Misurati grazie ai radar satellitari italiani ed europei gli spostamenti del suolo avvenuti a seguito dell’eruzione dell’Etna iniziata il 24 dicembre 2018 e del terremoto del 26 dicembre 2018

A seguito dell’eruzione del vulcano Etna iniziata il 24 dicembre 2018 e dello sciame sismico che ha accompagnato questo evento e perdura tuttora, nel quadro delle attività coordinate dal Dipartimento della Protezione Civile, i ricercatori del CNR-IREA e delle Sezioni dell’INGV di Catania-Osservatorio Etneo e Osservatorio Nazionale Terremoti di Roma hanno misurato i movimenti permanenti del terreno grazie ai radar satellitari italiani COSMO-SkyMed ed europei Sentinel-1. Sono stati evidenziati valori massimi di spostamento che superano i 30 cm verso Ovest e i 50 cm verso Est sulla sommità dell’Etna e, nell’area attivata dal terremoto di Mw 4.9, uno spostamento massimo verso Est di circa 13 cm, ed uno verso Ovest di circa 16 cm

A seguito dell’eruzione laterale del vulcano Etna iniziata il 24 dicembre 2018 e dell’evento sismico di magnitudo Mw 4.9 localizzato dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) nella zona di Viagrande (CT), il Dipartimento della Protezione Civile (DPC) ha attivato il Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente (CNR-IREA) di Napoli, in qualità di centro di competenza nel settore dell’elaborazione dei dati radar satellitari, per un’analisi volta alla misura dei movimenti del suolo conseguenti.

L'eruzione e la sequenza sismica con il mainshock finora registrato di Mw 4.9 sono stati monitorati fin dall'inizio dall'INGV di Catania e Roma e vengono tenuti costantemente sotto controllo h24 mediante le reti sismica e geodetica. Nell’ambito delle proprie attività di monitoraggio del vulcano Etna effettuate anche tramite reti gravimetriche e magnetiche, geochimiche (flussi dei gas nel pennacchio, dal suolo e dalle fumarole), telecamere termiche e “nel campo del visibile” e con sopralluoghi sul terreno, la sede dell’INGV di Catania – Osservatorio Etneo, in collaborazione con la sede di Roma – Osservatorio Nazionale Terremoti, hanno inoltre effettuato un’analisi preliminare dei dati radar satellitari relativi alla eruzione iniziata il 24 dicembre 2018 e allo sciame sismico associato, da integrare con le informazioni fornite dagli altri sistemi di monitoraggio.

Utilizzando i dati radar dei satelliti europei Sentinel-1 (S1), del programma europeo Copernicus, e quelli della costellazione italiana COSMO-SkyMed (CSK), dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) - centro di competenza per le acquisizioni ed utilizzo dei dati satellitari - e del Ministero della Difesa, un team di ricercatori del CNR-IREA e dell’INGV, ha rilevato la frattura che ha alimentato la colata lavica causata dall’eruzione e misurato con alta precisione i movimenti permanenti del suolo, utilizzando la tecnica dell'Interferometria SAR Differenziale. Tale tecnica consente, confrontando immagini radar acquisite prima e dopo gli eventi sismici, di misurare, lungo la linea di vista (LOS, Line of Sight) del sensore, lo spostamento del suolo avvenuto nell’intervallo temporale intercorso fra le due acquisizioni, con accuratezza centimetrica. Inoltre, disponendo dei passaggi da orbite differenti (ascendenti e discendenti) è possibile ricostruire anche la componente Orizzontale (in direzione Est-Ovest) e Verticale del campo di deformazione rilevato.

In Tabella 1 sono riportate le coppie interferometriche di immagini radar i cui risultati vengono mostrati di seguito.

Tabella 1: Coppie interferometriche co-sismiche utilizzate per l’analisi condotta

In Figura 1 è mostrato un confronto tra le immagini di ampiezza (modulo) acquisite dalla costellazione CSK prima e dopo gli eventi vulcanici e sismici analizzati, come riportato in Tabella 1. Grazie all’alta risoluzione dei sensori CSK (dell’ordine di qualche metro), nell’immagine post-eventi si nota chiaramente la formazione della frattura che ha alimentato la colata lavica causata dall’eruzione iniziata il 24 dicembre. Va sottolineato come la costellazione CSK, a seguito della richiesta di intervento per l’emergenza in corso, abbia acquisito la prima immagine a meno di 24 ore dall’evento sismico ed ulteriori acquisizioni sono state effettuate il 30 Dicembre per garantire continuità al monitoraggio della zona di interesse. Si noti che in Figura 1 sono state riportate le immagini rappresentate in coordinate radar piuttosto che in coordinate geografiche o cartografiche per evitare di enfatizzare le distorsioni geometriche dovute alla topografia dell’area e alla geometria di acquisizione del sensore radar (angolo di vista 34°).

Figura 1 – Confronto tra le immagini di ampiezza CSK, rappresentate in coordinate radar, acquisite prima e dopo gli eventi analizzati; (a) immagine di ampiezza CSK pre-eventi acquisita il 23102018; (b) immagine di ampiezza CSK post-evento acquisita il 26122018 (il box rosso è relativo all’area zoomata nei pannelli (c) e (d)); (c) zoom dell’immagine CSK pre-eventi relativa alla zona interessata dalla frattura e la conseguente colata lavica; (d) zoom dell’immagine CSK post-evento relativa alla zona interessata dalla frattura (evidenziata con le ellissi gialle) e la conseguente colata lavica (evidenziata con le frecce verdi). I dati CSK sono copyright di ASI (2018).

In Figura 2(a,b) vengono mostrate le mappe di spostamento del suolo, in LOS, ottenute a partire dalle coppie di dati S1 riportati in Tabella 1, calcolate nei pixel caratterizzati da una buona qualità del segnale interferometrico (detti pixel coerenti). Inoltre, in Figura 2(c,d) vengono mostrate le mappe delle componenti Orizzontale (in direzione Est-Ovest) e Verticale degli spostamenti del suolo misurati, che sono state stimate a partire dall’utilizzo congiunto delle mappe di deformazione LOS di Figura 2(a) e Figura (2b), ottenute rispettivamente da orbite ascendenti (per le quali i satelliti si spostano da Sud a Nord) e discendenti (per le quali i satelliti si spostano da Nord a Sud). L’analisi dei risultati ottenuti evidenzia che la mappa degli spostamenti nella direzione Est-Ovest (Figura 2c) mostra le entità più significative, i cui valori massimi superano i 30 cm verso Ovest e i 50 verso Est sulla sommità del vulcano. Nell’area in corrispondenza del terremoto del 26 dicembre (Mw4.9), il massimo spostamento verso Est è di 12-14 cm, mentre il corrispondente verso Ovest è di 15-17 cm.

Figura 2 – Mappe di deformazione in LOS ottenute a partire dai dati SAR Sentinel-1 (a,b) e mappe delle componenti orizzontale (in direzione Est-Ovest) e verticale degli spostamenti del suolo stimate a partire dalle mappe LOS (c,d). Nel dettaglio: (a) mappa ottenuta dalla coppia interferometrica S1 ascendente relativa all’intervallo 16122018 – 28122018; (b) mappa ottenuta dalla coppia interferometrica S1 discendente relativa all’intervallo 22122018 – 28122018; (c) componente orizzontale (Est-Ovest) degli spostamenti del suolo misurati; (d) componente verticale. I dati S1 sono copyright di Copernicus (2018).

In Figura 3, si mostrano i risultati dell’elaborazione interferometrica in fase e in spostamento lungo la linea di vista delle coppie interferometriche Sentinel 1A/1B 22/12/2018–28/12/2018 acquisite in geometria ascendente e discendente,  effettuata dai laboratori di telerilevamento dell’INGV. Le due figure riportano le misure in linea di vista del sensore, rispettivamente in geometria ascendente e discendente. Il campo di deformazione che si rileva è la somma degli effetti di più sorgenti. Le immagini evidenziano la deformazione determinata dal dicco intruso il 24 dicembre nell’alta Valle del Bove, -dalla faglia di Fiandaca-Pennisi (FPF; basso versante Sud-Est) che si è mossa in occasione dell’evento di Mw 4.9 del 26/12/18, ed altre tre faglie con spostamenti minori, la faglia della Pernicana (PFS; versante Nord-Est) , la faglia di Ragalna (RFS; alto versante Sud-Ovest) e la faglia di Borello-Ognina (BOF; basso versante meridionale). Le faglie di Fiandaca-Pennisi, Pernicana e Ragalna si sono attivate nel corso dello sciame sismico tuttora registrato dalle reti INGV dell’Etna. Oltre a queste deformazioni si registra il movimento generale del fianco orientale, come già noto da numerosi studi precedenti.

Figura 3 – Interferogrammi in LOS ottenute dai dati SAR Sentinel-1 e mappe di deformazione in LOS ottenute dagli interferogrammi. Nel dettaglio: (A1) mappa ottenuta dalla coppia interferometrica S1 ascendente relativa all’intervallo 22122018 – 28122018; (A2) mappa ottenuta dalla coppia interferometrica S1 discendente relativa all’intervallo 22122018 – 28122018; (B1) deformazione in LOS corrispondente all’interferogramma A1 e (B2) deformazione in LOS corrispondente all’interferogramma A2. I dati S1 sono copyright di Copernicus (2018).

Si segnala che ottenere in tempi brevi un quadro sinottico delle deformazioni e degli spostamenti del suolo causati da eventi vulcanici e/o sismici rappresenta uno degli obiettivi del Dipartimento della Protezione Civile, durante una fase emergenziale. In questo caso specifico, i risultati ottenuti sono frutto della lunga e consolidata collaborazione fra il Dipartimento e i propri Centri di Competenza – in questo caso CNR-IREA, ASI e l’INGV. Sulla base delle loro competenze, questi centri supportano il DPC nell’utilizzo dei dati e delle informazioni satellitari e nella loro integrazione con i dati in situ forniti dagli altri Centri di Competenza. Quest’attività ha permesso lo sviluppo di prodotti, metodi e procedure che hanno migliorato le capacità del Servizio Nazionale della Protezione Civile nella risposta all’emergenza. Il Sistema CSK è il maggior asset spaziale nazionale oggi operativo ed è attualmente costituito da una costellazione di quattro satelliti. E’ pianificato il lancio del primo di una nuova generazione di satelliti tecnologicamente più avanzati (CSG - COSMO-SkyMed Seconda Generazione) entro il 2019 seguito dal lancio di un secondo satellite a distanza di un anno. E’ stata inoltre recentemente approvata a livello governativo la realizzazione di due ulteriori satelliti CSG, a dimostrazione della attuale rilevanza strategica ed applicativa nazionale ed internazionale del sistema italiano, unica costellazione a quattro satelliti oggi operativa nel panorama mondiale.