuati durante l’attività effusiva e quando se ne ravviserà la necessità a seguito di evidenze di possibile instabilità gravitativa della porzione sottomarina della SdF capace di generare frane e di conseguenza tsunami in grado di impattare sulle coste di Stromboli e delle aree circostanti.
Bibliografia
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