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Monitoraggio sismologico di Stromboli

Il vulcano

Tipica esplosione stromboliana

Stromboli è considerato uno dei vulcani più attivi del mondo ed è caratterizzato da persistente attività esplosiva, chiamata appunto stromboliana, interrotta soltanto da episodi occasionali di attività più intensa, accompagnata da flussi di lava, come di recente si è verificato nel 1975, nel 1985, nel 2003 e nel 2007. L'attuale morfologia è il risultato di numerose fasi di attività articolate in diversi cicli eruttivi che si sono susseguiti a partire da oltre 100.000 anni fa.

Stromboli da satellite

La struttura dell'isola è controllata da lineamenti tettonici ad andamento NE-SO, come evidenziato dall'orientazione predominante delle intrusioni vulcaniche e delle strutture fragili. Il fianco nord-ovest del vulcano è dominato dalla "Sciara del Fuoco" ed è caratterizzato da una vasta depressione la cui formazione è attribuita ad un crollo che si sarebbe verificato più di 5.000 anni fa. Recenti rilievi batimetrici indicano che la Sciara del Fuoco si estende al di sotto del livello del mare fino una profondità di circa 1700 m.

L'attività recente

Fase effusiva 2007

La colata sulla Sciara del Fuoco: marzo 2007Il 27 febbraio 2007 a Stromboli è iniziata una fase effusiva che ha dato luogo ad un modesta colata di lava lungo il versante della Sciara del Fuoco. Il periodo che ha preceduto questa fase eruttiva è stato caratterizzato da un progressivo aumento del numero degli eventi denominati "Very Long Period" (VLP) associati alle esplosioni stromboliane, rilevabile a partire dalla fine di dicembre 2006, e da un modesto incremento della loro ampiezza. Dalla fine di gennaio 2007 anche l'ampiezza del tremore sismico ha subito un progressivo incremento. La localizzazione degli eventi VLP, invece, in questo periodo non ha mostrato variazioni apprezzabili.

Sismogramma della forte esplosione del 15 marzo 2007 Il 27 febbraio, intorno alle 10 del mattino, poche ore prima della comparsa della colata di lava sulla Sciara del Fuoco, la nostra rete sismica ha iniziato a registrare numerosi segnali dovuti a frane di piccola entità che stavano interessando detto versante. All' 1:34 è iniziata la fase effusiva con l'apertura di una frattura alla base del cratere di NE che ha dato luogo ad una colata di lava di modesta entità. Con l'inizio della fase effusiva si sono verificate piccole, ma significative variazioni nella localizzazione degli eventi VLP che hanno accompagnato i diversi momenti della dinamica eruttiva fino al ripristino dell'attività consueta. Durante questa fase, il 15 marzo 2007, si è verificata una forte esplosione, simile a quella del 5 aprile 2003, che fortunatamente, anche in questo caso non ha prodotto danni. Il simogramma relativo a questa esplosione, registrato alla stazione STR8, è riportato nella figura a lato. Due dilatometri da pozzo, installati sull'isola dall'INGV, hanno registrato un segnale indicativo di una deformazione elastica dell'edificio vulcanico circa 10 minuti prima dell'esplosione. La fase effusiva è terminata il 2 aprile 2007, ma la tipica attività esplosiva si è ripristinata gradualmente nei mesi successivi.

Fase effusiva 2002-2003

La colata del 2002-2003 La crisi eruttiva del periodo dicembre 2002 - luglio 2003 ha dato luogo ad attività effusiva nella zona della Sciara del Fuoco. Questa fase è stata preceduta da un periodo di graduale intensificazione dell'attività esplosiva nell'area sommitale. L'inizio della fase effusiva si è avuto intorno alle 18:30 del 28 dicembre 2002 quando l'apertura di una frattura eruttiva alla base del cratere di NE ha generato un flusso lavico che si è sviluppato lungo il pendio della Sciara e in 30 minuti ha raggiunto il mare. Il 30 dicembre, due giorni dopo l'inizio della fase effusiva, si è verificato un collasso parziale del versante interessato dalla colata. L'evento franoso ha coinvolto anche porzioni sottomarine della Sciara del Fuoco ed ha provocato un'onda di maremoto la cui altezza massima è stata simata intorno ai 10 m.Maremoto del 30 dicembre 2002 Dopo questo episodio l'eruzione è continuata fino alla fine di marzo, con piccole variazioni della portata dei flussi lavici e delle posizioni delle bocche eruttive ed è stata accompagnata da ridotta o nulla attività esplosiva ai crateri. Tra la fine di marzo e l'inizio di aprile la portata delle colate mostrava una sensibile diminuzione e si incominciavano a registrare deboli segnali associati a piccole esplosione di cenere osservabili nell'erea craterica.Esplosione del 5 aprile 2003 Il 5 aprile, alle ore 8.12 (ora locale) si è verificata una forte esplosione al cratere di NE. L'esplosione è stata accompagnata dall'espulsione di litici e brandelli di lava con formazione di una nube vulcanica a forma di fungo che ha raggiunto la quota di circa 1150 m. I prodotti espulsi sono ricaduti sui fianchi del vulcano fino a bassa quota, causando incendi nella vegetazione. Dopo questo evento l'attività effusiva alimentata dalle bocche presenti nel campo lavico, impostato a quota 600 m s.l.m. è continuata accompagnata da modesta attività esplosiva ai crateri, con sporadici episodi esplosivi di maggiore energia. Tra giugno e la seconda metà di luglio si è assistito alla progressiva diminuzione della portata dei flussi lavici e al graduale incremento dell'attività esplosiva. Il 21 luglio l'attività effussiva si è esaurita mentre l'attività esplosiva interessava ormai tutti i crateri presenti nell'area sommitale e presentava le tipiche caratteristiche dell'attività stromboliana con lancio di scorie e lapilli. All'inizio di agosto il magma era molto superficiale e le esplosioni si presentavano ancora di bassa energia. Nel corso dei mesi successivi l'attività esplosiva ha ripreso le caratteristiche tipiche della normale attività stromboliana.

Rete sismica

La rete sismica per il monitoraggio di StromboliIl sistema di monitoraggio sismico a larga banda del vulcano Stromboli è attivo dal gennaio 2003 ed è stato progettato allo scopo di rilevare ed analizzare la sismicità connessa ai processi eruttivi in atto sull'isola.

La rete è composta da 13 stazioni digitali con sensore a larga banda, Guralp CMG-40T a tre componenti (0.02-60 s). I dati sono acquisiti da registratori digitali del tipo GAIA (INGV - CNT) e GILDA (INGV- OV) con convertitore analogico-digitale a 24-bit e frequenza di campionamento impostata a 50 campioni al secondo per ogni canale. Il sistema di temporizzazione di queste stazioni è basato sulla sincronizzazione dell'orologio interno con il segnale del tempo assoluto del Global Positioning System (GPS) che ha una precisione di 5 µ secondi.

La trasmissione dei segnali è effettuata in continuo su rete WiFi o via radio-modem, verso due diversi centri di registrazione dati. Il primo è situato sull'isola di Stromboli, presso l'Osservatorio INGV di San Vincenzo, e riceve i segnali delle stazioni del versante N con cui c'è visibilità diretta. Il secondo è situato a Lipari, presso l'Osservatorio INGV, e riceve i segnali delle stazioni poste sul versante meridionale. Da Lipari i segnali sono inviati di nuovo a Stromboli, presso l'Osservatorio di San Vincenzo, via connessione TCP/IP. I segnali dell'intera rete sono poi ritrasmessi verso la sezione INGV di Catania e l'Osservatorio Vesuviano (INGV-OV) di Napoli dove sono monitorati 24 ore su 24 dal personale addetto alla sorveglianza vulcanica.

Sorgente sismica

Sorgente sismica associata alle esplosione strombolianaStudi sulla sorgente sismica hanno consentito di caratterizzare l'attività sismica di Stromboli e di evidenziare che il segnale dovuto all'attività esplosiva ed il tremore vulcanico hanno origine a piccola profondità, in una zona che si trova circa 200 m. al di sotto dell'area craterica. Uno studio del 2003, condotto utilizzando i dati di una rete densa di sismometri a larga banda, ha consentito di determinare i meccanismi di sorgente e la localizzazione degli eventi a frequenza molto bassa (Very Long Period o VLP) associati alle esplosioni stromboliane. Questa analisi è stata effettuata applicando una tecnica basata sulla minimizzazione dell'errore residuo fra i dati osservati ed i sismogrammi teorici associati ad una sorgente puntiforme posta all'interno di un mezzo elastico omogeneo, calcolati con un metodo alle differenze finite che tiene conto anche degli effetti topografici. I risultati indicano una posizione della sorgente degli eventi VLP compresa tra 260 e 220 m al di sotto e circa 160 m a Nord-Ovest dell'area craterica. Il meccanismo di sorgente è risultato compatibile con un crack, ossia una frattura attraverso cui passa il magma, orientato NE-SO con inclinazione di 60 gradi verso Nord che costituisce il condotto che alimenta l'attività esplosiva stromboliana.

Analisi dati

Cluster per il calcolo paralleloL'analisi dei dati è effettuata in continuo da un sistema automatico realizzato presso il centro di monitoraggio dell'Osservatorio Vesuviano, denominato Eolo. I segnali VLP richiedono tecniche di analisi non convenzionali. L'attuale configurazione della rete sismica permette di effettuare la detezione e la localizzazione degli eventi VLP con una tecnica basata su un analisi di "semblance". Questa tecnica comporta tempi di calcolo piuttosto lunghi che, generalmente ne impediscono l'implementazione in sistemi di monitoraggio "real-time". Per superare questo problema Eolo si avvale di metodi di calcolo parallelo su cluster ed utilizza un supercalcolatore con 132 processori. Localizzazione degli eventi VLPCiò consente di effettuare l'analisi di semblance in continuo, localizzando automaticamente tutti i segnali VLP generati dall'attività dello Stromboli, che in certi periodi può superare i 500 eventi al giorno, e di effettuare numerose altre analisi dei segnali quali spettrogrammi, polarizzazione, Real-time Seismic-Amplitude Measurement (RSAM) per tutte le stazioni. Eolo ha un'interfaccia Web che permette l'accesso a tutte le informazioni ed è disponibile in linea all'indirizzo http://eolo.ov.ingv.it.

Il sistema realizzato per lo Stromboli ha garantito il monitoraggio sismico durante le crisi eruttive del 2002-2003 e del 2007 fornendo quotidianamente una grande quantità di dati elaborati. Grazie alla sua avanzata progettazione e all'implementazione al suo interno di nuovi sistemi di analisi automatica, esso consente di ottenere in tempo reale la massima informazione dai dati acquisiti e di evidenziarne la significatività. In particolare l'utilizzo di sistemi di calcolo su "cluster" permette un'ampia espandibilità del sistema e ne favorisce la struttura modulare.