IL RILIEVO LASER SCANNING DEL VULCANO ETNA

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1 IL RILIEVO LASER SCANNING DEL VULCANO ETNA INGV - Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia L Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia ha usato il sistema a scansione laser (LiDAR Laser Imaging Detection and Ranging) per l aggiornamento topografico di aree interessate da colate di lava, per lo studio delle caratteristiche fisiche e morfologiche delle lave (volume, forma e avanzamento del fronte lavico, ecc) e per la rappresentazione topografica di dettaglio di strutture vulcaniche quali crateri, fratture eruttive, coni, campi lavici (figure 1, 2 e 3). Figura 1. Immagine ombreggiata di una porzione del Rift di NE, si notano numerose fratture eruttive con formazione di bocche a bottoniera. Nella porzione SO dell immagine si possono osservare i canali di lava relativi all eruzione nel fianco nord del Mt.Etna a quota 2000 m s.l.m.. L Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia ha effettuato due rilievi LiDAR del vulcano Etna. Il primo rilievo LiDAR è stato effettuato nel settembre 2004, durante un eruzione in zona sommitale con formazione di canali di lava (Mazzarini et al., 2005), per un totale di 270 km 2 e più di 10 8 punti di elevazione registrati, pari quasi ad un punto per 5 m 2 (generalmente un punto ogni 2.2 x 2.2 m 2 ). Il secondo rilievo LiDAR è stato effettuato un anno dopo ad eruzione finita, in modo da poter aggiornare, tra l altro, l area coperta dalla colata Durante il secondo rilievo LiDAR all Etna l area rilevata è stata molto più grande, coprendo 450 km 2. In quella occasione si è tra l altro eseguito anche il rilievo LiDAR del vulcano Stromboli.

2 Figura 2. Immagine ombreggiata dell area del Rifugio Sapienza della ripresa LiDAR 2005 (fianco sud Mt.Etna) a quota di 1910 m s.l.m..i coni allineati N-S sul lato orientale dell immagine sono i Monti Silvestri inferiore e superiore. Figura 3. Immagine ombreggiata della ripresa LiDAR 2005 della parte Nord-Est della Valle del Bove. Un cono formatosi secoli fa è in parte ricoperto da vegetazione arborea.

3 Il vantaggio dell utilizzo dei dati LiDAR per l aggiornamento della topografia esistente appare evidente confrontando i Modello Digitali del Terreno della Valle del Bove (Mt. Etna) ottenuti dai rilievi LiDAR del 2004 e del 2005, cioè durante l eruzione del 2004 e alcuni mesi dopo la fine dell eruzione stessa (figura 4). Con i dati laser è quindi possibile non solo aggiornare la topografia ma anche stimare il volume di lava emesso durante il periodo di tempo che intercorre fra un rilievo e l altro, o addirittura, se i sorvoli sono molto frequenti, stimare il tasso eruttivo di una colata attiva. Condizione tuttavia indispensabile per poter effettuare un rilievo LiDAR è la presenza di stabili e buone condizioni atmosferiche (ricordiamo che il LiDAR opera nella regione dell infrarosso vicino dello spettro elettromagnetico ed è molto sensibile al presenza di acqua). Inoltre, durante una colata attiva è necessario che nella zona del sorvolo la visibilità sia buona, cioè non esistano ceneri sospese o gas densi emessi dal vulcano. Questa condizione non è sempre realizzata durante un eruzione, infatti la direzione del vento e la posizione della zona da rilevare sono tra le variabili fondamentali per determinare le migliori condizioni operative. Comunque il metodo sembra molto promettente perché si possono apprezzare variazioni del fronte della colata dell orine di 1-2 m. Il metodo LiDAR permette quindi di avere una topografia aggiornata ad alto dettaglio di aree vulcaniche; su tale topografia è quindi possibile applicare modelli di simulazione numerica per predire le direzioni di scorrimento di una colata di lava (figura 5). Figura 4. L immagine a sinistra è stata acquisita durante l eruzione del 2004, l immagine destra ad eruzione conclusa da mesi nel Settembre Dalla differenza dei due DEM è possibile stimare il volume emesso.

4 Figura 5. La figura mostra (in giallo) la zona possibilmente esposta ad una colata in corso (in rosso), come valutato in funzione della topografia del Vulcano. Uno degli aspetti più interessanti nell applicazione della tecnologia LiDAR in aree è data dalla possibilità di indagare le caratteristiche fisiche degli oggetti rilevati in base alla loro risposta in intensità. Anche in questo caso è necessario pre-processare il dato in quanto l intensità misurata va corretta per la distanza di acquisizione, l angolo di scansione e l ampiezza del footprint. Appare evidente una relazione fra la risposta in intensità di alcune lave e i processi di alterazione fisicochimica da cui sono interessate (figure 6 e 7). Figura 6. Immagine dell intensità dell eruzione etnea del settembre 2004 rilevata ad eruzione in corso.

5 Le caratteristiche geometriche (l accuratezza planimetrica di circa 1-2 m e in elevazione inferiore al metro) e spettrali fanno del LiDAR un promettente strumento di indagine in grado di concentrare in un unico rilievo informazioni geomorfologiche e tessiturali delle lave emesse. Figura 7. Immagine dell Intensità del flusso lavico emesso durante l eruzione del luglioagosto 2001, è evidente la diversa risposta in intensità che hanno lave del 2001 rispetto ai prodotti di eruzioni precedenti.

6 Riferimenti Biblografici Mazzarini, F., M.T. Pareschi, M. Favalli, I. Isola, S. Tarquini and E. Boschi (2005), Morphology of basaltic lava channels during the Mt. Etna September 2004 eruption from airborne laser altimeter data, Geoph. Res. Lett., 32, L04305, doi: /2004gl Appendice La tecnologia LiDAR consente l acquisizione a distanza di informazioni riguardanti un mezzo osservato sia in merito alle caratteristiche morfologiche che a proprietà fisiche intrinseche. Il laser scanning utilizza un telemetro laser, montato su un aereo o da un elicottero, per scansionare il territorio sorvolato, in modo da determinare la distanza fra il punto di emissione del laser e il punto di riflessione, cioè il generico punto appartenete al terreno e colpito dal laser (vedi figura). Il telemetro misura il tempo impiegato dall impulso laser a percorrere il percorso di andata e ritorno. Inoltre lo scanner laser fornisce anche le coordinate del punto rilevato grazie ad un sistema integrato GPS/INS in grado non solo di rilevare la posizione dell aereo o dell elicottero, ma anche di determinarne l assetto. Si ottiene così una nuvola di punti quota caotici del territorio rilevato che possono essere ricampionati su un reticolo regolare. Le riprese LiDAR dell Etna sono state effettuate con un sensore ALTM 3033 della canadese OPTECH in grado di emettere con una frequenza di impulsi al secondo, con abbracciamento massimo da 870 m a 2180 m (alla quota relativa di 3000 m), densità media per ettaro da a oltre punti, angolo di scansione variabile da 0 a 20. Accuratezza verticale (a 1σ) e orizzontale rispettivamente a 1200 m : ±15 cm e a 3000 m : ±35 cm. Inoltre il sensore ALTM 3033 opera nella regione NIR dello spettro elettromagnetico (λ= μm) e consente la registrazione simultanea dell'intensità delle riflessioni "primo impulso" e "ultimo impulso", con cui ad esempio è possibile distinguere la vegetazione di alto fusto dal terreno.

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