L’ Etna, le fontane di lava del 2021 e la ricerca amatoriale. Video: i suoni del temporale in arrivo

Pubblicato il 29 Maggio 2021 da Rosario Catania - aggiornato il 29 Maggio 2021 - Ambiente, in evidenza, scienza e divulgazione

di Rosario Catania & Etna Radio Observatory team

INTRODUZIONE

Negli ultimi decenni, quando si parla di certi episodi sull’Etna, è diventato comune usare il termine “parossismo“, per descrivere una tipologia di fenomeni eruttivi che avvengono solitamente ai crateri sommitali del vulcano, con la formazione di fontane e colate di lava e alte colonne di cenere.

Un tipico evento parossistico dell’Etna consiste in tre principali fasi: preludio+crescita, acme, diminuzione+cessazione. Il vero e proprio parossismo è tuttavia l’acme, cioè la fase di massima intensità che varia a seconda di ogni episodio, mentre l’intero evento viene chiamato episodio eruttivo. L’elemento principale che innesca gli episodi parossistici è il gas, principalmente vapor d’acqua, ma anche altri gas come CO2, SO2, HCl, HF.

Sull’Etna, i parossismi avvengono quasi sempre in sequenze più o meno numerose di eventi; dagli archivi si evince che si sono manifestati 20 episodi al Cratere di Nord-Est fra luglio 1977 e marzo 1978; 15 al Cratere di Sud-Est a settembre 1989, 23 episodi allo stesso Cratere di Sud-Est fra settembre 1998 e febbraio 1999, 64 episodi al Cratere di Sud-Est fra gennaio e giugno 2000 (più due altri a fine agosto 2000), e infine una quindicina ancora al Cratere di Sud-Est fra giugno e metà luglio 2001. Nel 2006, una nuova serie di circa 20 episodi parossistici avviene al Cratere di Sud-Est, seguita da 4 altri episodi fra marzo e maggio 2007.

Il Cratere di Sud-Est produce tre episodi parossistici fra settembre 2007 e maggio 2008, e 46 episodi fra gennaio 2011 e dicembre 2013. Tra il 2011 e il 2013 in particolare, l’attività dell’Etna è stata caratterizzata da una lunga serie di parossismi, che sono avvenuti da un nuovo cratere, ubicato sul fianco orientale del cono del Cratere di Sud- Est. Inizialmente questo cratere era una depressione di sprofondamento (pit crater), che per le abbondanti ricadute di materiale piroclastico si è rapidamente trasformato in un nuovo cono alto più di 200 metri, informalmente chiamato “Nuovo Cratere di Sud-Est”.

Dopo dicembre 2013, questo cratere ha mostrato un’attività meno violenta e meno frequente, con alcuni episodi di attività stromboliana fra febbraio e aprile 2017, agosto 2018, e novembre-dicembre 2018. Anche gli altri crateri sommitali hanno mostrato un’attività eruttiva intermittente e a volte molto intensa, come i parossismi della Voragine di dicembre 2015 e maggio 2016. (fonte: INGV-Osservatorio Etneo).

L’ANALISI DI ERO

Immagine 1 – grafico che mostra l’andamento nel tempo del valore in RMS del velocimetro ECPN ricostruendo la sequenza temporale degli eventi – fonte INGV-OE)

Il 16 Febbraio 2021, l’Etna ha dato inizio ad una sequenza di 23 episodi eruttivi (già presenti alcuni episodi a fine anno 2020), alcuni a cadenze pressoché regolari, ed il team di ERO – Etna Radio Observatory, sulla base dei dati ricavati dai propri strumenti e prendendo spunto da quelli dei rapporti settimanali dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia di Catania – Osservatorio Etneo, ha approfondito i primi 10 in ordine cronologico.

Sono stati presi in analisi solo i primi 10 episodi, rappresentativi dell’intero fenomeno. E’ stata anche ritenuta interessante la fase iniziale di questa sequenza, il cui inizio é stato il 16 febbraio ma con il livello del tremore vulcanico che viaggiava su valori alti già da inizio mese (vedi immagine 1), pur non mostrando alcuna ampia escursione fino appunto al giorno 16. In totale dunque si sono scelti i dati raccolti dal 14 febbraio al 7 marzo, per un totale di 22 giorni (529 ore di registrazione!).

LA RACCOLTA DATI

Per una analisi di questo tipo si é adottata una metodologia già collaudata in passato nel progetto OPERA2015 (vedi esempio www.vlf.it/opera_2015/ep_040/ep_040.html), che ha visto il team di ERO impegnato in una attività di classificazione e analisi di eventi sismici e vulcanici che hanno interessato l’area intorno al vulcano Etna. Ogni stazione produce una collezione di file sequenziali, contenenti i segnali dei sensori in formato audio, e l’analisi dei medesimi tramite spettrogrammi salvati in formato grafico. La creazione degli spettrogrammi, degli archivi dei segnali e dei dati, viene effettuata attraverso il software di analisi multifunzione in real time SpectrumLab. Mentre la successiva post-elaborazione viene eseguita con il software Sonic Visualizer.

Il flusso delle operazioni è stato:

Raccolta dei file audio (in formato wave) registrati da ERO-stazione di Nicolosi, relativi all’intero periodo da analizzare (22 giorni, quindi 528 ore
Normalizzazione di ciascun file audio come lunghezza, per correggere la deriva del campionamento digitale (14400 per ogni file, che sono i secondi contenuti in 4 ore di acquisizione)
Unione di tutti i files in un file unico per una gestione di insieme, delle dimensioni di 1.63 GB (si e’ utilizzato il software Shuangs-Audio-Joiner)
Analisi del file unico (si e’ utilizzato ll software Sonic Visualizer) da cui si é ricavata una rappresentazione grafica
Affiancamento di quest’ultima con l’immagine 1 ricavata dai tracciati INGV, tramite editing grafico, ottenendo l’immagine 2

Immagine 2 – risultato dell’elaborazione grafica del file unico in cui sono visibili gli audiogrammi e gli spettrogrammi dei sensori coil e geofono – fonte ERO/INGV)

L’immagine 2 mostra il quadro di insieme dell’intero periodo eruttivo analizzato, con gli episodi da 1 a 10, e in cui è facilmente osservabile che:

I picchi del velocimetro registrati da INGV coincidono con le tracce marcate sullo spettrogramma del geofono, il che indica che il geofono ha una sensibilità sufficiente per rilevare il fenomeno;
l’episodio n.1, che ha aperto il periodo eruttivo dal 16 febbraio, é stato preceduto da un tremore costantemente alto (riscontro visibile anche sul tracciato del velocimetro INGV sul valore 10 alto), già presente dall’inizio del mese, ma mai sfociato in fontane di lava per giorni (vedi immagine 3);
dal 16 in poi si susseguono, più o meno con cadenza regolare, gli episodi parossistici con l’alternanza di scarica-ricarica di energia (legata alla risalita di nuovo magma dopo la precedente espulsione)

Sono stati quindi approfonditi alcuni episodi, come l’1, il 4, il 9 e il 10, nel dettaglio.

Episodio 1 del 16 febbraio 2021 – Inizio presunto: 15:40 – Fine presunta: 19:10

Immagine 3 – spettrogramma di coil e geofono in cui e’ visibile la strisciata del tremore vulcanico prima dell’episodio 1 – fonte ERO)

Episodio 4 del 20 febbraio 2021 – Inizio presunto: 19:40 – Fine presunta: 3:00

Immagine 4 – spettrogramma di coil e geofono in cui e’ visibile la netta impronta dell’episodio 4, l’impronta sul campo magnetico e la scossa sismica delle 04:34 utc 2.0 0.6 km NE da Trecastagni (CT) – fonte ERO

Episodio 9 del 04 marzo 2021 – Inizio presunto: 7:50 – Fine presunta: 9:20

Immagine 5 – spettrogramma di coil e geofono in cui e’ visibile la netta impronta dell’episodio 9 e il precedente tentativo – fonte ERO

Episodio 10 del 07 marzo 2021 – Inizio presunto: 3:30 – inizio tremore 4:20 – fontane 6:25 – Fine presunta: 7:24

Immagine 6 – spettrogramma di coil e geofono in cui e’ visibile la netta impronta dell’episodio 10 – fonte ERO

OSSERVAZIONI PERSONALI E CONCLUSIONI

L’episodio n.4 sembra quello che ha lasciato l’impronta più energetica, e mostra anche un’impronta netta dell’evento sismico delle 04:34 utc 2.0 0.6 km NE da Trecastagni (CT), sia sul geofono che sul coil. Riguardo l’impronta del geofono siamo certi si tratta di una vibrazione meccanica, mentre per quella del coil, quindi sulla componente magnetica, possono essere formulate delle ipotesi: potrebbe essere stata generata dalla vibrazione dell’antenna stessa, quindi per effetto meccanico (o microfonico), oppure un oggetto metallico ha vibrato nelle vicinanze del coil, interferendo con il campo magnetico terrestre, quindi poi rilevato dal coil stesso (vedi immagine 4 riquadro rosso).
l’evento n. 9 ha avuto un primo tentativo abortito seguito da un secondo in linea con i precedenti, e mostra correttamente la doppia impronta (vedi immagine 5).
Per tutti gli episodi in analisi, l’impronta magnetica generata dal coil non mostra alcun segnale precursore di eruzione, ma apre ad un ulteriore approfondimento ad esempio sulla riga a 14Hz, corrispondente alla II risonanza di Schumann, in cui è visibile un’impronta piu’ marcata in corrispondenza degli episodi piu’ energetici.n.4,6,8,9,10 (come esempio si fa riferimento sempre all’episodio 4, sullo spettrogramma del COIL). Tra le ipotesi dunque, il reale movimento meccanico dell’antenna o di una interazione del CMT (Campo Magnetico Terrestre) con una massa metallica vibrante, quale ad esempio una recinzione, ma si può pensare anche all’effetto di un’onda d’urto (come quella generata dai boati), che ha causato il movimento della massa metallica. Merita sicuramente riscontro in altre esperienze future e ulteriori approfondimenti.

Accanto, lo schema di funzionamento di una stazione ERO, con la collaborazione dell’ INGV-OE di Catania, del Parco dell’Etna e della rete OpenLab Vlf.it.

Ringraziamenti

Si ringraziano Renato Romero (vlf.it), Alessandro Bonforte e Roberto Maugeri (INGV-OE), Salvatore Caffo (Parco dell’Etna), e tutti gli altri componenti del team di ERO per il supporto ricevuto nella composizione del documento: Alessandro Longo, Luca Catania, Salvo Spina, Flavio Falcinelli, Federico Scremin

ERO, Etna Radio Observatory; www.etnaradioobservatory.it

Con il titolo: Rosario Catania al lavoro con la stazione ERO. Nel video “Radio Natura e i suoni di un temporale in arrivo”, un esempio di segnale ricevuto da una antenna ERO come registrazione audio. Si tratta di una attività temporalesca, con le nubi che si addensano attorno al vulcano. I temporali, specialmente quelli con scariche come i fulmini, emettono segnali elettromagnetici ad ampio spettro, che vedono la maggior concentrazione d’energia proprio nelle frequenze audio, nel campo delle VLF (Very Low Frequency). E’ possibile riconoscere questi segnali come scariche molto veloci che assomigliano a dei crepitii (udibili nel filmato). Il progetto ERO si sta attrezzando per la registrazione dei segnali VLF con una antenna VLF-3 progetto della NASA che è un ricevitore di campo elettrico (con cui è stato registrato l’audio del filmato), e una bobina sensibile invece al campo magnetico, il tutto in configurazione mobile, per essere trasportato in prossimità degli episodi eruttivi a debita distanza di sicurezza