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IL SISTEMA DI MONITORAGGIO SISMICO
DELL' OSSERVATORIO VESUVIANO - INGV
G. Alessio, G. Borriello, C. Buonocunto, M. Capello, A. Caputo, M. Castellano, P. Cusano,
W. De Cesare, F. Giudicepietro, M. Martini, S. Petrosino, P. Ricciolino, G. Talarico e V. Torello.
INGV - Osservatorio Vesuviano, Centro di Monitoraggio, Napoli
Obiettivo principale del monitoraggio dei vulcani attivi è individuare e misurare fenomeni che possono essere indotti dal movimento del magma
in profondità. Dal punto di vista sismologico questi fenomeni possono essere sciami sismici, eventi a bassa frequenza, microtremore vulcanico
ed eventi very long period (VLP). Attraverso la misura, l'analisi e la corretta interpretazione di questi fenomeni è possibile capire in anticipo se
un vulcano sta evolvendo verso una ripresa dell'attività eruttiva.
L'Osservatorio Vesuviano - INGV ha tra i suoi compiti istituzionali il monitoraggio del Vesuvio, dei Campi Flegrei e di Ischia che sono, come è
noto, vulcani a alto rischio a causa del loro stile eruttivo prevalentemente esplosivo e della presenza nelle loro prossimità di vaste aree
urbanizzate.
Per effettuare il monitoraggio sismologico di dette aree l'Osservatorio Vesuviano ha sviluppato e mantiene una rete che trasmette i dati in
continuo al centro di sorveglianza. La configurazione attuale della rete comprende 28 stazioni analogiche a corto periodo (1Hz) e 4 stazioni
digitali a larga banda.
LE AREE
Il Vesuvio è un vulcano attivo la cui ultima eruzione è avvenuta nel 1944.
Attualmente è caratterizzato dalla presenza di un sistema idrotermale che alimenta
un campo di fumarole all'interno del cratere ed è sede di una modesta sismicità
rappresentata da alcune centinaia di piccoli terremoti per anno. Gli eventi sismici
risultano localizzati nell'area craterica, con profondità ipocentrali comprese nei primi
6 km, ed hanno valori di magnitudo che raramente risultano maggiori di 3.0 (MD max
= 3.6). Le caratteristiche spettrali degli eventi sismici, i meccanismi focali e la forma
d'onda sono tali da far attribuire il meccanismo sorgente a fenomeni di fratturazione
delle rocce. I primi sistemi per il monitoraggio strumentale della sismicità del
Vesuvio risalgono alla seconda metà dell'800, quando con l'istituzione
dell'Osservatorio Vesuviano, questo vulcano diventò un laboratorio naturale per la
sperimentazione di strumentazione sismometrica. Lo sviluppo di un moderno
sistema di monitoraggio è iniziato negli anni settanta, con l'installazione delle prime
stazioni della rete sismica, ed ha avuto una rapida progressione fino a raggiungere
la configurazione attuale.
I Campi Flegrei sono una depressione vulcanica all’interno della quale si trovano
diversi coni formatisi a seguito delle numerose eruzioni verificatesi nell'area da oltre
10.000 anni. L'ultima eruzione è avvenuta nel 1538 ed ha portato alla formazione
dell'edificio di Monte Nuovo. Negli ultimi decenni la sismicità si è manifestata,
generalmente, in occorrenza di fasi di deformazione del suolo con moto ascendente.
Le manifestazioni più recenti di questa dinamica sono rappresentate dalle due crisi
di bradisismo del '70-'72 e del '82-'84, durante le quali si è verificato un sollevamento
complessivo di circa 3 m. In occasione di questi fenomeni si è avuta una intensa
attività sismica. In particolare l'ultima crisi è stata accompagnata da oltre 10.000
terremoti, spesso in sciami. Dopo il 1984 si è avuto un breve periodo di attività
sismica nel 1989, in coincidenza con una fase di sollevamento del suolo di modesta
entità. Una nuova ripresa della sismicità ai Campi Flegrei si è verificata nei mesi di
luglio ed agosto del 2000. Anche in questo caso i primi eventi si sono verificati
quando nell'area era in atto un lieve sollevamento (3.5 cm alla fine di luglio), rilevato
già dal marzo dello stesso anno. Attualmente il livello di sismicità dei Campi Flegrei è
basso.
Ischia è un complesso vulcanico che ha avuto diversi periodi di attività ed ha dato
luogo anche a grandi eruzioni esplosive, come quella del Tufo Verde verificatasi
circa 55.000 anni fa. L'ultima eruzione è avvenuta nel 1302 con la formazione della
colata dell'Arso. Attualmente sull'isola sono installate 3 stazioni sismiche (2 a
componente verticale ubicate a Forio ed a Castello d'Ischia e 1 a tre componenti
ubicata a Casamicciola) che trasmettono in continuo i segnali sismici al Centro di
Sorveglianza. Ogni anno le stazioni sismiche rilevano pochi eventi di bassa energia;
in particolare, nel corso del 2001 sono stati registrati 5 terremoti, uno solo dei quali
avvertito dalla popolazione il giorno 27 Luglio. In passato sull'isola si sono verificati
forti terremoti che hanno provocato ingenti danni. In particolare, gli eventi sismici del
1881 e 1883 ebbero effetti disastrosi. Il terremoto del 4 Marzo 1881 provocò gravi
danni a Casamicciola e a Lacco Ameno e fu avvertito anche in altre località. Il
terremoto del 28 Luglio 1883 fu l'evento più catastrofico avvenuto sull'isola negli
ultimi secoli. Il sisma distrusse gran parte della cittadina di Casamicciola e fu
distintamente avvertito in tutta l'isola con particolare intensità a Lacco Ameno e
Forio. Questo terremoto, avvertito anche a Napoli, fu seguito da numerose repliche.
Rete Sismica Analogica
SISTEMI DI ACQUISIZIONE E PROCESSAMENTO AUTOMATICO DEI DATI
Le stazioni della Rete Sismica dell'Osservatorio Vesuviano
(RSOV) trasmettono i segnali via radio o con linee telefoniche
dedicate al Centro di Monitoraggio dove questi sono processati
dal sistema di acquisizione ed analisi denominato SISMI e,
successivamente, controllati ed archiviati dagli analisti del
laboratorio sismico. Allo stato attuale l'impegno delle istituzioni
e dei gruppi di lavoro coinvolti nell'implementazione e gestione
dei sistemi di monitoraggio sismologico è fortemente orientato
allo sviluppo di sistemi automatici per il processamento dei dati. I
primi sistemi di questo tipo, che consentivano l'acquisizione in
continuo dei segnali sismici di reti analogiche in trasmissione ed
effettuavano la detezione automatica degli eventi, sono stati
realizzati nei primi anni '70 (sistema IASPEI), e si sono
rapidamente diffusi andando a istituire di fatto degli standard per
i formati dei dati sismologici. Questi sistemi sono tuttora in uso in
molti osservatori vulcanologici e sismologi del mondo.
Tuttavia i sistemi di nuova generazione sono progettati per
realizzare prestazioni più avanzate, soprattutto riguardo gli
aspetti dell'analisi in tempo reale, della trasmissione dati e del
controllo remoto dei processi. Tra questi citiamo Earthworm, un
sistema open source sviluppato presso l'United States
Geological Survey (USGS), e SISMI, sviluppato presso
l'Osservatorio Vesuviano, che sono utilizzati congiuntamente
presso il Centro di Monitoraggio. La figura a destra mostra
schematicamente l'interazione tra i vari sistemi di acquisizione
ed analisi installati presso il Centro di Monitoraggio
dell'Osservatorio Vesuviano. In blu sono riportati i sistemi
progettati e sviluppati dal personale addetto all'acquisizione dati
del Centro. In verde è riportato il sistema IASPEI, sviluppato
presso l'USGS, più tradizionale rispetto ad Earthworm ed a
SISMI, ed in viola è rappresentato Earthworm. I vantaggi offerti
da questi sistemi sono molteplici.
Essi consentono di inviare via rete i segnali provenienti dalle
stazioni sismiche verso più centri di raccolta dati, permettono di
eliminare una serie di operazioni manuali, spesso ripetitive, che
possono comportare ritardi nella comunicazione dei fenomeni
rilevati agli enti competenti e favoriscono la rapida
implementazione di nuovi moduli per l'analisi in tempo reale dei
dati. Quest'ultimo aspetto ha portato come conseguenza un più
stretto legame tra l'attività di sorveglianza e l'attività di ricerca in
campo sismologico poiché attualmente la gran parte delle
tecniche di analisi sviluppate nell'ambito della ricerca di base,
che abbiano una qualche valenza per il monitoraggio, possono
essere implementate in maniera automatica ed applicate in
tempo reale grazie alle caratteristiche dei moderni sistemi di
processamento dei dati. Ciò qualifica e rende più efficace l'attività
di monitoraggio consentendo di interpretare meglio i fenomeni
che si rilevano.
Stazioni digitali
Centralizzazione segnali (acquisizione dati,
invio verso centri di raccolta)
SISMI
SISMI
Centro
Acquisizione Dati
INTERNET
di sorveglianza
INTERNET
( visualizzazione,
archivio)
IASPEI
analisi, controllo, stampa,
Dati eventi
sismici
INTERNET
Earthworm
Earthworm
Winpick
Winpick
Localizzazione
eventi
sismici, interfaccia con
WBSM
Localizzazione
eventi sismici Off
line , interfaccia con WBSM
WBSM
WSMS
Sistema di gestione
Sistema di gestione
degli eventi
dei documenti
Interfaccia end user
SISTEMI IN USO PRESSO IL CENTRO DI MONITORAGGIO OV-INGV
Sistema Sismometrico Modulare
Integrato (SISMI)
Earthworm
Rete Sismica
Sistema IASPEI e integrazione dei dati digitali
Sistema per analisi manuale:
Programma WinPick
Stazioni Digitali
Rete Sismica Dati
Fonti dati (Earthworm, Winpick)
IASPEI
SISMI
EARTHWORM
EARTHWORM
Punto centralizzazione
Punto di
centralizzazione
Acquisizione
SISMI
Acquisizione Dati
Segnali sismici
Centro di sorveglianza
Ricezione Dati
Archivio
Archivio
Utility IASPEI
INTERNET
File
Earthworm (localizzazioni automatiche ,
interfaccia verso WBSM, integrazione dati
con le altre sezioni)
Dati
Sistema gestione eventi
File
Centro di sorveglianza
Analisi
Web Based Seismological Monitoring
WinPick
WEB SERVER
Altre sezioni
Sistema di gestione dei documenti
Utility SISMI
Visualizzazione
Analisi
Controllo
Web server
Stampa
segnali
Moduli Sismi
Moduli WBSM
Visualizzazione
Altre sezioni
Sismi
Earthworm
Controllo
Archivio
WBSM
Stampante
Interfaccia End User (applicazioni lato server)
Web server
Stampa
segnali
Stampante
INTERNET
CLIENT
Interfaccia EndUser(applicazioni lato client)
Earthworm
SISMI (Osservatorio Vesuviano INGV)
Acquisizione dei segnali delle stazioni
analogiche
Trasmissione dei dati da un punto di
centralizzazione
al
centro
di
sorveglianza via rete
Archiviazione dei dati su disco
Visualizzazione
in
continuo
dei
segnali su monitor
Inserimento nel sito web dei segnali
sismici in tempo reale
Stampa giornaliera dei dati di un
certo numero di canali
Analisi in continuo delle proprietà
spettrali e di polarizzazione del
rumore sismico
Detezione degli eventi
Interfaccia
con
Earthworm
per
l'immissione o la richiesta dei dati in
tempo reale
Interfaccia con il sistema IASPEI
Controllo dell'integrità del sistema.
Earthworm (U.S. Geological Survey)
Picking automatico delle fasi
Localizzazione
automatica
degli
eventi
Accesso ai dati in tempo reale da
remoto
Archiviazione temporanea dei dati
su disco
Interfaccia con WBSM
Scambio dati con le altre sezioni
dell'Istituto Nazionale di Geofisica e
Vulcanologia
Sistema IASPEI (U.S. Geological Survey)
Acquisizione dati stazioni digitali
Web Based Seismological Monitoring WBSM
(Osservatorio Vesuviano INGV)
Pubblicazione delle informazioni relative alle
localizzazioni
automatiche
e
di
quelle
effettuare dagli operatori
Costituzione automatica di una base dati con
forme d'onda e dati parametrici
Interfaccia
Web
per
le
localizzazioni
automatiche
Accesso ai dati da remoto
Analisi delle forme d'onda da remoto
Interfaccia Web per i sistemi di analisi off line
Localizzazione degli eventi con procedura off
line
Archiviazione su disco rigido
Winpick (Osservatorio Vesuviano INGV)
Picking manuale delle fasi
Localizzazione degli eventi
procedura off line
Archiviazione su disco rigido
Interfaccia con i sistemi Web
Interfaccia con i sistemi Web
BIBLIOGRAFIA
Castellano M., Buonocunto C., Capello M. and La Rocca M.; 2002: Seismic surveillance of active volcanoes: the Osservatorio Vesuviano Seismic Network (OVSN – Southern Italy). Seism. Res. Lett., 73, 2, 177-184.
Giudicepietro F., De Cesare W., Martini M., Meglio V.; 2000: Il sistema sismometrico modulare integrato (SISMI). Osservatorio Vesuviano Open-File Report N.6.
Johnson, C.E., Bittenbinder A., Bogaert B., Dietz L., Kohler W.;1995: Earthworm: A Flexible Approach to Seismic Network Processing. IRIS Newsletter, V14 N2, p1-4.
Iannaccone G., Alessio G., Borriello G., Cusano P., Petrosino S., Ricciolino P., Talarico G., Torello V.; 2001: Characteristics of the seismicity of Vesuvius and Campi Flegrei occurred during the year 2000. Annali di Geofisica, Vol. 44 n. 5/6, 1075-1091.
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