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Il monitoraggio delle emissioni vulcaniche C. Spinetti, L. Guerrieri, T. Caltabiano, D. Randazzo, G. Salerno.

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1 Il monitoraggio delle emissioni vulcaniche C. Spinetti, L. Guerrieri, T. Caltabiano, D. Randazzo, G. Salerno

2 Le emissioni vulcaniche Le emissioni vulcaniche Misurare i plumes vulcanici utilizzando dati da remoto: Misurare i plumes vulcanici utilizzando dati da remoto: I moduli del sistema SRV – sito di test Etna I risultati nei periodi di test I risultati nei periodi di test Conclusioni Conclusioni Sommario

3 Le emissioni vulcaniche

4 Componenti di un plume vulcanico Vapore Acqueo Rappresenta % dei gas che compongono un plume Anidride Carbonica I vulcani attivi immettono 130 millioni di tonnelate annue di CO 2 in atmosfera Anidride Solforosa I vulcani attivi immettono ~1 milione di tonnellate annue di SO 2 in atmosfera Particolato solido e liquido Di dimensioni variabili dal metro (bombe laviche) fino al particolato fine dellordine del nm (aerosol). La cenere vulcanica e gli aerosol possono arrivare a coprire milioni di Km 2 secondo laltezza raggiunta in atmosfera Il particolato liquido è composto da nucleazione etereogenea di acido solforico.

5 DATA SOURCE: Symonds et al., 1994; Gerlach et al., 1997; Allard et al., 1998; Varley et al., 1998; Delagdo et al., 1998; Kopenick et al., 1996; Allard et al., 1991; Wardell and Kyle, 1998; Brantley et al., 1993; O'Keefe, 1994

6 Importanza della misura del Flusso SO 2 Il flusso di SO 2 e un indicatore diretto della presenza di magma vicino alla superficie, dei movimenti magmatici e del volume allinterno sistema di alimentazione superficiale del sistema magmatico: alti flussi indicano grandi volumi di magma in gioco. Dalle analisi petrologiche dei prodotti eruttati ci permettono di avere indicazioni sulla quantita di zolfo (S) presente nel magma Etneo ~0.3 wt% ed indicano che il magma comincia ad essolvere a circa 3-4 km in profondita. Ogni ton di SO2 implica ~60 m3 in volume di magma.

7 Misurare i plumes vulcanici utilizzando dati da remoto: I moduli del sistema SRV EO Data used to S/S Surveillance and Early Warning of eruptions ModulesProductsSatellite - SensorSatellite Revisit Time Map Products spatial resolution VAOT LAOT Aerosol Optical Thickness TERRA ASTER EO-1 HYPERION TERRA AQUA MODIS 16 gg 2 gg 15 m 30 m 1 km WVH2O Content (g/cm2) EO-1 HYPERION16 gg30 m SO2SO2 Flux (Kg/s)FLAME Ground remote sensing network Continuous - SO2SO2 Content (g/m2) ASTER16 gg90 m CO2CO2 Abundance (ppm) HYPERION Simulation-30 m

8 Modulo Logic workflow For each sensor a data series of remote sensed data have been processed By means of specific algorithm and using Auxiliary and Ancillary… …the parameter is obtained Before to post on the GIS each raster needs to be converted in a ESRI like vector.. Dal dato raw al parametro del plume vulcanico Product Vectorfile Product RTM Simulation Maps Calibration Georeferentiation Surface reflectance Vertical profile Plume altitude Optical particle parameters Convolution with sensor response function

9 Aerosol vulcanico nel plume di degassamento Lo spessore ottico del plume vulcanico (AOT) e un parametro geofisico proporzionale alla quantita di particolato presente nel plume Spinetti et al, 2003, AG

10 Moduli LAOT e VAOT LOW RESOLUTION AEROSOL OPTICAL THICKNESS and Medium-high RESOLUTION AEROSOL OPTICAL THICKNESS Il modulo VAOT analizza dati Aster e Hyperion il modulo LAOT analizza dati modis (satelliti terra e aqua) forniscono entrambi una mappa di aot a 550 nm con diversa risoluzione spaziale 15m, 30m e 1 km Utilizzano banda nel visibile, quindi funziona solo con immagini diurne Moduli pensati per essere usato user-driven, in maniera semi-automatica per VAOT e Automatica per LAOT Specifico per particelle di piccole dimensioni

11 AOT_Hy :34GMT AOT mean AOTmin AOTmax Plume area 2.25km2 Plume direction NE Hyperion VAOT EO-1 - Hyperion 24 Sept 2001 Module input

12 ASTER VAOT TERRA-ASTER 10 May 2010 Module input Module output Classificated min max

13 MODIS km Terra MODIS :40UTC

14 AOTCLASS La mappa classificata è stata pensata in modo da fare la ricerca del plume in maniera AUTOMATICA (senza lintervento di un operatore esterno); ciò naturalmente comporta possibili errori di valutazione a causa di presenza di nubi vicino al cratere, sunglint sul mare, scala non adeguata (plume con valori di AOT molto bassi o valori ambientali elevati), assenza del plume, ecc... La possibilità di fare la ricerca in maniera SEMIAUTOMATICA (controllo da parte di un operatore) eviterebbe la maggior parte di tali errori. AOT550NMAOTCLASS – – – 0.82 > July :20UTC

15 AOTCLASS Results: 19 July :20UTC

16 Modulo WV Medium-high RESOLUTION water vapor content WV Il prodotto del 25 Ottobre 2006 ci mostra la struttura del plume di vapore maggiormente concentrato in 3 distinte zone dellarea sommitale corrispondenti ai crateri centrali. Luglio 2007 il plume risulta molto diffuso su tutta larea sommitale. Da unanalisi del prodotto dei flussi di SO2 questo risulta un periodo di flussi elevati. Il prodotto dell8 Ottobre 2009 ci mostra un plume di vapore acqueo ben direzionato a Sud. WV

17 Modulo Flusso di SO2 Rete terrestre FLAME Le prime misure del flusso di SO2 rislagono agli anni 70 con il COSPEC. Dal 2005 allEtna e stata svilupata la rete FLAME con i sistemi UV-Doas. station scans Data analysis FLAME-Etna network ENIC ECUR EILI EVEN EMIL

18 SO 2 emission during the initial phase of eruption t/g 700 t/g I Ciclo II Ciclo III Ciclo SO 2 Flux Date

19 Analisi della serie storica VAOT e SO2 16 sett gen 06 Impact index AOT max* area The plume has not been identified due to - absence of plume - snow surface under the plume higher reflectance that the plume extinction - presence of clouds on the summit and or high stratus clouds - data georefencing problem due to presence of cloud around the summit Spinetti et al 2011 submitted to IEEE Salerno et al 2009, JVGR

20 Parossisma 13 Gennaio gennaio :16 UTC 11 gennaio :36 UTC Input : Dati Modis Terra e Aqua Output: 1km

21 Ricerca e Sviluppo Modulo CO2 Medium-high RESOLUTION carbon dioxide abundance Visualizzazione nel WebGis del prodotto di anidride carbonica di origine vulcanica. Distribuzione spaziale sintetica del plume vulcanico in CO2 dell Etna utilizzando le caratteristiche spettrali del sensore Hyperion. Spinetti et al 2008, RSE

22 - I moduli del sistema che sono stati sviluppati durante lintera durata del progetto forniscono informazioni sullo stato di degassamento dellEtna attraverso la misura di diversi parametri nelle fasi early warning. - Le mappe dei vari costituenti del plume vulcanico sono a diversa risoluzione spaziale dai 15 m ai 1 km e con diversi tempi di rivista, il che permette di avere informazioni anche sulla struttura del plume analizzando i dati a piu alta risoluzione come Aster e di avere informazioni sulla presenza di consistenti plume vulcanici con dati Modis con 2 passaggi al giorno. Le limitazioni sono date dalla copertura nuvolosa. - Lanalisi delle serie storiche di 10 anni di dati sembrano indicare che prima di alcuni eventi ci sono valori elevati di spessore ottico, come nelleruzione del 2001 o il parossisma del 2007, 13 gennaio 2011 a cui corrispondono periodi di elevati valori di flussi di SO2, che e il parametro piu consolidato ed utilizzati in tutti i sistemi di monitoraggio vulcanico. Conclusioni

23 Grazie dellattenzione


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