Il posizionamento da satellite e la Geofisica in Italia R. Devoti e P. Baldi

Il lunedì dopo il lancio dello Sputnik I, due giovani “nerd” del Applied Physics Laboratory (J.Hopkins University), ebbero l’idea di ascoltare i “beep” emessi dal satellite sovietico. Sputnik 1 4 ottobre 1957 William Guier, Frank McClure, George Weiffenbach ©2007 Marcia Hoppers

Primi passi... Ultimi trent’anni... 1957, W.H. Guier e G.C. Weiffenbach riescono a intercettare il segnale radio dello Sputnik e in breve sono in grado di ricostruire l'orbita del satellite sfruttando l'effetto doppler del segnale. 1958, la primavera successiva il loro direttore F. McClure suggerisce la possibilità di risolvere il problema inverso, cioè di determinare la posizione a terra, nota l'orbita del satellite. 1960-1996 , da questa intuizione nacque il sistema Transit (NAVSAT), sviluppato dalle forze navali statunitensi. Ultimi trent’anni... 1973, il Dipartimento della Difesa USA commissiona il nuovo sistema di posizionamento globale (NAVSTAR-GPS), i primi satelliti (Block-I) vennero messi in orbita nel periodo 1978-1985. 1982-1995, l'unione sovietica sviluppa il sistema GLONASS 2011, lancio dei primi satelliti GALILEO, il sistema di posizionamento (civile) europeo entra nella sua fase di validazione.

Schema concettuale del posizionamento da satellite Segmento spaziale: satelliti orbitanti che trasmettono due frequenze radio assieme ai parametri orbitali Segmento di controllo: sistema di rilevamento satellitare, che risolve il problema diretto (orbita) Stazione Master: stazione di iniezione, che trasmette i parametri orbitali calcolati Segmento utente: ricevitori/calcolatori, sistemi in grado di risolvere il problema inverso (posizione)

Stretto di Messina Già all’inizio del XX secolo la livellazione geometrica, per le sue caratteristiche di precisione, fu utilizzata in Italia per studi geofisici: si poterono quantificare per la prima volta le deformazioni verticali co-sismiche generate dal terremoto di Messina del 1908: alcune linee di livellazione, eseguita dall’Istituto Geografico Militare per scopi cartografici, vennero rimisurate poco dopo l’evento permettendo di rilevare una considerevole subsidenza cosismica su entrambi i lati dello Stretto: fino a -70 cm a Messina e -50 cm a Reggio Calabria (Loperfido, 1909). Loperfido, 1909

Caputo et al., 1974 Caputo et al., 1981 Baldi et al., 1983 Negli anni ‘70 le triangolazioni vennero prima integrate da misure geodimetriche (Caputo ed al., 1974) e successivamente nell’ambito del progetto commissionato dal Governo Italiano per la costruzione del ponte dello Stretto, vennero istituite vere e proprie reti geodetiche ripetutamente misurate con tecniche terrestri sino al 1982 (Caputo et al., 1981; Baldi et al., 1983)

Serpelloni et al., 2010 Anzidei et al., 1998 Nel 1987 fu costruita una rete geodetica GPS tenendo conto delle principali strutture geologiche insistenti nell’area (Achilli et al., 1988; Anzidei et al., 1998). Le campagne di misura furono ripetute negli anni successivi, e tuttora l’area è monitorata tramite un numero rilevante di stazioni GPS permanenti e temporanee (Serpelloni et al., 2010).

Osservazioni doppler:TRANSIT Nel Luglio 1982 fu eseguita la prima campagna di osservazioni Doppler (IDOC) (Baldi ed altri, 1985) seguita da altre nell’ambito del Piano Doppler Nazionale gestito dall’Istituto Geografico Militare Italiano. Nonostante l’accuratezza nella definizione delle coordinate dei punti di osservazione non fosse allora sufficiente per individuare gli spostamenti relativi legati ai processi geodinamici, queste misure satellitari vennero utilizzate per integrare la rete Geodetica Nazionale Italiana.

Geodesia Spaziale L’osservazione attiva e passiva di satelliti artificiali e di radiosorgenti quasar (SLR, VLBI, GNSS, DORIS), la fotogrammetria digitale, il LIDAR, le moderne tecniche di telerilevamento da satellite (InSAR), permettono di acquisire dati che rilevati in tempi diversi, forniscono una stima degli spostamenti in tre dimensioni. SLR GNSS VLBI DORIS Rete di stazioni fondamentali di geodesia spaziale

Centro di Geodesia Spaziale di Matera (stazione fondamentale della rete geodetica mondiale) GPS SLR VLBI

TYRGEONET Con l’inizio dell’operatività del sistema Global Positioning System la comunità geodetica italiana, in collaborazione con gruppi stranieri, ha contribuito a istituire una rete distribuita su tutta l’area Italiana e regioni circostanti (rete Tyrgeonet) e, misurata periodicamente, ha accumulando sin dagli anni ’90 una banca dati di osservazioni GPS che hanno consentito di delineare una prima immagine dei processi deformativi a scala regionale (Achilli et al., 1993; Baldi et al., 1995; Anzidei et al., 1998) . Anzidei et al., 2001

deformazione inter-sismica orizzontale Reti GPS permanenti deformazione inter-sismica orizzontale Reti permanenti GPS in Italia: 220, ITALPOS (Leica SpA) 176, RING (INGV) 37, ASI 32, ASSOGEO (Emilia-Romagna) 29, Veneto (Univ. Padova) 24, Umbria (Univ. Perugia) 19, Lombardia (Regione) 18, Abruzzo (Regione) 17, Sardegna (Univ. Cagliari) 17, Calabria (Regione) 17, FREDNET (OGS) 14, Emilia-Romagna (Regione) 13, Campania (Regione) 12, Puglia (Regione) 12, Piemonte (Regione) 11, TPOS (Prov. Trento) 10, CATSCAN (Calabria) 10, Friuli Venezia Giulia (Regione) 7, STPOS (Prov. Bolzano) 6, Liguria (Regione) … Circa 700 stazioni GPS con velocità significative (errore ~ 0.3 mm/anno) Riguzzi et al. 2012

deformazione inter-sismica verticale Reti GPS permanenti deformazione inter-sismica verticale Serpelloni et al. 2013

Reti GPS permanenti nel mediterraneo Faccenna et al. 2014

L’Aquila, 6 aprile 2009, ore 03:32:40 deformazione co-sismica deformazione inter-sismica deformazione post-sismica

L’Aquila, 6 aprile 2009, ore 03:32:40 deformazione co-sismica fornita al DPC il 10 aprile 2009 Anzidei et al. 2009 Devoti et al. 2012 deformazione co-sismica dopo 2 anni di campagne di misure

Osservazioni GPS a 10 Hz

Studio della sorgente sismica L’integrazione delle diverse metodologie consente oggigiorno un alto livello di risoluzione temporale e dettaglio spaziale nella definizione dei fenomeni osservati Studio della sorgente sismica Gori et al. 2012