La fibra ottica per monitorare i vulcani: progetto pilota sull’Etna

A dare vita alla ricerca l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia con il Deutsches GeoForschungsZentrum di Potsdam, in Germania. Grazie alle tecnologie del rilevamento acustico distribuito sarà possibile misurare gli effetti dell’attività sismica e vulcanica

Catturare i segnali generati dall’attività vulcanica dell’Etna grazie a un cavo in fibra ottica e all’utilizzo della tecnologia Das (Distributed acoustic sensing), il rilevamento acustico distribuito. A realizzare lo studio, pubblicato recentemente dalla rivista “Nature Communications”, sono stati un team di ricercatori dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia insieme ai colleghi del Deutsches GeoForschungsZentrum (Gfz) di Potsdam, in Germania.

Il principio da cui parte la sperimentazione è quello di utilizzare un sistema di cavi in fibra ottica come se fossero composti da un insieme di sensori in grado di rilevare in tempo reale i segnali generati dall’attività vulcanica. Per dimostrare le potenzialità di questa tecnologia un cavo è stato interrato nell’area sommitale del vulcano, e collegato a un sistema Das settato per rilevare e interpretare i segnali trasmessi dai sensori.

L’impulso di luce sulla fibra testimone delle scosse

Si tratta di un’innovazione che può in generale trovare applicazione in geoscienza in tutte le situazioni in cui sia utile registrare e misurare le vibrazioni del terreno.
Il principio prevede che si riescano a interpretare i cambiamenti nell’impulso di luce trasmesso sulla fibra al verificarsi di scosse o movimenti: in pratica l’analisi del segnale trasmesso sulla fibra consente di misurare con esattezza le deformazioni che il cavo subisce in ogni suo punto a causa dell’attività del vulcano.

“Nel lavoro appena pubblicato abbiamo dimostrato l’elevata sensibilità e accuratezza dei dispositivi Das nel misurare segnali sismo-vulcanici e il contributo che questa tecnologia può fornire nell’avanzamento della comprensione dei processi vulcanici – afferma Gilda Currenti, ricercatrice dell’Osservatorio Etneo dell’Ingv – Il cavo, interrato in uno strato di scorie, è stato in grado di registrare deformazioni associate all’attività dell’Etna, quali esplosioni, degassamento dei crateri sommitali, terremoti locali, come anche a fenomeni atmosferici, tra cui grandine e fulmini. Questo studio dimostra che il Das può essere usato per monitorare l’attività vulcanica e riteniamo che questa tecnica potrebbe diventare a breve uno standard per il monitoraggio”.

Grazie alla fibra informazioni più numerose e dettagliate

“Le misure Das – spiega Philippe Jousset, ricercatore del Gfz – sono state validate mediante il confronto con sensori tradizionali come geofoni, sismometri e sensori infrasonici. L’installazione e l’utilizzo di cavi in fibra ottica che attraversano i fianchi dei vulcani dalle aree sommitali, fino ai villaggi abitati, fornirebbe una opportunità unica per approfondire la comprensione della risposta dell’edificio vulcanico ai processi magmatici al fine di comprenderne le origini”.

Dai test è emerso che grazie a questa tecnologia è possibile ottenere informazioni abbondanti e dettagliate, che difficilmente avrebbero potuto essere raccolte con altri mezzi e tecnologie di misura, soprattutto nel campo delle esplosioni vulcaniche e della propagazione delle onde acustiche generate e la loro interazione non-lineare con il suolo.

“La risoluzione spaziale offerta dalle misure Das – argomenta Benjamin Schwarz, coautore della ricerca e ricercatore del Gfz – ha permesso di estrarre e amplificare segnali molto deboli, ma importanti, che sarebbero altrimenti fuori portata per l’analisi quantitativa”.

Si apre allo studio anche dei vulcani sottomarini

Una delle caratteristiche più importanti della metodologia sperimentata da Ingv e Gfz è che i cavi in fibra non perdono affidabilità nemmeno se installati su lunghe distanze, fino anche a decine di chilometri, consentendo quindi ai rilevatori Das di essere installati in luoghi sicuri e lontani dai crateri attivi. Questo genere di organizzazione rende quindi più semplice e sicuro il monitoraggio dei vulcani rispetto ad altri sistemi utilizzati finora, che hanno bisogno di alimentazione e sistemi di trasmissione dati già nel sito di installazione.

“L’applicazione del Das su reti sottomarine di cavi in fibra ottica, oggigiorno ampiamente utilizzate per la trasmissione dati – aggiunge in conclusione Lotte Krawczyk, Direttore del programma Pof (Program-Oriented Funding) dell’Helmholtz Association – potrebbe, inoltre, fornire migliaia di sensori per studiare sistemi magmatici sottomarini, altrimenti inaccessibili”.