Progetto V1: Valutazione della pericolosità vulcanica in

Progetto V1: Valutazione della pericolosità vulcanica in termini
probabilistici
Direttore del progetto: Warner Marzocchi, Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia,
sezione Roma 1.
1. Obiettivi
In un'ottica pluriennale, il progetto V1 è focalizzato alla stima della pericolosità vulcanica del
Vesuvio, Campi Flegrei, Etna e Vulcano. In questo ambito il termine pericolosità ha
implicitamente un significato probabilistico e rappresenta la probabilità di accadimento di un
certo tipo di evento potenzialmente dannoso a cui si è interessati, in un certo intervallo di
spazio e di tempo. Nella prima fase del progetto, che durerà un anno, ci si concentrerà solo sui
primi due vulcani perché questi rappresentano una priorità definita dalla Protezione Civile, e a
causa del tempo e dei finanziamenti limitati.
In sintesi, lo scopo principale del progetto è quello di sviluppare in parallelo due aspetti di
basilare importanza per il calcolo della pericolosità: facilitare il confronto ed eventuali sintesi
tra diversi modelli di pericolosità sviluppati indipendentemente da diversi gruppi; sviluppare
ricerche innovative atte a migliorare le conoscenze scientifiche sui processi che stanno alla
base della pericolosità vulcanica.
Specificatamente, gli obiettivi del progetto V1 per un anno di attività sono:
i) sviluppo di una piattaforma per il calcolo e visualizzazione della pericolosità vulcanica e
per la creazione di un database dei dati di terreno raccolti durante il progetto
ii) stima della pericolosità di lungo termine per i Campi Flegrei e per il Vesuvio.
iii) approfondimento e miglioramento di tematiche scientifiche (modellistica, dati di
laboratorio e di terreno) inerenti la stima della pericolosità vulcanica.
Nei successivi due anni di attività si intendono proseguire gli studi relativi agli obiettivi sopra
elencati, e soprattutto sviluppare ricerche e stime di pericolosità di lungo termine per l'Etna e
Vulcano, con particolare enfasi alle colate laviche e ai collassi di versante dell'Etna,
utilizzando le stesse linee guida descritte in questo primo anno di attività per i Campi Flegrei
e Vesuvio. Le attività specifiche potranno essere descritte solo dopo avere un'idea del budget
a disposizione.
Tutti i prodotti consegnati sono soggetti alla “data policy” della Protezione Civile che
garantisce la proprietà intellettuale dei singoli ricercatori.
2. Stato dell'arte
Negli anni recenti sono stati fatti significativi passi avanti nel campo della valutazione
probabilistica della pericolosità vulcanica; ciò è testimoniato dalle numerose pubblicazioni su
riviste internazionali (e.g., Newhall e Hoblitt 2002, Marzocchi et alii 2004, 2010, Cioni et alii
2008, Neri et alii 2008, Marti et alii 2008) e da progetti europei e finanziati dalla Protezione
Civile come Exploris, e-Ruption, INGV/DPC V3 2005-2007, INGV/DPC Unrest, Speed e
Lava 2008-2010. Questi lavori stanno segnando un graduale passaggio dall'uso di mappe di
pericolosità semi-qualitative o mappe di singoli scenari a mappe probabilistiche che
forniscono una più adeguata stima della pericolosità complessiva.
Allo stato attuale esistono già prototipi di stime di pericolosità vulcanica per il Vesuvio e
Campi Flegrei (e.g. Cioni et alii 2008, Macedonio et alii 2008, Neri et alii 2008, Costa et alii
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2009, Selva et alii 2010; vedi anche i risultati dei progetti europei e-Ruption ed Exploris, e i
progetti INGV/DPC Speed). In generale si può dire che tali stime sono: i) statiche e non
facilmente aggiornabili e/o integrabili con valutazioni fornite da altri ricercatori; ii) lacunose
in quanto spesso sono stime basate solo su alcuni aspetti della pericolosità e/o su un numero
limitato e non esaustivo di scenari; iii) condizionate all'accadimento di specifici scenari la cui
probabilità è incognita; iv) con incertezze epistemiche elevate, quindi ampiamente
migliorabili con l'incremento della raccolta dati di campagna, con una definizione sempre più
accurata e precisa degli scenari, e con una modellazione dei fenomeni più realistica. Inoltre, il
termine stesso 'pericolosità' viene spesso usato in maniera troppo generica se non impropria,
rendendo impossibile il confronto tra mappe di 'pericolosità' diverse.
Ciò comporta che la Protezione Civile ha di solito a disposizione stime che rappresentano
solo alcuni aspetti della pericolosità, prodotti da singoli gruppi e non facilmente confrontabili
e integrabili, senza quindi avere una visione di insieme di quanto la comunità scientifica ha
prodotto fino a quel momento.
Non ultimo, è ormai prassi comune in molto campi dove si stima la pericolosità da eventi
naturali di avere un modello 'operativo e autorevole' (Jordan et alii, 2011). Di solito la
strategia seguita per il raggiungimento di questo scopo è attraverso l'utilizzo di modelli
ensemble come avviene, tra altri esempi, per il climate change (Salomon et alii, 2007) e per la
pericolosità sismica (Budnitz et alii, 1997). Tale approccio non è mai stato perseguito in
vulcanologia dove ci si affida a modelli sviluppati da singoli gruppi che difficilmente
riescono a catturare in maniera soddisfacente le incertezze epistemiche.
Le stime di pericolosità si basano fondamentalmente su dati di terreno e sperimentali e sulla
modellazione fisica dei processi eruttivi. Una descrizione dello stato dell'arte in questi campi
sarà fatta brevemente nella descrizione delle attività dei singoli task.
3. Progressi attesi
In sintesi, rispetto allo stato dell'arte in questo campo, il progetto V1 ambisce a: 1) rendere più
facilmente fruibili e confrontabili i risultati di stime di pericolosità ottenute da modelli
indipendenti; 2) sviluppare stime indipendenti di pericolosità di lungo termine per i Campi
Flegrei e Vesuvio; 3) portare significativi progressi in tutti quegli aspetti scientifici che stanno
alla base della stima della pericolosità vulcanica, in particolare ad una più capillare e
omogenea raccolta dei dati di terreno, ad un miglioramento della definizione degli scenari
eruttivi, allo sviluppo di modelli numerici sempre più realistici.
4. Interazioni con altri progetti passati ed in corso d'opera e con gli altri progetti
V2 e V3
Per ottenere risultati significativi in un anno di progetto, è necessaria una forte sinergia con
alcune delle attività previste dal progetto ByMuR (Bayesian MultiRisk), il cui scopo è la
stima e il confronto tra rischi naturali (vulcanico, sismico, tsunami, ecc...) che minacciano la
città di Napoli. Il coordinatore di ByMur (Jacopo Selva) parteciperà a questo progetto in
modo da rendere fruibili immediatamente tutti i risultati ottenuti in quell'ambito ed
omogenizzare i contributi della pericolosità con gli standard stabiliti dalla Protezione Civile
(vedi task 1). Al fine di minimizzare le sovrapposizioni, si specificherà volta per volta quale
prodotto è stato sviluppato in ByMuR e quale in V1.
Sempre al fine di ottimizzare tempo ed energie, tutte le attività previste partono dalle
esperienze positive di progetti passati di cui si intende fare tesoro, come i progetti europei eRuption, Exploris, INGV/DPC V3 2005-2007, INGV/DPC Unrest, Speed, e Lava 2008-2010.
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Le attività e i risultati aspettati di V1 hanno forti relazioni con i progetti V2 e V3. In
particolare, i risultati del primo anno forniscono quello che può essere definito il background
probabilistico di partenza durante una fase di quiete del vulcano. In presenza di un unrest, le
probabilità variano partendo da tale background. Per quanto riguarda il V3, le attività di V1
nel secondo e terzo anno di progetto focalizzati sull'Etna richiederanno molte delle
informazioni che saranno sviluppate durante il primo anno dal progetto V3.
5. Attività previste per il primo anno
Task 1. Piattaforma di calcolo della pericolosità vulcanica (Leader: Warner Marzocchi)
WP1. Sviluppo di una piattaforma per il calcolo e visualizzazione della pericolosità
vulcanica di lungo termine per Vesuvio e Campi Flegrei (INGV-RM1)
La piattaforma per il calcolo e visualizzazione della pericolosità vulcanica ha, come
principale obiettivo, quello di facilitare il confronto ed eventualmente la sintesi della
pericolosità vulcanica calcolata con diversi modelli e procedure. Ciò rende significativamente
più veloce e più oggettivo il lavoro di chi deve utilizzare tali mappe per la riduzione del
rischio vulcanico.
Alla base della piattaforma c'è la definizione di un formato standard per la quantificazione
della pericolosità vulcanica, che è una condizione imprescindibile per potere confrontare
diversi modelli. Questo formato standard consiste nella definizione di:
i) una griglia spaziale per il calcolo della pericolosità e per la collezione dei dati di
campagna;
ii) un intervallo temporale sul quale calcolare la pericolosità;
iii) una o più variabili che rappresentino le grandezze per le quali si calcolano le probabilità di
accadimento (eventi potenzialmente dannosi per strutture, infrastrutture, lifeline, e persone).
Questo aspetto è di fondamentale importanza per una definizione univoca di 'pericolosità'.
Tutte queste scelte vanno decise in base alle esigenze della Protezione Civile, poiché la loro
scelta dipende molto dal tipo di utilizzo che si intende fare con le stime di pericolosità di
lungo termine.
La piattaforma è strutturata in 3 livelli (vedi figura 1):
Livello 1. Questo livello è dedicato al confronto e sintesi di stime di pericolosità ottenute con
diversi modelli indipendenti. L'importanza di avere più modelli è basilare poiché il loro
insieme definisce una stima delle incertezze epistemiche aspettate. In output, si possono
visualizzare i risultati di singoli modelli di pericolosità, le differenze tra le diverse stime, ed
eventualmente creare una mappa di sintesi, pesando opportunamente ogni modello di
pericolosità. I pesi sono un parametro libero della piattaforma che devono essere definiti da
chi utilizzerà la piattaforma per scopi pratici. La sintesi eventuale di diversi modelli
seguirebbe la stessa procedura adottata nel logic tree dove i diversi rami dell'albero sono
composti dai modelli di pericolosità in input (vedi figura 1).
Livello 2. In questo livello, si può costruire uno o più modelli di pericolosità attraverso una
struttura Bayesiana con albero degli eventi, integrando risultati di modelli numerici, expert
opinion e dati raccolti in campagna. L'output di questo(i) modello(i) è interfacciato con il
livello 1 fornendo uno o più dei tanti modelli indipendenti che possono essere confrontati.
Livello 3. In questo livello, si intende costruire una sorta di repository per i dati raccolti in
campagna, utilizzando la stessa griglia spaziale, oppure relativi ad una caratterizzazione
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quantitativa degli scenari. In questo modo si crea una base comune per la raccolta dati che
possono essere utilizzati dall'Event Tree del livello 2, o da qualsiasi altro modello
indipendente che può essere integrato nel livello 1. Nel caso esistano già database analoghi
presso la Protezione Civile si opererà per una loro integrazione.
In sintesi, la piattaforma è molto flessibile ed aperta a qualsiasi modello di pericolosità che è
stato sviluppato in passato o che sarà sviluppato in futuro. L'unico vincolo consiste
nell'utilizzo dello stesso formato standard. Si enfatizza ancora che l'uso di uno standard è
imprescindibile se si vogliono confrontare diverse mappe di pericolosità e/o scenari.
In output la piattaforma può fornire diversi tipi di informazioni: i) le mappe e/o le curve di
pericolosità di un singolo modello; ii) le mappe e/o le curve di pericolosità di un modello
ensemble ottenuto "pesando" ogni modello a disposizione con pesi definiti dall'utilizzatore;
iii) mappe di singoli scenari selezionati; iv) mappe che visualizzano le differenze tra i diversi
modelli.
Ogni mappa è stampabile in diversi formati, anche per l'interfaccia con GoogleEarth e GIS.
Risultati attesi. WP1-S1: Struttura della piattaforma per il calcolo della pericolosità
vulcanica.
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Figura 1: Schema della piattaforma di calcolo e visualizzazione per la pericolosità vulcanica.
I tre livelli di utilizzo della piattaforma sono descritti nel testo.
Task 2. Osservazioni di terreno e sperimentali per la stima della pericolosità vulcanica
(leader: Mauro Rosi)
Le attività in questo task sono orientate alla raccolta ed elaborazione di dati osservativi, sia in
campagna che in laboratorio, in un formato standard in modo che possano essere facilmente
fruibili sia all'interno del progetto che in eventuali futuri modelli di pericolosità. Tali attività
hanno 3 scopi generali:
i) definire le fenomenologie vulcaniche attese, in termini di apertura della bocca eruttiva,
energia, intensità e tipologia di eruzione;
ii) definire i parametri di controllo necessari per le simulazioni numeriche per Vesuvio e i
Campi Flegrei;
iii) vincolare i modelli, o stimare direttamente la pericolosità vulcanica da dati osservativi.
Molte di queste attività sono già state sviluppate in precedenza e non si pretende di analizzare
in dettaglio l'ampio range di osservazioni di terreno e sperimentali possibili sia per il Vesuvio
che per i Flegrei, ma ci si concentrerà su alcuni punti ritenuti importanti per la finalità del
progetto.
Nello specifico, nel primo anno le attività si concentreranno sui seguenti workpackages:
WP2. Definizione di scenari eruttivi (UNIPI, INGV-OV, INGV-PI, UNIROMA3)
Questo workpackage si articola in diversi obbiettivi:
- (UNIPI) Riorganizzare criticamente e, possibilmente implementare, il database del numero
di eventi vulcanici e dei centri eruttivi ad essi collegati nei Campi Flegrei. Fondamentale
risulta accertare se il concetto delle “epoche” sia applicabile unicamente all’area centrale
della caldera dei Campi Flegrei o se esso debba includere anche la parte occidentale della
struttura. In alcuni casi il comportamento dell’area occidentale della caldera sembra correlato
con le “epoche” (Averno), in altri appare decorrelato (Monte Nuovo e Baia).
Risultati attesi. WP2-S1: Database del numero di eventi vulcanici e dei relativi centri eruttivi
per i Campi Flegrei.
- (UNIPI). Riesaminare le dinamiche eruttive e i parametri fisici (volume, durata, dispersione
dei balistici, tempi di risalita, etc.) di eruzioni a piccola scala per i Campi Flegrei. In
particolare per eruzioni (tipo il cluster di eventi nell'area della Solfatara) poco o per nulla
studiate, sia come eventi in se che come tipologia eruttiva (eruzioni miste esplosive/effusive,
freatiche, duomi). Questi dati possono essere utili per la costruzione di uno scenario eruttivo
che sembra essere quello a più alta probabilità di accadimento, e allo stesso tempo sono
utilizzabili per effettuare un confronto con le eruzioni avvenute nel settore occidentale della
caldera.
Risultati attesi. WP2-S2: tabella con i parametri fisici di eruzioni a piccola scala nell’area
Flegrea (UNIPI).
- (UNIPI) Studio di dettaglio della storia vulcanica nell'intorno del Tufo Giallo Napoletano
(TGN) è importante per comprendere se l'eruzione del TGN è stata caratterizzata da un solo
evento o da una sequenza multi-vent di eruzioni avvenute in poco tempo, ovvero che l’intero
periodo si possa configurare come ulteriore una "epoca" chiusa dall'eruzione del TGN. Questi
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dati possono essere importanti anche per una migliore definizione dei margini della caldera
del TGN.
Risultati attesi: WP2-S3: Report sull'eruzione del Tufo Giallo
- (UNIPI, INGV-OV) Approfondire lo studio strutturale di faglie e fratture dei Campi Flegrei,
per ricavare parametri quali la densità, lunghezza, età di faglie e/o fratture, che rappresentano
i dati più oggettivi e meglio utilizzabili per la costruzione di una mappa di distribuzione di
probabilità di apertura bocche. Questi dati permetteranno anche di confrontare la
corrispondenza tra i lineamenti strutturali misurati e quelli ricavati da analisi morfo-strutturali
(es. foto interpretazione, analisi di DEM etc.) e contribuire ad un data-base più robusto.
L’evoluzione strutturale-deformativa (subsidenza/sollevamento) della caldera nelle fasi che
precedono l'inizio dell'attività eruttiva sarà esteso indietro nel tempo (> 5 ka) per meglio
definirne il timing, la geometria e possibilmente l'entità. I risultati ci permetterebbero di
verificare la ripetitività di comportamento nella dinamica della caldera e le relazioni con i
processi di alimentazione magmatica, mettendo a confronto le deformazioni pre-eruttive
passate con quelle recenti o attuali. L’analisi strutturale sarà guidata anche da un’analisi
critica della localizzazione e dei meccanismi focali dei terremoti degli ultimi 10 anni presenti
nella banca dati dell’Osservatorio Vesuviano. Tale analisi consentirà di definire le strutture
maggiormente attive e la loro cinematica.
Risultati attesi: WP2-S4: Mappa geologico-strutturale dell’area Flegrea; WP2-S5: Mappa
delle faglie attive dalla sismicità degli ultimi 10 anni.
- (INGV-PI). Migliorare la definizione degli scenari delle eruzioni Vesuviane, cioè il set di
dati e informazioni che definiscono l’intervallo di variabilità dei principali parametri che
controllano una determinata tipologia eruttiva. In particolare, si focalizzano gli sforzi sul
miglioramento delle conoscenze degli scenari di tipo Pliniano, sub-Pliniano, e Stromboliano
violento, in particolare definendo la granulometria delle diverse fasi, durate delle fasi
dominate da lapilli e ceneri, volumi associati ai flussi piroclastici, ecc.
Risultati attesi: WP2-S6: Tabella con i parametri descrittivi degli scenari delle eruzioni
vesuviane.
- (UNIROMA3). Caratterizzare le proprietà reologiche multifase dei magmi utilizzate come
parametri di input per le simulazioni di dinamica di condotto. Il magma in natura è in genere
una sospensione di liquido più cristalli e bolle in continua evoluzione durante il processo di
risalita e degassamento. La risposta reologica di tale miscela differisce anche di diversi ordini
di grandezza rispetto a quella di un liquido puro. Attualmente, pur essendo fondamentale per
la modellistica della dinamica di condotto ed eruttiva, la reologia di un sistema multifase
(liquido ± cristalli ± bolle) è scarsamente definita. Verranno quindi definite le equazioni
costitutive di reologia multifase dei magmi naturali verificando l’effetto dei cristalli e delle
bolle sulla dinamica del magma, applicando la parametrizzazione a casi naturali chiave per i
Campi Flegrei e il Vesuvio. Dapprima si procederà all’analisi tessiturale dei prodotti in
termini di vescicolarità e cristallinità (CSD, BSD) per quantificare processi di nucleazione e
velocità di crescita di bolle e cristalli, entità della coalescenza e velocità di ascesa del magma
e entità della sovrasaturazione. In seguito verranno effettuate misure di reologia sul campione
naturale e su campioni rifusi. Lo scopo è quello di fornire una caratterizzazione più
quantitativa dei parametri di input per modelli fisici di dettaglio.
Risultati attesi: WP2-S7: Tabella con le proprietà reologiche multifase dei magmi Flegrei e
Vesuviani (eruzioni tipo)
WP3. Flussi piroclastici (UNIBA, UNIPI, INGV-PI, UNIROMA3)
Questo workpackage si articola in diversi obbiettivi:
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- (UNIBA, UNIPI, INGV-PI). Effettuare nuovi studi di campagna sulla distribuzione e
l’associazione delle diverse facies dei depositi da corrente piroclastica, al fine di definire i
parametri di controllo del processo e vincolarne l’impatto. Sui depositi delle eruzioni del
Vesuvio e dei Campi Flegrei, tali studi potrebbero chiarire quanto le differenze nelle
architetture di facies siano da attribuire alla natura del collasso (nube radiale vs. collasso
denso) oppure al tasso eruttivo all’uscita del condotto, offrendo una chiave interpretativa sulla
grande variabilità delle correnti. Un altro aspetto che verrà affrontato è quanto le transizioni
di facies dipendano dal cambiamento del regime di trasporto della corrente, o siano
condizionate dalla morfologia del substrato, in particolare dalla presenza di salti topografici.
Lo studio di dettaglio dell’architettura di facies rende possibile, attraverso i parametri fisici
delle particelle dei depositi (granulometria, densità e forma) risolvere un sistema di equazioni
che consente di ricostruire il range (secondo una funzione di probabilità gaussiana) delle
variabili di campo della corrente, con un processo di inversione dal prodotto (deposito
piroclastico) al processo (corrente piroclastica). Infine è possibile ricavare la stratificazione
nella corrente dei parametri di impatto quali la velocità, la pressione dinamica, la densità e la
concentrazione volumetrica delle particelle. Confrontando i risultati degli studi di campagna
con i risultati di esperimenti a grande scala sulla messa in posto delle correnti piroclastiche
potrebbe infine consentire di verificare l’ipotesi di collassi molto densi (senza entrainment) e
di verificare se esiste una relazione funzionale fra il flusso di massa all’impatto e la mobilità e
decadimento della capacità di trasporto delle correnti in funzione del tempo e dello spazio.
Per il Vesuvio in particolare, si prevede un approfondimento delle conoscenze sui depositi di
flusso piroclastico associati alle eruzioni Pliniane e sub-Pliniane, in modo da definire le
diverse tipologie di flussi e stimare i principali parametri fisici che le controllano
(concentrazione delle particelle, temperatura, stazionarietà della corrente, durata temporale,
granulometria complessiva del materiale trasportato, flusso di massa associato alla fase
eruttiva, ecc.). Questi dati sono fondamentali per la definizione e la successiva validazione dei
modelli numerici utilizzati nella stima della pericolosità, così come rappresentano
informazioni necessarie in ogni esercizio di “expert elicitation”.
Risultati attesi. WP3-S1: Mappe dei depositi da corrente piroclastica per i Campi Flegrei e il
Vesuvio in formato standard.
- (UNIROMA3). Determinare la temperatura di messa in posto delle correnti
piroclastiche. Tale parametro e la sua dissipazione durante il processo di trasporto e
deposizione sono infatti importanti fattori di controllo dell’impatto delle correnti
piroclastiche. La determinazione quantitativa della variazione di temperatura durante
il trasporto e la deposizione può essere raggiunta tramite uno studio combinato di: 1)
stratigrafia e sedimentologia delle successioni piroclastiche al fine di definire le
principali caratteristiche fluidodinamiche dei flussi piroclastici in studio; 2) misure di
calore specifico e di temperatura alla frammentazione (temperatura di transizione
vetrosa) da analisi calorimetriche (calorimetro a scansione differenziale). 3) misure di
temperatura di messa in posto da analisi paleomagnetiche di TRM (thermoremanence)
dei clasti litici incorporati nel deposito e dallo studio di macerali di sostanza organica.
Risultati attesi. WP3-S2: Report sulla determinazione della temperatura di correnti
piroclastiche, dalla frammentazione al trasporto e alla messa in posto.
WP4. Depositi cineritici (UNIPI, INGV-RM1, INGV-PI)
Questo workpackage si articola in diversi obbiettivi:
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- (UNIPI, INGV-PI). Analizzare in dettaglio le caratteristiche sedimentologiche e fisiche di
depositi di cenere distali, allo scopo di discriminarne la possibile genesi come depositi distali
di correnti piroclastiche, come il risultato della sedimentazione da nubi “buoyant” sia
sostenute che coignimbritiche. La studio della distribuzione di tali depositi vulcanici e'
particolarmente importante nelle aree corrispondenti alla piana intorno al Vesuvio, dove
depositi di flusso piroclastico distali si intercalano con prodotti cineritici e dove in alcuni casi
non e' chiaramente definito il limite massimo di runout delle correnti piroclastiche dell'attività
passata del Vesuvio e dei Campi Flegrei. I depositi distali verranno studiati anche in relazione
all’impatto della deposizione sull’ambiente e sull’uomo, grazie anche alla proficua
collaborazione con archeologi. Lo studio chimico e mineralogico dei prodotti di eruzioni dei
Campi Flegrei e del Vesuvio permetterà una migliore correlazione tra depositi prossimali,
distali e ultradistali.
Risultati attesi. WP4-S1: Database sulla distribuzione dei depositi vulcanici in aree distali e
ultradistali; WP4-S2: Mappa del massimo runout delle correnti piroclastiche nella piana
intorno al Vesuvio
- (INGV-RM1). Determinare sperimentalmente le proprietà ed i meccanismi di
sedimentazione delle ceneri vulcaniche dell’area Flegrea e Vesuviana in condizioni di
aggregazione e sedimentazione in massa. La maggior parte dei modelli attuali di dispersione e
sedimentazione da una nube piroclastica considerano le proprietà aerodinamiche medie delle
particelle, funzione della loro forma, densità e dimensione. Tuttavia, casi storici e recenti
dimostrano chiaramente che spesso le particelle di cenere sedimentano dalle nubi vulcaniche
non in maniera individuale ma in modo complesso, o attraverso zone preferenziali di
sedimentazione, o sotto forma di aggregati. In entrambi i casi viene incrementa
sostanzialmente la sedimentazione nelle aree prossimali e si impoverisce prematuramente la
nube di particelle fini. Lo studio della sedimentazione complessa di particelle di cenere verrà
effettuato tramite esperimenti di laboratorio. In un primo gruppo di esperimenti, flussi
rilevanti (kg/s) di particelle con varie distribuzioni granulometriche e composizionali
verranno fatti sedimentare da un’altezza tale da far raggiungere al flusso una condizione
stazionaria. Verranno misurati i tassi di sedimentazione al suolo e, tramite videoriprese ad alta
velocità, la velocità di sedimentazione delle particelle nelle diverse zone del flusso. In un
secondo gruppo di esperimenti verranno fatti sedimentare aggregati artificiali di particelle,
determinandone le caratteristiche aerodinamiche e la stabilità durante la sedimentazione. I
dati sperimentali saranno confrontati coi risultati di osservazioni naturali (ove possibile) e
quindi utilizzati come parametri di input in quei modelli di dispersione che soni già in grado
di incorporare il processo di aggregazione
Risultati attesi. WP4-S3: Report contenente le proprietà e dei meccanismi di sedimentazione
delle ceneri vulcaniche in condizioni di aggregazione e sedimentazione in massa.
WP5. Lahars (UNIBA, INGV-PI)
- (UNIBA, INGV-PI). Compiere uno studio di dettaglio dei depositi da lahars. In confronto
con i depositi massivi di origine primaria e con le dinamiche osservate a Sarno e Quindici,
tale studio potrebbe fornire utili indicazioni sulla mobilità e sulle dinamiche di trasporto di
questi flussi ad alta concentrazione di particelle. Caratterizzazione delle aree soggette a flussi
volcanoclastici (lahar). Durante un’eruzione esplosiva, la ricaduta di ceneri, lapilli e pomici
può generare accumulo di depositi lungo i versanti e nei bacini idrografici. Tali depositi
incoerenti, durante intense precipitazioni, possono diventare saturi in acqua, essere facilmente
erosi e quindi diventare instabili. In tale contesto, si possono innescare flussi volcanoclastici a
diverso rapporti sedimento/H2O (debris flow, flussi iperconcentrati) in funzione della
pendenza dei rilievi (Iverson, 1997), della geometria del bacino idrografico (Pareschi et al.,
2000) e dello spessore del deposito accumulato durante l’eruzione. A seguito di una eventuale
ripresa dell’attività esplosiva al Vesuvio, diverse aree potrebbero essere interessate da
ricaduta di materiale piroclastico. L’area appenninica sottovento e la zona dell’apron del
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Vesuvio possono essere soggetti all’innescarsi di flussi potenzialmente pericolosi, e per tale
motivo, necessitano di una serie di specifici studi finalizzati alla prevenzione e mitigazione
dei rischi da pericolosità di flussi ad alta concentrazione di materiale vulcanico. L’attività di
ricerca per il primo anno si focalizzerà su: a) Implementazione di una mappa di zonazione che
individui le aree più propense alla generazione di flussi vulcanoclastici che rappresenti un
upgrade delle mappe disponibili (Bisson et al., 2010); b) Mappatura preliminare delle
coperture del suolo (e.g. aree vegetate, antropizzate, etc) realizzata elaborando dati multi- ed
iper-spettrali con lo scopo di ottenere una visione d’insieme degli elementi che compongono
l’area oggetto di studio; c) Implementazione preliminare di modelli di stabilità dei versanti
per la quantificazione dei volumi dei depositi piroclastici che potrebbero essere rimobilizzati.
Risultati attesi. WP5-S1: Mappa dei depositi da lahars;WP5-S2: Mappa delle coperture del
suolo; WP5-S3: Mappa di propensione ai lahars.
Task 3. Modellistica dei fenomeni eruttivi per Vesuvio e Campi Flegrei (leader Augusto
Neri)
I fenomeni presi in considerazione per il Vesuvio e i Campi Flegrei sono l'ash fall e i flussi
piroclastici. Per l'Etna ci focalizzeremo negli anni successivi sui flussi lavici e sui possibili
collassi laterali nel lungo termine.
La parte modellistica si può dividere in tre workpackages: 1) sviluppo e applicazione di
modelli di ash fall; 2) sviluppo e applicazione di modelli di flussi piroclastici; 3) sviluppo di
un modello per l'attività esplosiva freatomagmatica.
WP6. Modelli di ash fall (INGV-RM1)
Uno degli aspetti di fondamentale interesse per la stima della pericolosità vulcanica da ash
fall è lo studio dei processi che governano la dinamica della dispersione delle ceneri su brevi
e grandi distanze. Sebbene allo stato attuale esistano già diversi modelli che sembrano fornire
stime realistiche di tale fenomeno, ci sono aspetti di grande rilevanza che non sono ancora
stati modellati in maniera soddisfacente. Forse l'aspetto più interessante è la modellazione
della presenza dei lapilli accrezionali su distanze brevi (minori di 100 km) osservati in
campagna (e.g., Cioni et alii 2008). La presenza di lapilli accrezionali implica che una parte
delle ceneri che potrebbero essere portate a grande distanza si agglomerano e precipitano a
distanza molto più brevi. L'impatto pratico di tale effetto è evidente. Per ora, i modelli a
disposizione tengono conto di questo processo solo in maniera euristica introducendo
correzioni empiriche ai modelli fisici a disposizione. Non è ancora chiaro quanto queste
correzioni siano funzionali e, comunque, sarebbe più soddisfacente avere un modello fisico
che potesse tenere conto di tale fenomeno.
In questo settore, gli obiettivi del progetto sono due:
i) (INGV-RM1) applicazione dei modelli esistenti su un set esaustivo di scenari per il
Vesuvio e i Campi Flegrei. In prima battuta si utilizzeranno gli scenari già proposti in altri
progetti e/o pubblicazioni internazionali, tenendo conto della variabilità dei parametri che
caratterizzano lo scenario. Ovviamente, nel caso di risultati prodotti in tempo utile nel task 2,
si procederà alla modellazione di questi nuovi scenari proposti. I modelli introducono una
correzione empirica per la presenza di lapilli accrezionali e sono tuttora utilizzati per
prevedere la deposizione delle ceneri all'Etna (Scollo et alii, 2009), per invertire i dati di
terreno per ottenere i parametri per la modellazione fisica (e.g., Macedonio et alii 2008; Costa
et alii 2009; Bonasia et alii 2012), e per calcolare la probabilità di accadimento di specifici
carichi di cenere associati a diversi scenari eruttivi (e.g., Costa et alii 2009; Selva et alii 2010)
tenendo conto della variabilità dei parametri di input per ogni scenario. Alcune delle
9
modellazioni richieste per il Vesuvio sono in corso di sviluppo nel progetto ByMuR. Oltre a
tali modelli, in V1 si intende sviluppare una modellazione analoga per i Campi Flegrei.
Risultati attesi: WP6-S1: mappe di distribuzione di ash fall per diversi scenari eruttivi
ii) (INGV-RM1) La presenza di lapilli accrezionali a distanze brevi dalla bocca eruttiva è
modellata con correzioni empiriche. L'obiettivo qui è quello di sviluppare modelli fisici
autoconsistenti che possano modellare questo processo estremamente importante per la stima
della pericolosità vulcanica. La cenere fine è trasportata dal vento a distanza molto grandi, ma
spesso si aggrega creando aggregati più grandi che precipitano a distanze brevi dal vulcano.
L'aggregazione è dovuta a diversi processi fisici come la carica elettrostatica, la
condensazione del vapore ed interazioni meteorologiche. Gli aggregati assumono forme e
densità molto diverse, che possono variare da 50 (aggregati elettrostatici con legame debole) a
2000 kg/m3 (aggregati cementati). La differenza fondamentale tra questi aggregati è la
presenza della fase fluida che genera con diversi processi aggregati con densità molto elevate.
In questo ambito ci si propone di modellare la formazione di ogni tipo di aggregato in modo
da potere integrare questa componente ai modelli di dispersione delle ceneri attualmente in
uso. Costa et alii (2010) hanno iniziato questo percorso partendo dall'equazione di
coagulazione di Smoluchowski, modificata in modo da conservare la massa. Una componente
cruciale di questo modello è la quantificazione della probabilità di aggregazione delle
particelle in funzione della loro dimensione. Oltre ad una più completa caratterizzazione
fisica, il modello necessita di una calibrazione con i dati di campagna e di laboratorio (task 2)
che verrà iniziata in questo progetto.
Risultati attesi: WP6-S2: Report contenente lo sviluppo di modelli di ash fall integranti la
formazione di lapilli accrezionali e aggregati.
WP7. Modelli di flussi piroclastici (INGV-PI, UNIBA)
Gli studi condotti finora sulle correnti piroclastiche di densità del Vesuvio e dei Campi
Flegrei sono stati svolti attraverso diversi approcci e rappresentano un riferimento per la
comunità vulcanologia internazionale. E’stato possibile, nel recente passato, sia ricostruire
l’area di dispersione dei depositi delle diverse eruzioni passate che, in alcuni casi, calcolare i
parametri di impatto attraverso un approccio fisico-sedimentologico e simulazioni numeriche
multifase. Lo studio di passate eruzioni sia ai Campi Flegrei che al Vesuvio ha mostrato un
ampio range spaziale della loro capacità distruttiva la cui variabilità dipende da molti fattori.
Per avere una stima ragionevole in termini di pericolosità vulcanica occorre modellare tali
flussi tenendo conto di tutte le incertezze aleatoriche ed epistemiche. Allo stato attuale delle
conoscenze non si hanno modelli condivisi che possano simulare la grande varietà di scenari e
parametri di input del modello. Per questo motivo, gli obiettivi raggiungibili in un anno di
progetto consistono in un aggiornamento e confronto di modelli e dati provenienti da diverse
tecniche e da diversi gruppi di ricerca, in modo da raggiungere una “standardizzazione” degli
approcci ed un consolidamento e condivisione delle conoscenze su questi eventi naturali
complessi.
Nello specifico, le attività si svilupperanno con i seguenti obiettivi:
i) (UNIBA) Ingegneria inversa dei depositi: dal processo al prodotto ai parametri di impatto. I
dati di terreno relativi ai flussi piroclastici raccolti nel task 2 (granulometria, densità e forma)
possono essere invertiti matematicamente per ottenere funzioni di probabilità delle variabili di
campo dei flussi. Ciò crea una relazione quantitativa tra il prodotto (deposito piroclastico) e il
processo (corrente piroclastica). In questo modo è anche possibile stimare alcuni parametri
fisici, come la velocità, la pressione dinamica e la densità dei flussi. Allo stato attuale, queste
tecniche hanno permesso di avere stime puntuali spazialmente per il Vesuvio e i Flegrei,
mostrando, ad esempio, un range di variabilità della pressione dinamica in funzione della
distanza e della taglia dell'eruzione. In questo progetto auspichiamo di implementare questa
10
mappatura e anche di studiare un argomento ancora poco compreso, come i parametri fisici
dei flussi e le caratteristiche morfologiche che portano alle transizioni di facies osservate sul
terreno. Questo argomento ha una chiara importanza pratica, poiché possono aiutare a
caratterizzare meglio la capacità distruttiva dei flussi, soprattutto in prossimità di salti
topografici.
Risultati attesi. WP7-S1: Mappe di distribuzione dei parametri di impatto delle correnti
piroclastiche; WP7-S2: report che descrive le relazioni funzionali fra tasso eruttivo, flusso di
massa all’impatto al suolo e mobilità delle correnti piroclastiche
ii) (INGV-PI) Simulazione multifase 2D/3D di flussi piroclastici e definizione di correlazioni
per la descrizione della loro pericolosità. Questa attività è finalizzata al miglioramento della
modellazione della dinamica dei flussi piroclastici e alla valutazione della loro pericolosità
tramite sviluppo e utilizzo di modelli multifase 2D/3D, e sarà articolata secondo due obiettivi
principali:
a) Studio dell’effetto dei principali parametri che caratterizzano la formazione dei flussi
piroclastici sulle loro principali azioni pericolose (distanza massima raggiunta, distribuzione
della pressione dinamica, temperatura, concentrazione di cenere, ecc.). Lo studio sarà
realizzato attraverso una serie di simulazioni numeriche 2D realizzate con il modello
multifase PDAC (Esposti Ongaro et al., 2007; Neri et al., 2003; Todesco et al., 2006) e per
condizioni eruttive tipiche di eruzioni Pliniane e sub-Pliniane al Vesuvio/Campi Flegrei.
Questo studio mirerà a descrivere i processi fondamentali che controllano la dinamica dei
flussi di densità stratificati e le loro proprietà di scala. L’enfasi sarà posta sull’effetto dei
processi di non-equilibrio che controllano la sedimentazione e deposizione delle particelle
piroclastiche (Esposti Ongaro et al., 2012a) nonché sul partizionamento della massa tra
porzioni convettive e di flusso. Dallo studio numerico si cercherà di derivare una
parametrizzazione delle diverse variabili di pericolosità dei flussi e, possibilmente, dei
processi di deposizione ed erosione.
b) Analisi degli effetti topografici sulla propagazione dei flussi. Saranno realizzate diverse
simulazioni 3D tramite il codice PDAC con l’obiettivo di esplorare l’effetto della topografia
sulla dinamica e sulla distribuzione areale dei flussi. In particolare verrà analizzato l’effetto
della pendenza media del vulcano nonché l’influenza della distanza e l’orientamento di una
barriera topografica sulla propagazione del flusso. Alcune simulazioni 3D saranno inoltre
realizzate alla scala naturale del vulcano con particolare riferimento alle scale subPlinane/Pliniane (e.g. Esposti Ongaro et al., 2012b). Sarà inoltre esplorato l’utilizzo di
modelli 1D/2D semplificati e di modelli statistici per la valutazione della pericolosità
associata alle correnti piroclastiche.
Risultati attesi. WP7-S3: Simulazioni numeriche 2D di flussi piroclastici per scale subPliniane e Pliniane e derivazione di correlazioni semplificate in grado di descrivere la
pericolosità dei flussi piroclastici; WP7-S4: Simulazioni numeriche 3D di flussi piroclastici
al Vesuvio/Campi Flegrei finalizzate alla valutazione degli effetti topografici
iii) (UNIBA) Meccanismi di innesco delle correnti piroclastiche. In vulcanologia si ritiene,
generalmente, che il collasso di una colonna eruttiva e la conseguente formazione di correnti
piroclastiche di densità dipenda dalla mancata capacità del getto eruttivo turbolento di
generare convezione termica e quindi formare plume convettivi. Secondo questo modello,
sebbene la colonna eruttiva abbia la capacità di espandersi attraverso l’entrainment di aria
atmosferica, questo non porti sempre ad una diluizione tale che, esaurita l’energia cinetica del
getto, la densità multifase della colonna divenga inferiore di quella atmosferica. Sarebbe
quindi possibile che anche una colonna eruttiva non molto più densa dell’atmosfera possa
collassare e generare correnti piroclastiche. Recenti indagini di ingegneria fluidodinamica, ed
osservazioni di eruzioni recenti (vedi Montserrat), suggeriscono che in alcuni casi il getto
eruttivo, a causa dell’elevato contrasto di densità con l’atmosfera, sebbene turbolento, non
sviluppi affatto la capacità di inglobare aria atmosferica ed il collasso avvenga semplicemente
attraverso un “fontanamento” idraulico. Se queste recenti ipotesi fluidodinamiche fossero
11
confermate per il caso vulcanico, se ne dovrebbe dedurre che nel caso dei collassi, la colonna
eruttiva non abbia un vero entrainment e che il collasso dipenda semplicemente
dall’equilibrio fra energia cinetica all’uscita del condotto ed energia potenziale. Questo
porterebbe alla formazione di correnti piroclastiche attraverso il collasso di una colonna molto
densa che fornisce un elevato flusso di massa alla corrente ed un’alimentazione forzata del
trasporto anche su topografie poco inclinate.
Recenti esperimenti a grande scala condotti dall’UR dell’Università di Bari hanno consentito
di formare regimi eruttivi sia di colonne collassanti che convettive. Un’analisi di dettaglio dei
dati di questi esperimenti, confrontati con i caratteri litologici dei depositi da corrente
piroclastica del Vesuvio e Campi Flegrei in posizione prossimale (località dell’impatto al
suolo della colonna) potrebbero consentire di verificare l’ipotesi di collassi molto densi (senza
entrainment) e di verificare se esiste una relazione funzionale fra il flusso di massa
all’impatto e la mobilità e decadimento della capacità di trasporto delle correnti in funzione
del tempo e dello spazio. Queste analisi potrebbero consentire di definire meglio le dinamiche
di innesco dei flussi e quanto l’impatto al suolo determini la mobilità della corrente rispetto al
contributo dell’angolo di pendio del vulcano.
Risultati attesi: WP7-S5: definizione della pressione dinamica di correnti piroclastiche
all'impatto al suolo di una colonna collassante densa.
WP8. Sviluppo di un modello matematico per la descrizione dell’attività esplosiva
freatomagmatica (INGV-PI)
Lo studio dei depositi prodotti da eruzioni esplosive al Vesuvio e ai Campi Flegrei suggerisce
che importanti fasi di questi eventi siano state caratterizzate da una rilevante interazione del
magma con acqua esterna (e.g. Barberi et al., 1989, Orsi et al., 2004). Sebbene alcuni studi
teorici e sperimentali (e.g. Wohletz, 2002; Starostin et al., 2005) abbiano evidenziato un
significativo effetto di questa interazione, la sua influenza sulla dinamica dell’eruzione e sulla
sua potenziale pericolosità non sono state sufficientemente approfondite. L’obiettivo di questa
attività (da svolgersi su un arco di tempo pluriennale) è lo sviluppo di un modello numerico in
grado di descrivere la dinamica accoppiata condotto-colonna in presenza di interazione della
miscela magmatica con acqua esterna. Nel corso del primo anno di attività verrà approfondita
la dinamica del flusso nel condotto vulcanico in modo da analizzare l’effetto dell’acqua sulle
caratteristiche dinamiche del flusso e sulle condizioni della miscela eruttiva all’uscita del
condotto. L’analisi verrà realizzata attraverso l’adozione e l’ulteriore sviluppo di un modello
matematico di flusso di condotto sviluppato presso l’INGV Pisa e in grado di descrivere in
1D la natura multifase e non-isoterma del flusso (de’Michieli Vitturi et al., 2011 e
sottomesso). Il modello è basato sulla teoria dei sistemi termodinamici compatibili che
permette di rappresentare le equazioni di trasporto attraverso un sistema di equazioni
differenziali iperboliche in forma conservativa. Il modello permetterà quindi di descrivere
regimi di flusso sia densi che diluiti e di rappresentare il flusso al di sotto e al di sopra della
superficie di frammentazione. Nel primo anno, in particolare, si studierà l’effetto
dell’ingresso di acqua freatica nel condotto sulle condizioni di flusso, sull’intensità
dell’evento e sulle sue variazioni nel tempo e si realizzeranno confronti con i risultati del
modello di Starostin et al. (2005). Prime applicazioni saranno realizzate per eventi esplosivi
di piccola e media scala ai Campi Flegrei.
Risultati attesi: WP8-S1: Modello numerico di condotto in grado di quantificare l’effetto
dell’acqua esterna sulla dinamica del condotto e sulle condizioni alla bocca eruttiva (INGVPI).
Task 4. Sviluppo di modelli per la stima della pericolosità vulcanica (co-leader: Warner
Marzocchi, Mauro Rosi, Augusto Neri)
12
Le attività di questo task si articolano in tre workpackages: 1) sviluppo di un modello di
pericolosità vulcanica da ash fall per i Campi Flegrei e per il Vesuvio, basato sul concetto di
Bayesian Event Tree; 2) sviluppo di un modello di pericolosità per i Campi Flegrei e Vesuvio
come implementazione di Event Tree già sviluppati in progetti recenti (Exploris, Speed); 3)
Produzione di scenari per ash fall dovuti ad eventi di bassa esplosività. Tutti i modelli di
pericolosità vulcanica saranno forniti utilizzando lo stesso standard definito nel task 1. Ciò
permetterà confronti ed eventualmente sintesi di modelli diversi.
WP9. Sviluppo di un modello di pericolosità vulcanica da ash fall per i Campi Flegrei e
per il Vesuvio, basato sul concetto di Bayesian Event Tree (INGV-RM1 & tutti i
partners)
Il livello 2 della piattaforma di calcolo e visualizzazione della pericolosità vulcanica permette
di sviluppare un proprio modello di pericolosità utilizzando una logica ad albero ad eventi
Bayesiano (Bayesian Event Tree). In questa ottica, ci si propone di creare un modello traendo
il massimo vantaggio dalle informazioni e modelli già disponibili oppure sviluppati nei task 2
e 3.
La struttura dell'Event Tree è riportata schematicamente in figura 2
Il settaggio del modello richiede di definire una distribuzione di probabilità ad ogni nodo
dell'albero (Marzocchi et alii, 2008; Selva et alii, 2008). Ciò viene fatto utilizzando tre tipi di
informazioni: i dati di terreno (task 2), gli output dei modelli (task 3) e l'expert opinion. In
estrema sintesi, i modelli forniscono un'informazione che viene codificata nella distribuzione
a priori; eventuali dati di terreno formano la likelihood; entrambe le funzioni, utilizzando il
formalismo Bayesiano, portano alla distribuzione a posteriori che rappresenta la sintesi di
tutte le informazioni disponibili; in presenza di più modelli, il 'peso' dell'output di ogni
modello utilizzato è attribuito da un gruppo di esperti tramite procedure di elicitazione.
Specificatamente, i nodi 4, 5 e 6 richiedono una definizione chiara ed esaustiva degli scenari
attesi, mentre i nodi 7 e 8 richiedono l'utilizzo di modelli fisici e possibilmente l'utilizzo dei
dati osservati in campagna. Il nodo 1-2-3 rappresenta la probabilità di avere almeno
un'eruzione nell'intervallo di tempo considerato. In prima battuta si possono utilizzare le
informazioni relative al Vesuvio e Campi Flegrei già fornite da altri progetti e lavori
scientifici.
Le procedure di elicitazione e la definizione di distribuzioni a priori dove non siano presenti
modelli fisici adeguati (per esempio, la distribuzione spaziale delle bocche eruttive)
coinvolgeranno tutti i partecipanti al progetto.
13
Risultati attesi: WP9-S1: Creazione di mappe di pericolosità (prodotto D2)
WP10. Sviluppo di un modello di pericolosità per i Campi Flegrei e Vesuvio come
implementazione di Event Tree già sviluppati in progetti recenti (Exploris, Speed)
(INGV-PI)
Nell’ambito dei progetti Exploris e Speed è stato sviluppato un albero degli eventi per il
Vesuvio (Baxter et al., 2008; Neri et al., 2008). L’albero descrive i diversi scenari in termini
di probabilità di accadimento, fenomeni attesi, evoluzione temporale degli stessi e zonazione
di alcuni fenomeni pericolosi (e.g. flussi piroclastici). In questa attività si prevede di rivedere
le stime di probabilità dei rami principali dell’albero alla luce delle più recenti ricerche e delle
nuove conoscenze acquisite. Verrà inoltre ulteriormente approfondita l’influenza di diversi
modelli di elicitazione degli esperti al fine di stimare l’influenza delle tecniche adottate sui
risultati (e.g. Flandoli et al., 2011). In particolare, per il Vesuvio, si cercherà di quantificare
meglio lo scenario eruttivo associato alle eruzioni Pliniane, sub-Pliniane e Stromboliane
Violente essendo questi gli scenari di maggiore interesse per le problematiche di protezione
civile.
Relativamente ai Campi Flegrei si intende completare l’albero degli eventi delineato durante
il progetto Speed tramite caratterizzazione degli scenari eruttivi principali e stima della
probabilità di accadimento delle diverse categorie eruttive. Particolare attenzione sarà
dedicata alla produzione di mappe di probabilità di apertura bocche.
Uno dei prodotti più importanti di questo tema è la produzione di mappe di pericolosità da
flussi piroclastici per il Vesuvio e i Campi Flegrei. In particolare, al Vesuvio, saranno riviste e
completate le mappe da invasione da flussi piroclastici realizzate combinando dati di terreno,
simulazioni numeriche 2D/3D e tecniche di elicitazione degli esperti (Neri et al., 2008; Neri
et al., 2011; Flandoli et al., 2011). Le mappe faranno riferimento ad eventi di scala subPliniana e Pliniana e terranno conto anche della possibilità che la bocca eruttiva possa aprirsi
in posizione decentrata rispetto al Gran Cono. Analogamente per i Campi Flegrei verranno
completate prime mappe di invasione da flussi piroclastici per diverse scale eruttive e in
grado di considerare l’incertezza nella localizzazione della bocca eruttiva e nella
propagazione dei flussi (Bevilacqua et al., 2012). Le mappe saranno realizzate tenendo conto
delle informazioni derivanti dagli studi di terreno, dalla simulazioni numeriche 2D/3D
realizzate, dalle correlazioni sviluppate relative alla pericolosità dei flussi e da tecniche basate
sul giudizio degli esperti.
Risultati attesi: WP10-S1. Mappe di pericolosità di flussi piroclastici per il Vesuvio e i Campi
Flegrei (prodotto D.3)
WP11. Produzione di scenari (INGV-PI)
i) Mappe da ricaduta di cenere prodotta da eventi esplosivi di bassa energia e colonne coignimbritiche. In questo caso, l’obiettivo della ricerca è la produzione di mappe di per eventi
in grado di produrre dispersione di cenere nella bassa atmosfera. In particolare, l’attività sarà
concentrata su eventi di tipo Stromboliano violento al Vesuvio che rappresentano oggi lo
scenario a più alta probabilità di accadimento. A causa della prolungata durata di questi eventi
e della complessità del fenomeno di dispersione che ha luogo negli strati inferiori
dell’atmosfera (forti gradienti verticali della velocità e direzione del vento, effetti di boundary
layer, variabilità meteorologica giorno/notte) è necessario descrivere la dinamica transiente e
3D del processo di dispersione e deposizione delle ceneri. A tal fine, si prevede di utilizzare il
modello numerico VOL-CALPUFF (Barsotti et al., 2008) in grado di descrivere il processo di
dispersione sotto l’azione di condizioni atmosferiche tempo dipendenti e 3D. In particolare, il
modello sarà esteso in modo da considerare l’effetto dell’acqua sul processo di dispersione e
deposizione (wet scavenging) nonché la possibilità di simulare la dispersione dei diversi
componenti chimici gassosi emessi dal vulcano. Mappe per deposizione al suolo e di
14
concentrazione in area di cenere e gas saranno realizzate tramite un approccio Monte Carlo ed
utilizzando dataset meteorologici rappresentativi delle condizioni meteo della regione
(Barsotti et al., 2010). Il modello verrà inoltre esteso alla modellazione e simulazione
numerica di eventi di dispersione di cenere prodotta da colonne co-ignimbritiche vista la
rilevanza di questo fenomeno nel vulcanismo Vesuviano e Flegreo. Il modello esteso
dovrebbe quindi essere utilizzato negli anni successivi per realizzare mappe di pericolosità da
colonne co-ignimbitiche prodotte da eventi di varia scala al Vesuvio e ai Campi Flegrei.
Risultati attesi. WP11-S1: Mappe di dispersioni di ceneri da eventi esplosivi di bassa energia.
6. Prodotti attesi
Il formato dei prodotti attesi verrà concordato al kick-off meeting in accordo con quanto
definito dall'Accordo Quadro e nel relativo Allegato C.
D.1. Piattaforma per il calcolo della pericolosità vulcanica da ash fall per il Vesuvio e i
Campi Flegrei. Questa piattaforma conterrà tutte le informazioni scientifiche per il calcolo e
la visualizzazione di mappe di pericolosità (prodotto D.2) e di specifici scenari (prodotto D.4)
D.2. Mappe di pericolosità vulcanica da ash fall di lungo termine per il Vesuvio e i Campi
Flegrei. Per ogni cella della griglia, si forniranno le curve di pericolosità.
D.3. Mappe di pericolosità di flussi piroclastici per il Vesuvio e i Campi Flegrei
D.4. Mappe da ricaduta e dispersione di cenere e gas per eventi Stromboliani Violenti al
Vesuvio; mappe di flussi piroclastici per eventi Pliniani e sub-Pliniani al Vesuvio; mappe di
pericolosità da flussi piroclastici per eventi di varia scala ai Campi Flegrei
D.5. Implementazione database contenente le informazioni geologiche e modellistiche utili
per il calcolo della pericolosità vulcanica
Numero
D.1
D.2
D.3
WP*-S*
WP1-S1,
WP2S1,WP2S2,WP2S4,WP2S6, WP4S3, WP6S1, WP6S2, WP9S1
WP1-S1,
WP2-S1,
WP2S2,WP2S4, WP2S6, WP4S3, WP6S1, WP6S2, WP9S1
WP1-S1,
WP2-S1,
WP2-S6,
WP2-S7,
WP3-S1,
WP3-S2,
WP4-S1,
WP4-S2,
Titolo del deliverable
UR Coinvolte
Piattaforma per il calcolo della pericolosità vulcanica da
ash fall per il Vesuvio e i Campi Flegrei
INGV-RM1,
UNIPI, INGV-PI,
INGV-OV
Mappe di pericolosità vulcanica da ash fall di lungo
termine per il Vesuvio e i Campi Flegrei. Per ogni cella
della griglia, si forniranno le curve di pericolosità.
INGV-RM1,
UNIPI, INGV-PI,
INGV-OV
Mappe di pericolosità di flussi piroclastici per il Vesuvio
e i Campi Flegrei
INGV-PI, UNIBA,
UNIROMA3,
UNIPI, INGVRM1
15
D.4
D.5
WP7-S1,
WP7-S2,
WP7-S3,
WP7-S4,
WP7-S5,
WP10-S1
WP1S1,WP2S2, WP2S4,WP2S6, WP4S3, WP6S1, WP6S2, WP7S3, WP7S4, WP8S1, WP11S1
WP1-S1,
WP2S1,WP2S2,WP2S3,WP2S4,WP2S5, WP4S1, WP4S2, WP5S1, WP5S2, WP5S3, WP7S5
Mappe da ricaduta e dispersione di cenere e gas per
eventi Stromboliani Violenti al Vesuvio; mappe di flussi
piroclastici per eventi Pliniani e sub-Pliniani al Vesuvio;
mappe di pericolosità da flussi piroclastici per eventi di
varia scala ai Campi Flegrei
Implementazione database contenente le informazioni
geologiche e modellistiche utili per il calcolo della
pericolosità vulcanica
INGV-PI, INGVRM1, UNIPI,
INGV-OV,
UNIBA,
UNIROMA3
INGV-RM1,
UNIPI, INGV-PI,
INGV-OV,
UNIBA,
UNIROMA3
7. UR coinvolte per le attività del primo anno e relativo budget:
UR1. INGV-RM1:
Warner Marzocchi
Jacopo Taddeucci
Piergiorgio Scarlato
Valeria Misiti
Massimo Mari
Jacopo Selva (INGV Bologna)
Laura Sandri (INGV Bologna)
Antonio Costa (INGV Osservatorio Vesuviano)
Ulrich Kueppers (Univ. di Monaco di Baviera)
Daniele Andronico (INGV Catania)
Luigi Lodato (INGV Catania).
L'unità di ricerca è interdisciplinare e composta da ricercatori di quattro sezioni INGV,
caratterizzata da una forte esperienza in diversi ambiti della valutazione della pericolosità e
della vulcanologia sperimentale, modellistica e di terreno. Tale esperienza è comprovata dalle
innumerevoli pubblicazioni su riviste ISI e dalle partecipazioni ad innumerevoli progetti
italiani ed europei. I gruppi del Laboratorio HP-HT di Roma e dell’Experimental
Volcanology Lab di Monaco hanno già collaborato in precedenti progetti per fornire una
parametrizzazione sperimentale di processi vulcanici che comprendono la frammentazione
del magma, la formazione e sedimentazione di cenere vulcanica e le dinamiche al vent di
eruzioni esplosive. La presenza nella stessa UR di una componente modellistica e di terreno
garantisce un’interazione diretta e un confronto immediato nell’incorporazione dei diversi
parametri all’interno delle simulazioni.
Budget di EURO 60000 (di questo budget, 5000 euro sono previsti per la collaborazione
con i membri NON-INGV partecipanti alla UR)
16
UR2. INGV-PI:
Augusto Neri
Sara Barsotti
Antonella Bertagnini
Marina Bisson
Mattia de’Michieli Vitturi
Tomaso Esposti Ongaro
Ilaria Isola
Claudia D’Oriano
Willy Aspinall (University of Bristol and Aspinall and Ass.)
Peter J. Baxter (University of Cambridge)
A. Bevilacqua (Scuola Normale Superiore)
L. Bonaventura (Politecnico di Milano)
S. Carcano (Politecnico di Milano)
Raffaello Cioni (Univ. Cagliari)
F. Flandoli (Università di Pisa)
S. Orsucci (Università di Pisa),
A. Spanu (Scuola Normale Superiore),
Claudia Spinetti (INGV CNT).
La UR INGV Pisa comprende competenze di diversa natura ma tutte necessarie alla
definizione della pericolosità vulcanica. In particolare sono presenti competenze di a)
vulcanologia di terreno e analitica mirate al riconoscimento delle sequenze vulcaniche e alla
definizione degli scenari eruttivi, b) modellazione fisica e simulazione numerica dei principali
fenomeni pericolosi che contraddistinguono l’attività vulcanica e 3) probabilità e statistica
mirate alla quantificazione della pericolosità vulcanica e dell’incertezza ad essa associata. In
particolare il personale coinvolto comprende ricercatori dell’INGV Pisa, INGV CNT,
Università di Pisa, Scuola Normale Superiore di Pisa, Politecnico di Milano nonché
Università di Bristol e Cambridge (UK).
Budget di EURO 80000 (di questo budget, 25000 Euro sosterranno le ricerche dei
componenti della UR NON-INGV)
UR3. INGV-OV:
Giovanni Orsi
Francesca Bianco
Mario Castellano
Edoardo Del Pezzo
Ilenia Arienzo
Pasquale Belviso
Antonio Carandente
Danilo Galluzzo
Mario La Rocca
Enrica Marotta
Valeria Di Renzo (Seconda Università di Napoli).
I ricercatori della UR sono impegnati da lungo tempo in ricerche sulla geologia, vulcanologia,
petrologia, geochimica, geochimica isotopica e sismologia di vulcani attivi, ed in particolare
della caldera dei Campi Flegrei. Tali ricerche hanno avuto come oggetti specifici la
definizione dei meccanismi eruttivi delle principali eruzioni avvenute negli ultimi 60 ka di
attività della caldera, delle relazioni tra composizione dei magmi e dinamica eruttiva, del
ruolo della dinamica della formazione e deformazione (risorgenza) della caldera sulla
distribuzione delle bocche eruttive. Esse sono finalizzate alla definizione della pericolosità
vulcanica a lungo termine.
Budget EURO 30000
UR4. UNIBA:
17
Pierfanscesco Dellino
Roberto Sulpizio
Giovanni Zanchetta (Univ. Pisa)
Daniela Mele
Fabio Dioguardi
Bernd Zimanowski (Univ. Wuerzburg)
Ralf Buettner (Univ. Wuerzburg)
Tobias Duerig (Univ. Wuerzburg)
Gregory Valentine (Univ. Buffalo).
L'UR dell'Università di Bari comprende ricercatori sia italiani che stranieri con esperienze di
ricerca provate dalla partecipazione a numerosi progetti (PRIN, EU, DFG, INGV-PC) e da un
elevato numero di pubblicazioni su riviste internazionali di prestigio (vedasi base dati Scopus
e ISI) sulle tematiche del vulcanismo esplosivo, anche con riferimento alle eruzioni dei
Campi Flegrei e Vesuvio. Le competenze presenti permettono indagini di terreno, laboratorio,
modellistica fisica, sperimentali e di simulazioni numeriche sulle correnti piroclastiche
attraverso un approccio integrato multidisciplinare. Attraverso questo approccio è possibile
validare modelli teorici sul calcolo delle variabili di impatto delle correnti piroclastiche
attraverso i dati di campagna ed esperimenti a grande scala. Budget, EURO 65000.
UR5. UNIPI:
Mauro Rosi
Roberto Isaia (INGV-OV)
Alessandro Sbrana
Paola Marianelli
Stefano Vitale (Univ. Napoli)
Marco Pistolesi.
L’UR di Pisa ha una forte vocazione per il lavoro vulcanologico di terreno e l'analisi
attraverso i depositi della vulcanologia fisica delle eruzioni recenti. Il proponente (Mauro
Rosi) oltre alla estesa conoscenza di vulcanologia di terreno applicata alla valutazione della
pericolosità su un grande numero di sistemi vulcanici, annovera nel proprio curriculum anche
una diretta conoscenza della caldera di Rabaul (Papua, Nuova Guinea) per aver condotto studi
di terreno delle eruzioni di Tavurvur e Vulcano 1994. S. Sbrana e' stato il responsabile del
progetto CARG da poco concluso e vanta vaste conoscenze sul sitema flegreo anche in
collaborazione con P. Marianelli con cui è coautore di numerosissime pubblicazioni sullo
stesso tema. Roberto Isaia è tra i principali conoscitori della geologia e stratigrafia dell'area
flegrea ed è autore di numerosissimi lavori sul tema fatti in collaborazione con un vasto
numero di ricercatori di livello internazionale. Budget EURO 80000.
UR6. UNIROMA3:
Claudia Romano
Massimo Mattei
Sveva Corrado
Guido Giordano
Alessandro Vona
Arnaldo De Benedetti
Lea Di Paolo
Elena Zannella
Daniele Giordano.
Il gruppo ha una forte esperienza di analisi di laboratorio. I laboratori coinvolti nel progetto
sono i seguenti: Laboratorio di Vulcanologia Sperimentale di Roma Tre (inserito nel
consorzio EPOS), unica sede in Italia che raccoglie in un'unica struttura sia le strumentazione
per la sintesi del campione, le misure delle proprietà fisico chimiche del magma e l’analisi del
prodotto sperimentale. Laboratorio di Paleomagnetismo. Il laboratorio fa parte del Centro
Interdipartimentale di Magnetismo delle Rocce (ICRM). Il laboratorio è equipaggiato per lo
studio del fabric magnetico (AMS), della magnetizzazione termica (TRM) e delle proprietà
18
magnetiche dei prodotti vulcanici. Laboratorio di Preparazione e Analisi della Materia
Organica. Il gruppo di ricerca è specializzato nell'analisi ottica della maturità della materia
organica dispersa nei sedimenti, con l'obiettivo di definirne la storia termica e di
seppellimento.
Budget EURO 35000.
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21
BUDGET progetto V1
UR
Spese
personale
Missioni
Costi
amministrativi
INGV-RM1
INGV-PI
INGV-OV
UNIBA
UNIPI
UNIROMA3
TOTALE
19500
24000
0
6000
0
0
83500
5000
9400
0
0
0
0
0
0
0
10000
13600
5000
43000
Spese per studi
e ricerche ed
altre prestazioni
professionali
25000
40000
23000
31000
55000
23000
157000
Spese
per
servizi
0
0
0
4000
0
0
7000
Materiale
tecnico
durevole e
di consumo
2000
5000
3000
2000
6000
21000
Spese
indirette
TOTALE
5700
57200
78400
28900
58900
68600
34000
326000
2900
5900
14500
22