Sistema Integrato di Monitoraggio Geodetico dell area vulcanica attiva napoletana: reti permanenti e rilevamenti periodici

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1 Sistema Integrato di Monitoraggio Geodetico dell area vulcanica attiva napoletana: reti permanenti e rilevamenti periodici Pingue F., Berrino G., Capuano P., Del Gaudio C., Obrizzo F., Ricciardi G.P., Ricco C., Sepe V., Borgstrom S.E.P., Cecere G., De Martino P., D Errico V., La Rocca A., Malaspina S., Pinto S., Russo A., Serio C., Siniscalchi V., Tammaro U., Aquino I. Unità Funzionale GEODESIA, Osservatorio Vesuviano-INGV, via Diocleziano 328, Napoli, tel , obrizzo@ov.ingv.it Riassunto Il sistema integrato di monitoraggio geodetico, qui presentato, è finalizzato al controllo della dinamica dell area vulcanica napoletana che comprende : - il complesso del Somma-Vesuvio, ad est di Napoli, con l ultima eruzione avvenuta nel Attualmente è in una fase di quiescenza, caratterizzata da una bassa attività sismica e deformativa; - i Campi Flegrei, ad ovest di Napoli, con l ultima eruzione nel 1538 (nascita di Monte Nuovo). Sono caratterizzati da lento e continuo movimento verticale del suolo noto come bradisisma. Durante il e il quest area è stata interessata da due intensi episodi bradisismici con forte sollevamento del suolo e attività sismica di moderata energia; - l Isola di Ischia, sorge del settore SW della baia di Napoli, con l ultima eruzione nel Nel 1881 e 1883 è stata interessata da due forti terremoti (circa 3000 vittime). Attualmente, l isola è interessata da una subsidenza nel settore Sud e NW e da una assenza quasi totale della sismicità. La presenza di questi vulcani attivi nell area napoletana densamente popolata e la loro tipologia eruttiva (i meccanismi eruttivi predominanti sono di tipo esplosivo) rendono necessaria ed importante sia la valutazione della Pericolosità vulcanica (cioè la probabilità spazio-temporale dell accadimento di un evento eruttivo) per una corretta stima del Rischio vulcanico che il monitoraggio dei probabili precursori delle eruzioni. Pertanto, lo studio delle sorgenti di deformazione e la continua necessità di una valutazione sempre più attendibile dei fenomeni premonitori dell eruzione nei tre apparati vulcanici, hanno sempre ispirato la formazione, l ottimizzazione e le innovazioni tecnologiche del sistema integrato di monitoraggio geodetico sia nel sua parte di acquisizione continua (GPS, Mareografia, Tiltmetria ) che di rilevamento periodico (EDM, Gravimetria, DIFSAR, Livellazione). In questo lavoro si presenta il sistema integrato di sorveglianza geodetica delle deformazioni lente del suolo dell area vulcanica napoletana, evidenziando i contributi delle varie metodologie impiegate ed i risultati raggiunti. Abstract The Neapolitan Volcanic area is located in the southern sector of the Campanian Plain including three volcanic active structures: the Somma-Vesuvius volcano, placed east of Naples, (the last eruption occurred on 1944) is quiescent. It is characterised by a low level seismicity and deformation activity; Campi Flegrei (the last eruption occurred on 1538) are characterised by a slow deformation, called bradysism. During the and , the resurgent caldera of Campi Flegrei have been affected by two intense episode of ground upheavel and seismicity, followed by a subsidence phase, slower than uplift and still active; Ischia Island, located SW of Naples, has been characterised by a volcanic activity both explosive and effusive (the last eruption has occurred on 1302). Successively, dynamics has been caractherized by seismic activity (strogest events occurred on 1881 and 1883) and by meaningful subsidence, in the S and NW sectors of the island. The concentration of the these active volcanoes in an area with dense urbanization (about 1,500,000 inhabitants live) needs systematic and continous dynamics monitoring, in order to characterise eruptive precursors useful for modelling the volcanoes behaviour. Insofar, the entire volcanic 1

2 Neapolitan area, characterised by a high volcanic hazard, is monitored, among several methodologies, also by dense geodetic networks using different methods: levelling, GPS, tiltmeter, tide-gauge, gravimetry, DIFSAR. Each of the collected data contributes to volcanic sources modelling, thus to the eruptive scenarios definition and risk mitigation. Here the geodetic surveillance system in the Neapolitan area is described, showing the main results obtained in the last years. Introduzione L area vulcanica napoletana, che sorge nel settore meridionale del Graben della Piana Campana, comprende tre strutture vulcaniche attive: - il Somma-Vesuvio è uno strato vulcano composto dall apparato più antico, il M. Somma, e dal cono del Vesuvio che si è sviluppato all interno della caldera sommitale del vecchio vulcano. L ultima eruzione è avvenuta nel 1944 e successivamente la dinamica del vulcano è caratterizzata da una bassa sismicità e da movimenti lenti del suolo poco significativi; Fig.1. Rete GPS dell area vulcanica napoletana -Campi Flegrei, sono caratterizzati da una caldera formatasi Pomigliano anni fa (eruzione Ignimbrite SANA Campana) al cui interno si sono impostati numerosi apparati NAPOLI PRET vulcanici monogenici. L ultima S.Sebastiano eruzione di questa caldera risorgente risale al 1538 che portò GULF OF NAPLES TERZ Ercolano alla formazione di Monte Nuovo. POS I Torre del La dinamica di questo campo Greco ONPI vulcanico è stata caratterizzata da una lento e continuo Pompei abbassamento del suolo noto Permanent GPS station come bradisismo. La dinamica GPS station Permanent gravimetric station recente, dopo l ultima eruzione, è Levelling lines Absolute gravimetric station C/MARE DI EDM station STABIA stata contraddistinta dall Gravimetric stations Tide Gauge Tiltmetric station abbassamento del suolo e da due intensi episodi di sollevamento del E (km) suo suolo ( , +170cm; ,+180 cm) accompagnati Fig. 2 Sistema di monitoraggio geodetico dell area vesuviana da una intensa attività sismica N (km) 2

3 North (km) Entrambi gli episodi sono stati seguiti da una fase di subsidenza interrotta da fenomeni di lieve sollevamento, di cui l ultimo rilevato nel 4530 periodo marzo settembre 2000 (4cm ). Sebbene le due crisi bradismiche del sollevamento non sono 4525 culminate con l eruzione, i fenomeni osservati sono classificati come 4520 probabili precursori di un evento eruttivo. Va ricordato che questi eventi hanno causato 4515 danni significativi agli edifici ed al tessuto socio-economico dell East (km) area flegrea Fig.3 Sistema di monitoraggio geodetico dei Campi Flegrei rimarcando l alta pericolosità di questo vulcano attivo, abitato da circa persone; North (km) - l isola di Ischia, a sud ovest della baia di Napoli, è stata caratterizzata da una attività vulcanica principalmente di tipo esplosivo, avvenuta negli ultimi anni. L ultima eruzione è avvenuta nel 1302 e successivamente la dinamica dell isola è stata caratterizzata da un intensa attività sismica, basta ricordare il terremoto di Casamicciola del 1883 (XI grado MCS) e da una subsidenza localizzata nel settore sud e nel settore nord ovest dell isola. La presenza di vulcani attivi in un area densamente abitata (circa ? abitanti) comporta la? necessità di una valutazione della pericolosità vulcanica nonché accurati monitoraggi 4512 e studi dei precursori delle eruzioni. Pertanto, l esigenza di stime sempre più affidabili della probabilità di un prossimo evento vulcanico, ha portato al potenziamento ed alla 4506 ottimizzazione del sistema di monitoraggio che integra le East (km) diversa tecniche di misura Fig. 4 Sistema di monitoraggio geodetico dell isola d Ischia All interno di esso è stato sviluppato il sistema integrato di monitoraggio geodetico con le seguenti tecniche: DIFSAR EDM, GPS, Gravimetria, Livellazione, Mareometria, Tiltmetria. 3

4 Il controllo dell area vulcanica napoletana viene effettuato sia con reti in acquisizione continua (GPS, Mareometria, Tiltmetria) che con campagne periodiche (EDM, GPS, Gravimetria, Livellazione) ed inoltre sono in fase di installazione due stazioni idrometriche una nei Campi Flegrei ed un altra al Vesuvio, che consentono la registrazione delle variazione del livello di falda. Reti permanenti : GPS, Mareografia, Tiltmetria. GPS - La rete GPS permanente, attualmente operante, è costituita da 15 stazioni in acquisizione continua con scarico automatico dei dati via modem GSM, al centro di elaborazione dati geodetici dell Unità Funzionale Geodesia (UFG) dell Osservatorio Vesuviano. Le stazioni operano con ricevitori geodetici a doppia frequenza (Leica 520 e Trimble 4000SSI) ed antenne Choke Ring Dorne Margolin, con campionamento ogni 30 secondi e angolo zenitale di cut off 15, tempo di osservazione 24h. Le stazioni GPS in registrazione sono distribuiti come segue: 7 ai Campi Flegrei, 4 al Vesuvio, 3 Ischia e la stazione di riferimento (POSI) a Napoli sulla collina di Posillipo, presso la sede dell Osservatorio Vesuviano. I parametri di calcolo delle linee basi, la cui lunghezza massima è pari a circa 25 km, sono: angolo di cut off 20, effemeridi Broadcast, modello Ionosferico Standard, Modello Troposferico Hopfield, tipo di soluzione Iono free fixed. Fig. 5 Rete GPS permanente dell area vulcanica napoletana Fig. 6 Napoli (Posillipo) Rione Terra (Pozzuoli) 4

5 Nelle figure 6, 7, 8 sono state rappresentate alcune lunghezza delle linee misurate nel periodo gennaio 2001-giugno 2002, nelle tre aree vulcaniche attive ed il valore della deviazione standard stimata (s ). Fig. 7 - Napoli (Posillipo) Torre del Greco(Vesuvio) Particolare attenzione è stata prestata all area vesuviana, in merito ai problemi riscontrati nella registrazione dei dati GPS in alcuni siti, a causa dell incremento dell inquinamento elettromagnetico locale, che ha condizionato la configurazione della sottorete vesuviana. Altre stazioni saranno operative nell area vesuviana entro il 2002 per aumentare la densità ed ottimizzare la configurazione di tutta rete GPS. Fig. 8 - Napoli (Posillipo) Acquedotto Montagnone (Ischia ) Inoltre sono in fase di allestimento 4 stazioni permanenti esterne all area vulcanica attiva e materializzate in zone caratterizzate da uno strain-rate relativamente più basso. In merito al processamento dei dati sono stati stabiliti dei criteri e procedure di calcolo idonei per gli obiettivi del sistema di monitoraggio geodetico; tali procedure sono in fase di automazione. Queste prevedono il calcolo giornaliero della posizione dei singoli vertici 3D rispetto al sistema di riferimento scelto. 5

6 Mareografia - La rete mareografica è costituita da 6 stazioni distribuite lungo la costa del Golfo di Pozzuoli e di Napoli, di cui tre nella caldera dei Campi Flegrei, 2 sulla costa vesuviana ed una ubicata nel porto di Napoli. che è utilizzata come stazione di riferimento per il calcolo delle variazionie di quota. Tale rete è operativa dal 1970 nei Campi Flegrei e dal 1985 nell area vesuviana.?h (cm) Pozzuoli Porto ( )?h (cm) Torre del Greco ( ) (A )- Campi Flegrei (B) Vesuvio Fig. 9 Movimenti verticali del suolo, nel periodo , calcolati dalle registrazioni mareografiche delle stazioni operanti lungo la costa dell area vulcanica napoletana da Capo Miseno (CF) a Castellammare di Stabia (Vesuvio). In (A) è riportata la fase di sollevamento avvenuta nel periodo marzo-settembre 2000, ricavata dai dati mareografici della stazione di Pozzuoli Porto e messi a confronto con i dati ottenuti dalle livellazioni di alta precisione (+) condotte ai CF. In (B) le variazioni di quota poco significative, ottenute dalla stazione del Porto di Torre del Greco (versante meridionale del Vesuvio), evidenziano una bassa dinamica deformativa del vulcano. La rete è attrezzata con mareografi meccanici con sistema a galleggiante e registrazione locale. E in atto il progetto di innovazione della strumentazione e di trasmissione dati che prevede l implementazione di sensori elettronici (p.e. trasduttori ad ultrasuoni con guida tubolare) con trasmissione via modem GSM, al centro di acquisizione ed elaborazioni dati geodetici dell UFG dell Osservatorio Vesuviano. Inoltre si stanno attrezzando altri siti nel Golfo di Napoli per una migliore configurazione della rete e sono previste installazioni ad Ischia, Penisola Sorrentina e Capri. Tiltmetria La rete tiltmetrica operante ha permesso finora di acquisire i dati relativi alla variazione dell inclinazione del suolo con una risoluzione fino a 0.1 µradianti; gran parte di questi dati ha consentito di seguire l evoluzione della deformazione relativamente alle aree vulcaniche flegrea e vesuviana. Tale rete è nata tra il 1986 ed il 1987 con tre stazioni in acquisizione locale e si è progressivamente evoluta, operando in teletrasmissione dal 1992; attualmente è composta da otto stazioni ognuna delle quali, equipaggiata con un sensore biassiale ed uno termico, funziona in acquisizione continua con frequenza di campionamento compresa tra 2 e 360 cicli/ora. Cinque stazioni sono distribuite nell area flegrea e tre in quella vesuviana: le prime tre della area flegrea sono ubicate nel settore centrale della caldera in prossimità dell area di maggiore dinamica (Pozzuoli) in una galleria sotterranea a profondità comprese tra 13 e 20 m dal p.c., la quarta è localizzata nel settore occidentale della caldera all interno di una grotta a circa 20 m dal l.m. 6

7 (Castello di Baia), mentre l ultima è l unica stazione in pozzo con sensore posto ad una profondità di 9 m dal p.c. ed anch essa è situata nel settore centrale della caldera (Pozzuoli-Toiano). Le tre stazioni vesuviane sono poste a quote diverse lungo il settore WNW-SSE del Vesuvio. La stazione in pozzo (borehole) è la prima di quattro stazioni previste nel progetto di ampliamento e raffittimento del sistema geodetico dell area vulcanica napoletana. Fig. 10 Il segnale rappresentato riassume la deformazione del suolo nella sua componente d inclinazione relativa all anno 2001 in corrispondenza della stazione tiltmetrica DMB, ubicata nel settore centrale della caldera flegrea in una galleria sotterranea ad una profondità di 20 m dal p.c.. Le tre finestre di sinistra, procedendo dall alto verso il basso, rappresentano rispettivamente l andamento dell inclinazione lungo la direzione NS, quello dell inclinazione lungo la direzione EW e la temperatura al suolo. Le unità di misura utilizzate sono il µradiante e il grado centigrado. I segnali tiltmetrici sono corretti dall effetto termoelastico secondo un modello lineare o linearizzato in cui, assumendo come variabile indipendente la temperatura, la relazione funzionale tra i dati termici registrati e quelli medi di ground tilt viene calcolata attraverso un fit ai minimi quadrati. La finestra di destra rappresenta la composizione vettoriale delle due componenti tiltmetriche filtrate dalle alte frequenze e mostra l inclinazione del suolo confinata nel quadrante SSE. Reti a rilevamento periodico (EDM, GPS, Gravimetria, Livellazione) e DIFSAR Il monitoraggio geodetico dell area napoletana, oltre che dal sistema di stazioni permanenti sopra esposto, è garantito anche da campagne di misure sulle reti presenti nell area napoletana : EDM, GPS, Gravimetrica, Livellazione. Queste reti, interconnesse tra loro, permettono sia il raffittimento del sistema geodetico permanente che un contributo significativo alla valutazione della rappresentatività dei punti di registrazione continua del campo di spostamento 3D, obiettivo primario per la modellazione delle sorgenti di deformazione del suolo nelle aree vulcaniche attive. EDM - Nell area vulcanica napoletana insistono due reti planimetriche : Vesuvio e Campi Flegrei. La prima, operante al Vesuvio, è posta sulla zona medio-alta dell apparato vulcanico ed è costituita da 21 vertici (pilastrini in c.a.). La geometria del complesso vulcanico (cono del Vesuvio) ha condizionato la configurazione della rete, che non copre omogeneamente tutto l apparato. Le prime 7

8 misure furono effettuate nel 1975 e l analisi delle variazioni delle lunghezze delle linee misurate, fino all ultima campagna effettuata nel 1997, hanno mostrato movimenti planimetrici poco significativi, ad esclusione di alcune linee che connettono i vertici posti sul bordo craterico che mostrano contrazioni significative legate probabilmente alla instabilità della copertura (materiale incoerente tipo sabbie, cenere e lapilli delle ultime eruzioni vesuviane). Quindi come già evidenziato da altri dati e studi, le zone alte sono le uniche a mostrare significativi movimenti del suolo. Le attuali condizioni logistiche dei vertici EDM, compromettono fortemente una soddisfacente progettazione delle misure di campagna poiché l area su cui insiste la rete è in un zona (Riserva Integrale del Parco Nazionale del Vesuvio) a forte presenza di vegetazione di alto e medio fusto ed ad alta conservazione ambientale, pertanto l intervisibilità necessaria, per una corretta progettazione ed esecuzione delle misure con questa tecnica, è compromessa. Dunque i punti delle rete EDM idonei al tracciamento dei satelliti GPS sono stati inseriti nella rete GPS dell area vulcanica napoletana. La seconda, operante ai Campi Flegrei, è costituita da 10 vertici (pilastini di c.a.) il cui riferimento è materializzato sulla sede di Posillipo (Napoli) dell Osservatorio Vesuviano, sul bordo orientale della conca flegrea. La rete planimetrica istituita dal 1970 dall Istituto di Topografia del Politecnico di Torino e successivamente rilevata dall Istituto di Topografia, Geodesia e Geofisica Mineraria dell Università di Bologna, è stata oggetto di varie ristrutturazioni. Dopo la prima crisi bradisismica , le misure e la manutenzione della rete sono state effettuate nell ambito dei programmi di collaborazione tra Dipartimento di Geofisica e Vulcanologia (Università Federico II) e l Osservatorio Vesuviano-INGV. Le campagne distanziometriche condotte sulla rete hanno consentito il monitoraggio delle componenti orizzontali del campo di spostamento del suolo sia in occasione della crisi bradisismica (p.e. una linea che congiunge un vertice posto al centro della caldera (Pozzuoli- Solfatara) ed un altro sul settore occidentale (Castello di Baia) presentava una dilatazione pari a? L = cm, su una lunghezza di circa 5 km, nel periodo Giugno Novembre 1984) che durante la fase discendente a partire dal L ultima campagna è stata effettuata nel 1998 che ha evidenziato, nell intervallo Giugno Aprile 1998, una generale contrazione e in particolare nella parte centrale della caldera gli spostamenti risultano di circa 7 cm. GPS La rete GPS dell area napoletana nella sua configurazione attuale è composta da circa 80 vertici 3D distribuiti sia sulle aree vulcaniche attive che nelle zone circostanti. La maggiore densità di vertici insiste sulle arre a maggiore dinamica e sono così distribuiti : Area Somma-Vesuvio e Penisola Sorrentina (30), Capri (1), Campi Flegrei (25), Procida (2), Ischia (20). La configurazione attuale è il frutto di integrazioni di reti già operanti e dell ottimizazione delle reti geodetiche avviato da circa un anno. Tale progetto è stato finalizzato ad aumentare la densità dei vertici, nelle zone che non avevano una copertura soddisfacente, ad omogeneizzare le procedure e gli standard dei progetti di misura ed integrare, in modo più efficace, questa rete, rilevata con frequenza annuale, nel sistema geodetico operante nell area N (km) 4500 E (km) Fig. 11 Rete GPS dell area vulcanica napoletana

9 GRAVIMETRIA Le misure gravimetriche di precisione sono state effettuate periodicamente, a cura dell Osservatorio Vesuviano, a partire dal 1986 sulle reti realizzate dall attuale Dipartimento di Geofisica e Vulcanologia dell Università Federico II. Le reti coprono tutta l area vulcanica attiva napoletana: Campi Flegrei, Vesuvio e Isola d Ischia. Le reti hanno quale riferimento comune la stazione assoluta di gravità di Napoli DGV. Tre stazioni di gravità assoluta sono state anche realizzate rispettivamente al Vesuvio (Sede Storica Osservatorio Vesuviano), Ischia (Osservatorio Geofisico) e Campi Flegrei (Accademia Aeronautica). La rete gravimetrica dell area vulcanica napoletana è attualmente costituita da 31 stazioni nell area vesuviana, 18 nella caldera flegrea e 25 sull isola d Ischia per un totale di 74 stazioni. Le stazioni di gravità sono tutte coincidenti o prossime a caposaldi delle reti di livellazioni operanti sulle stesse aree. I principali risultati ottenuti alle singole aree sono di seguito riportati, prendendo in considerazione anche i dati rilevati sin dal 1981 al fine di fornire un quadro più dettagliato della dinamica osservata. Vesuvio - Le misure condotte annualmente hanno mostrato significative variazioni di gravità con due principali periodi di evoluzione del campo : e Nel primo periodo si rilevano due distinte aree una nel settore NW e centrale, caratterizzata da una diminuzione del valore di g, e l altra nel settore SE del vulcano dove si rileva un aumento della gravità. I massimi delle due aree sopra descritte sono centrati rispettivamente in prossimità della sede storica dell Osservatorio e di Torre del Greco. Nel periodo si ha un inversione del trend generale, con aumenti della gravità nella parte alta del vulcano e diminuzioni alla sua base. Il campo è fortemente disturbato dall aumento di gravità avvenuto nell intervallo che ha interessato quasi tutta l area, ed è contemporaneo alla crisi sismica vesuviana del G r av ity chan g es ( µ G al) Relative gravity OV Absolute gravity OV Relative gravity Torre del Greco Fig. 12 Vesuvio. Variazione nel tempo della gravità in due stazioni della rete considerate le più rappresentative dell andamento spaziale e rispettivamente localizzate alla base (stazione Torre del Greco) e alla sommità del vulcano (stazione OV). Le variazioni di gravità ottenute da misure relative sono confrontate con quelle ottenute dalla ripetizione di misure assolute della gravità. L andamento nel tempo alle due stazioni, che evidenzia un comportamento differenziale dell area vesuviana, mostra un inversione nel periodo , osservato anche nell andamento temporale del movimento verticale del suolo misurato da dati mareografici rilevati alla stazione di Torre del Greco. 9

10 Campi Flegrei La serie temporale dei dati rilevati nelle numerose campagne di misure gravimetriche nella caldera flegrea, ha messo in evidenza, in ogni stazione della rete, una chiara correlazione inversa tra la variazione della gravità e la variazione di quota. La distribuzione areale delle variazioni di gravità presenta una simmetria radiale, come mostrato anche dal campo di spostamento verticale del suolo, con un massimo nel centro della caldera. g (mgal) Equivalent h (mgal) Residuals g (mgal) a) b) c) h (m) Fig.13 - Campi Flegrei - Variazione di gravità dal 1982 alla stazione Serapeo, localizzata al centro della caldera flegrea e dove si osservano le maggiori variazioni. Il suo andamento nel tempo è rappresentativo di quanto osservato nell intera area. In a) la variazione nel tempo della gravità è confrontata con il movimento verticale del suolo allo stesso sito. Tale confronto mostra una chiara correlazione inversa tra i due parametri che è osservata in tutte le stazioni la rete. In b) è rappresentata la variazione di gravità dovuta al solo effetto di variazione di quota. Essa è stata calcolata utilizzando il gradiente verticale della gravità misurato e che è risultato, mediamente per l intera area, di 290 ± 5 µgal/m. In c) sono mostrati i residui gravimetrici ottenuti dopo aver rimosso dalle variazioni di gravità osservate (a) l effetto del movimento verticale del suolo (b). Essi sono significativi nel periodo e, per tale intervallo di tempo, sono indicativi di ridistribuzione di massa e di piccoli, impulsivi e laterali spostamenti di magma. Ischia- Le misure gravimetriche effettuate con frequenza biennale sull isola d Ischia fin dal 1983 non hanno evidenziato, in generale, significative variazioni del campo di gravità. 10

11 LIVELLAZIONE La rete di livellazione attualmente operante racchiude un area di circa 400 kmq sulla parte continentale dell area napoletana, mentre nella parte insulare, Isola d Ischia, un area di circa 40 kmq. La parte continentale della rete comprende le aree vulcaniche attive dei Campi Flegrei e del Vesuvio, e si estende dai carbonati della penisola Sorrentina ad Est, che delimitano il margine meridionale del Graben. La rete ingloba la città di Napoli ed si estende su tutta la caldera flegrea abbracciando quasi interamente il settore meridionale della Piana Campana. La rete è costituita da circa 650 caposaldi altimetrici distribuiti su una lunghezza di 350 km. Essa è strutturata in 27 circuiti concatenati fra loro che consentono un controllo incrociato dei dati e la compensazione rigorosa dei dislivelli. La coerenza interna dei dati rilevati viene verificata esaminando gli errori di chiusura dei circuiti (le cui lunghezze variano da 1 a 50 km). Tali errori di chiusura devono essere al di sotto della tolleranza imposta 2v L mm, dove L è la lunghezza in km del circuito. Successivamente i dati sono sottoposti all aggiustamento rigoroso che fornisce le quote più probabili dei caposaldi rispetto al caposaldo scelto come riferimento. Fig. 14 Rete di livellazione dell area vulcanica napoletana: Campi Flegrei e Vesuvio. La rete di livellazione, che ricopre le aree vulcaniche dei Campi Flegrei e Somma-Vesuvio, è l integrazione delle reti già operanti e connesse tra di loro, che hanno subito dalla loro nascita diverse ristrutturazioni ed ampliamenti. La rete flegrea è stata misurata, a partire dal 1970, dall Osservatorio Vesuviano che ha effettuato periodiche campagne di livellazione di precisione, la cui frequenza è aumentata nelle fasi di crisi. I dati raccolti hanno consentito di contribuire fortemente alla comprensione e modellazione del fenomeno bradisismo e allo studio dei fenomeni precursori delle eruzioni. La lunga serie temporale di dati disponibili sui movimenti verticali del suolo ha evidenziato una stabilità della simmetria del campo di tipo quasi radiale, riscontrata sia nelle fasi di sollevamento che di abbassamento, con un massimo sempre nel settore centrale della caldera (Pozzuoli) sia nelle fasi di abbassamento che di sollevamento. La configurazione attuale della rete che insiste sull area vesuviana è il risultato di ampliamenti, effettuati in varie fasi, partendo dalla prima configurazione della rete installata nel 1972 che aveva l obiettivo di monitorare il settore medio alto del Gran Cono. Tale rete è misurata con frequenza annuale. I risultati delle campagne finora effettuate evidenziano un basso strain-rate, ad eccezione di ristrette zone dove si registra una lenta subsidenza, con un valore massimo di circa 5 mm/anno 11

12 Fig. 15 Campi Flegrei Variazioni di quota (mm) rilevate al cs 25A dal Gennaio 1969 al Novembre Il cs 25A è materializzato nel settore centrale della caldera risorgente (Pozzuoli-Corso Umberto), l area di maggiore dinamica sia nelle fasi di sollevamento del suolo che in quelle di abbassamento. Fig. 16. Campi Flegrei - Movimenti verticali (mm) del suolo lungo la linea costiera (Napoli-Bagnoli-Pozzuoli) nella parte flegrea della rete di livellazione (caposaldo di riferimento cs1 (Napoli-Mergellina). Sono rappresentate le variazioni di quota riferite al settembre 1999, ricavate dalle livellazioni effettuate nel maggio, giugno, luglio, agosto, 2000 che evidenziano il sollevamento in atto nell area centrale della caldera risorgente (valore massimo + 38 mm). Dopo tale fenomeno di breve durata e lieve entità l area è stata ancora interessata da una subsidenza con diminuzione dello strain-rate. Fig Vesuvio - Variazioni di quota (cm) lungo la linea Napoli-Ercolano- Località Quota 1000 (base del Gran Cono versante occidentale). Sono riportati i movimenti verticali del suolo calcolati, relativi alle ultime due campagne (1999 e 2000) e quelli cumulativi dal 1986 al Inoltre sono rappresentati il profilo altimetrico (linea continua) ed i livelli di confidenza ± 2 s (linee tratteggiate). Tale linea di livellazione è un esempio dello stato deformativo del Vesuvio, caratterizzato da una bassa dinamic,a ad esclusione della zona sommitale che presenta un fenomeno di subsidenza pari a circa 8 cm nel periodo

13 La rete di livellazione operante attualmente, sull isola d Ischia, costituita da 220 caposaldi, si sviluppa su una lunghezza di 90 km ed è strutturata in 7 circuiti, le cui lunghezze variano da 2 a 32 km. La rete, installata dall IGM nel 1913, è stata oggetto di vari ampliamenti ed infittimenti a partire dal 1978, data in cui l Osservatorio Vesuviano inizia effettuare campagne periodiche di livellazione di precisione. La configurazione della rete fornisce una buona risoluzione di spostamento verticale. Il caposaldo di riferimento (cs1) per il calcolo delle variazioni di quota è ubicato nel settore NE dell isola (Ischia-Porto). L elaborazione ed interpretazione dei dati hanno evidenziano due zone di subsidenza poste di cui una posta nel settore centro meridionale e l altra nella zona NW. DIFSAR - In occasione del recente episodio di sollevamento verificatosi nel periodo Marzo- Agosto 2000 nell area flegrea, è stato condotto uno studio del fenomeno che ha consentito di verificare le notevoli potenzialità di un approccio congiunto SAR/metodologie geodetiche classiche per il controllo dei fenomeni deformativi in atto in un area vulcanica attiva. Durante tale episodio di sollevamento è stato deciso un esperimento finalizzato alla produzione di interferogrammi e relative mappe di deformazione in near real time (NRT), a partire dai dati di ERS2 acquisiti il 20 Luglio 2000 dal Centro di Geodesia Spaziale dell ASI di Matera e trasferiti direttamente a Napoli per l elaborazione: ciò ha consentito di ottenere le informazioni richieste dopo 48h circa dal passaggio del satellite. Sono stati prodotti, alcuni interferogrammi da Fig DEM dei Campi Flegrei generato combinando più coppie interferometriche ERS-1/ERS-2 orbite sia ascendenti che discendenti e relativi al satellite ERS2 dell ESA. Tra questi, degni di nota risultano essere due interferogrammi discendenti, il primo dei quali (02/03/ /07/2000) relativo all intero periodo del sollevamento, che indica una variazione di quota quantificabile in circa 5 cm (due frange circa) in linea di vista del sensore, concordemente con quanto osservato lungo alcune baselines GPS dove sono state misurate variazioni plano-altimetriche di circa 4 cm. Inoltre è prevista un attività rivolta all acquisizione del know how che consentirà poi di effettuare, tramite software dedicato (progetto MINERVA), un elaborazione di dati interferometrici (ERS-ENVISAT). E stata progettata l installazione di una rete di CORNER REFLECTOR in tutta l area vulcanica napoletana, in collaborazione con l IREA-CNR di Napoli, finalizzata, nel medio termine, alla realizzazione di un database congiunto di dati SAR/geodetici, nonché alla produzione di serie temporali di mappe dei movimenti verticali del suolo dell area flegrea. 13

14 Fig.18 - Campi Flegrei - Evoluzione temporale della deformazione al Serapeo osservati con tecniche DIFSAR nell intervallo giugno settembre 2000 Bibliografia Berrino G.(1994), Gravity changes induced by height-mass variations at Campi Flegrei caldera, Jour. Volcanol. Geoth.Res., 61: Berrino G., Del Gaudio C., De Natale G., Esposito T., La Rocca A., Malaspina S., Pingue F., Riccardi U., Ricco C., Serio C., Troise C., Tammaro U. (1998), Ground deformations and variations of the gravity field. Data related to the eruptive activity unrest phenomena and other observations on the italian active volcanoes Acta Vulcanologica, 10(1): Berrino G. (2000) Combined gravimetry in the observation of volcanic processes in Southern Italy, Journal of Geodynamic, 30, Berrino G., Coppa U., De Natale G. and Pingue F. (1993). Recent geophysical investigation at Somma-Vesuvius volcanic complex. Jour. Volcanol. Geoth.Res.,58: Berrino G., Corrado G., Luongo G., Toro B. (1984). Ground deformation and gravity changes accompanying the 1982 Pozzuoli uplift. Bull.Volcanol., 47-2: Bonasia V., Pingue F. (1981). Ground Deformation on Mt. Vesuviuv from 1977 to 1981, Bull.Volc, 44-3: Dvorak J.J. and Berrino G. (1991), Recent ground movement and seismic activity in Campi Flegrei, Southern Italy: episodic growth of a resurgent dome, J. Geophys. Res., 96, B2: Lanari R., De Natale G., Berardino P., Sansosti E., Ricciardi G.P., Borgstrom S., Capuano P., Pingue F. and Troise C. (2002), Evidence for peculiar style of round deformation inferred at Vesuvius volcano, Geophys. Res. Lettt., 29 (9) : /2001GL Luongo G., Cubellis E., Obrizzo F., Petrazzuoli S.M. (1991), The mechanics of the Campi Flegrei resurgent caldera - a model, Jour. Volcanol. Geoth.Res., 45: Orsi G., Civetta L., Del Gaudio C., de Vita S., Di Vito M.A., Isaia R., Petrazzuoli S.M., Ricciardi G.P. and Ricco C. (1999). Short-term round deformations and seismicity in the resurgent Campi Flegrei caldera (Italy): an example of active block-resurgence in a densely populated area. Jour. Volcanol. Geoth.Res., 91,2-4 : Pingue F., Cubellis E., De Natale G., Esposito T., Malaspina S.,, Obrizzo F., Serio C., Tammaro U., Troise C.. (1999), Monitoraggio geodetico di un vulcano attivo ad elevato rischio: Somma- Vesuvio. Atti della III Conferenza Nazionale ASITA, 1: Pingue F., Berrino G., Capuano P., Obrizzo F., De Natale G., Esposito T., Serio C., Tammaro U., De Luca G., Scarpa R., Troise C., Corrado G. (2000), Ground Deformation and gravimetric monitoring at Somma-Vesuvius and Campanian volcanic area (Italy), Phys. and Chem. of the Earth.,25/9-11: Ricco C., Del Gaudio C., Quareni F., Marzocchi W. (2000), Spectral analysis of the clinometric data at the Phlegrean Fields from 1992 to Annali di Geofisica, 43(5): Unità Funzionale Geodesia, Osservatorio Vesuviano-INGV (2002), Sorveglianza Geodetica nell area vulcanica napoletana (Vesuvio, Campi Flegrei, Ischia). Rendiconto sull Attività di Sorveglianza INGV-OV, I semestre 2001, 22-69, Napoli Unità Funzionale Geodesia, Osservatorio Vesuviano-INGV (2002), Sorveglianza Geodetica nell area vulcanica napoletana (Vesuvio, Campi Flegrei, Ischia). In Rendiconto sull Attività di Sorveglianza INGV-OV, II semestre 2001, 26-55, Napoli. 14