Relazione Attività Ianno

Conoscenza delle Parti Sommerse dei Vulcani Italiani e Valutazione del Potenziale Rischio Vulcanico

UR#	AFFERENZA	RESPONSABILE
1	Dip. Sc. della Terra - Univ. “La Sapienza”, Roma	Francesco Latino Chiocci
2	CNR- Ist. Geologia Marina, Bologna	Michael Marani
3	CNR-Ist. per la Tettonica Recente, Roma	Paolo Tommasi
4	Dip. Scienze Terra e Geol. Amb. Univ. di Bologna	Claudia Romagnoli
5	CNR-Ist. Geomare Sud — Napoli	Giovanni de Alteriis
6	Osservatorio Vesuviano — Napoli	Sandro de Vita
7	Dip. Scienze della Terra — Univ. “Federico II” Napoli	Maria Rosaria Senatore
8	Dip. Sc. Chimiche, Fisiche e Matematiche, Univ. Insubrica, Como.	Luigina Vezzoli

Le attività svolte nel primo anno dalle Unità di Ricerca coinvolte nel progetto hanno riguardato prevalentemente l´organizzazione della ricerca, il reperimento dei dati pregressi, lo svolgimento di alcune campagne a mare e a terra, ed una analisi preliminare dei dati raccolti, essenzialmente rivolta a meglio definire l´acquisizione dei dati nel secondo anno. Le attività previste dalle diverse Task sono state rispettate pienamente sia dal punto di vista scientifico che operativo.

L´unica variazione di rilievo è la mancata operatività dell´Unità di Ricerca UNINA (i cui ricercatori hanno peraltro svolto, non finanziati, alcune delle attività previste), cui non si sono potuti trasferire i fondi del 1° anno a causa della variazione di sede della Responsabile, Prof.ssa M.R. Senatore. E´ stata avanzata richiesta all´INGV di variazione; i dettagli relativi sono illustrati nel rapporto di task e nel Progetto Esecutivo per il II anno.

Nel Novembre 2001 si è svolto ad Ischia un incontro scientifico nel quale si è illustrato in dettaglio lo stato delle conoscenze e le tematiche di ricerca di ciascuna UR. Si sono avute approfondite e proficue discussioni scientifiche su: tecniche di rilievo, fattori significativi per le analisi di stabilità, problemi di integrazione di dati terrestri e marini, possibili differenti interpretazioni dei dati di base. Sono state approfondite tematiche riguardanti le differenti ricerche da svolgere, le interazioni e mutue sinergie sia scientifiche sia operative tra Unità di Ricerca, con la pianificazione delle campagne di rilievo, specialmente a mare.

I principali obiettivi raggiunti nel corso del primo anno (descritti nel dettaglio nella sezione successiva) sono: a) la messa a punto di metodologie di integrazione di dati terrestri e marini alti/batimetrici e di riflettività/backscatter, per ora solo applicati a dati a bassa risoluzione, con il reperimento di materiale aereofotografico (anche storico) e di remote sensing sottomarino. b) la definizione delle diverse tipologie di instabilità presenti nelle tre Isole di Ischia, Vulcano e Stromboli, differenti per estensione, tipo di processo e accessibilità del sito. Per quanto riguarda ognuno dei tre casi sono stati individuati i litotipi coinvolti e le possibili metodologie di indagine da adottare in funzione delle specifiche situazioni logistiche e dei possibili meccanismi di rottura e messa in posto dei depositi. c) la raccolta delle informazioni ad oggi disponibili sui fondali degli apparati vulcanici oggetto dello studio, con l´identificazione di aree e tematiche e tipo di informazioni mancanti e quindi ancora da acquisire. d) l´esecuzione di alcune campagne a mare (sui vulcani centrali, sui versanti di Ischia e di Stromboli) anche in anticipo con quanto previsto nel piano triennale, approfittando di crociere oceanografiche già organizzate in precedenza. A questo proposito occorre ricordare che essendo i calendari nave preparati con un anno di anticipo, solo nel 2002 si potranno avere campagne sui mezzi navali maggiori del CNR (non finanziate dal progetto ma essenziali per la riuscita della ricerca). Sono infatti state richieste tre campagne, separate ma coordinate, dalle U.R. di Roma, Napoli e Bologna. e) la raccolta di campioni di roccia sui versanti sommersi di alcuni edifici vulcanici (Marsili ed Ischia) che permetteranno ai ricercatori che si occupano della petrografia e delle interazioni con la geologia di terra di sviluppare delle prime ipotesi sull´evoluzione degli apparati. f) la messa in posto (in realtà finanziata su altro progetto ma essenziale per la definizione della pericolosità vulcanica) di apparati OBS sui fondali del Tirreno Meridionale. g) la produzione di carte geologiche del versante meridionale dell´isola d´Ischia, da cui sarebbe partito il debris avalanche di enormi dimensioni che si rinviene sui fondali. h) un prima modellizzazione analogica dei meccanismi deformativi responsabili dell´evoluzione vulcano-tettonica dell´Isola d´Ischia, in cui si inquadra l´evento del debris avalanche.

TASK 1 - Ricostruzione del modello tridimensionale della superficie (DTMM)

- Acquisizione e valutazione del materiale fotografico esistente sull´isola d´Ischia per la ricostruzione di un modello numerico tridimensionale.

- Pianificazione di campagna di rilievo a terra ad integrazione dei dati esistenti su Ischia.

- Progettazione del volo fotogrammetrico per integrare il materiale esistente su Ischia.

- Raccolta ed organizzazione di dati batimetrici (multibeam) di campagne realizzate in precedenza dall´IGM e dall´Ist. Idr. della Marina.

Ricerca ed acquisizione del materiale cartografico esistente per le isole di Stromboli e Vulcano (in collaborazione con la Task 2).

Acquisizione di DEM dell´isola di Vulcano relativi al volo 1996 ed elaborati nell´ambito del progetto “Sviluppo ed applicazione di tecniche di telerilevamento per il monitoraggio dei vulcani attivi italiani”:

DEM in formato grid di passo 1 metro del Cratere La Fossa ottenuto dal volo a scala 1:5000

DEM in formato grid di passo 10 metri dell´intera isola ottenuto dal volo 1:10000

Elaborazione del DEM di Vulcano per la generazione di carte a curve di livello e di profili altimetrici di alcune aree interessate da fenomeni gravitativi nella zona del cratere La Fossa.

Partecipazione alla campagna di misura GPS per la realizzazione di una rete d´appoggio fotogrammetrico al volo eseguito su Stromboli e Vulcano (Giugno 2001). I dati raccolti saranno utilizzati per la generazione di un DEM dell´Isola di Stromboli e per l´aggiornamento del DEM di Vulcano. Tali DEM verranno messi a disposizione per la realizzazione dei DTMM (Progetto “Sviluppo ed applicazione di tecniche di telerilevamento per il monitoraggio dei vulcani attivi italiani”).

Sopralluogo sulle isole di Vulcano e Stromboli e su alcune delle zone interessate da fenomeni d´instabilità gravitativa, allo scopo di valutare la possibilità di integrare dati fotogrammetrici aerei, con eventuali rilievi di fotogrammetria terrestre da mare o da elicottero.

Sopralluogo sull´isola d´Ischia per valutare la fattibilita´ di rilievi GPS e fotogrammetrici terrestri su alcune localita´ di interesse, da realizzare ad integrazione ed aggiornamento del materiale cartografico già disponibile. Sono in corso di definizione accordi per la realizzazione di un rilievo di fotogrammetria aerea a scala 1:10000.

Raccolta dei dati batimetrici relativi alle isole di Stromboli e Vulcano (in collaborazione con la Task 6), presso l´Istituto Idrografico della Marina Militare di Genova. Tali dati sono stati digitalizzati utilizzando il software Pangea di proprietà del suddetto istituto. La digitalizzazione è stata eseguita a partire dai grafici di scandagliamento originali; sono state poi realizzate carte batimetriche alle scale 1:25000-1:5000 Roma40-Gauss-Boaga e UTM-ED50.

Realizzazione di carte batimetriche di dettaglio delle aree circostanti l´isola di Stromboli e Vulcano alle scale 1:25.000, 1:5.000 (Gauss Boaga – Roma 40) mediante digitalizzazione da grafici di scandagliamento presso l´Istituto Idrografico della Marina Militare di Genova. I dati saranno impiegati come base per la realizzazione di modelli digitali del fondo marino da integrare a DTM terrestri.

Anzidei M., Baldi P., F. L. Chiocci, M. Marsella, E. Martorelli, A. Zanutta “Integrazione tra un rilievo fotogrammetrico aereo e batimetria swath il DTMM (Digital Terrain and Marine Model) del versante orientale e meridionale dell´Isola di Palmarola (Lazio)” (2001) Bollettino della Societa´ Geologica Italiana.

TASK 2 - Caratterizzazione geotecnica dei fenomeni di instabilità sottomarini e dei fenomeni subaerei collegati

- Analisi bibliografica e raccolta dei dati storici sui fenomeni di instabilità.

- Programmazione e realizzazione delle campagne a mare per il prelievo dei campioni di Ischia, Vulcano e Vulcano (compatibilmente con la disponibilità della nave: certa per Ischia, incerta per Vulcano e Stromboli).

- Ischia: rilievo dei campioni, analisi dei parametri ricavabili e scelta dei modelli di analisi del fenomeno di trasporto/flusso per debris avalanche per ricostruire l´evoluzione del versante sommerso dell´isola.

- Ricostruzione dei possibili scenari di messa in posto dei depositi dei debris avalanche.

- Indagini geologiche a mare con basso battente d´acqua da pontone e a terra nelle aree limitrofe.

- Back-analysis della frana del 1988 per ricavare caratteristiche meccaniche in situ delle formazioni coinvolte.

- Stromboli: scelta dei modelli e prove per l´acquisizione dei parametri di imput delle analisi numeriche.

Sono state intraprese e sono ancora parzialmente in corso le seguenti attività.

a) acquisizione del materiale bibliografico sulla geologia e sui fenomeni di instabilità dei siti esaminati e sulle metodologie di modellazione e di caratterizzazione geotecnica adatte alle particolari situazioni dei siti studiati.

b) Reperimento del materiale cartografico ed aerofotografico prodotto nel corso degli anni necessario per lo studio dei caratteri morfologici dei fenomeni di instabilità, per l´ubicazione delle indagini e per l´analisi preliminare delle condizioni di instabilità attraverso modelli numerici e/o analitici. Particolare attenzione è stata rivolta all´acquisizione delle fotografie aeree riprese a distanza di diversi anni (anche storiche) per osservare l´evoluzione della morfologia a più lungo termine. A tale scopo sono state condotte ricerche in archivi nazionali ed internazionali pubblici e privati in parte ancora in corso. Questa attività è condivisa con la Task 1 della stessa UR interessata al materiale aerofotogrammetrico per la restituzione (realizzazione di DEM parziali o totali e successive elaborazioni).

Dai rilievi in sito effettuati, è risultata la necessità di eseguire delle riprese fotogrammetriche frontali delle aree instabili per una migliore quantificazione dei volumi e degli elementi morfologici e strutturali che possono essere utilizzati nello studio di instabilità, da eseguire nei prossimi mesi. A tale scopo sono state individuate le aree di interesse per questa attività, da realizzare in condivisione con la Task 1.

Per lo studio delle caratteristiche morfologiche e strutturali delle aree interessate da instabilità, sono state comunque effettuate delle riprese stereoscopiche frontali da mare con camere non metriche sia a Vulcano sia a Stromboli ad integrazione delle aerofoto esistenti.

Nel corso del sopralluogo effettuato a giugno 2001 sono state meglio definite le indagini geognostiche e geotecniche in sito e la caratterizzazione fisico-meccanica dei materiali in laboratorio sulla base dei vincoli logistici (accessibilità e sicurezza) e delle caratteristiche in sito dei materiali coinvolti nei fenomeni. In particolare a Stromboli si prevede di effettuare dragaggi a mare e prelievi a terra di materiale prodotto dalla sciara in quantità sufficiente (alcuni m³) per modelli fisici e prove di tilting test e di laboratorio su provini di grandi dimensioni. A tale proposito si rende necessario l´uso di elicottero o barconi per il carico del materiale.

Su Vulcano sono stati individuati dei siti per prelevare nel settembre p.v. dei campioni cubici ASTM in particolare aree accessibili ed allo stesso tempo rappresentative dei materiali della successione presente sul fianco NE della Fossa interessato dalla frana del 1988. E´, inoltre, in fase di organizzazione per settembre-ottobre p.v. una campagna di sondaggi con prelievo di campioni ed esecuzione di prove pressiometriche, prove penetrometriche dinamiche continue ed indagini geofisiche sulla sommità dell´area della frana. Per l´esecuzione delle indagini è stata richiesta la disponibilità dell´elicottero, da adibire al trasporto delle attrezzature sul versante, utilizzato in precedenza dalla Protezione Civile per altre operazioni di indagine e controllo alle Eolie.

Sono stati discussi, per Ischia e Stromboli, dei possibili scenari evolutivi su cui basare le analisi della fase di innesco di fenomeni di instabilità sottomarina e sono state conseguentemente individuate le metodologie di analisi con cui costruire dei primi modelli di taratura.

Sulla base dei rilievi effettuati, dell´analisi delle foto aeree acquisite e delle foto stereoscopiche frontali effettuate da mare, è in corso uno studio per localizzare e circoscrivere i fenomeni di instabilità di più vaste proporzioni e le zone soggette ad erosione diffusa su vaste aree, per l´Isola di Stromboli. Lo scopo è di individuare le aree di alimentazione dei fenomeni di instabilità e trasporto sottomarini. Parallelamente si stanno analizzando tutte le informazioni di tipo batimetrico e geofisico per ora messe a disposizione degli altri task in attesa di integrarle con le nuove indagini programmate a partire dal prossimo autunno-inverno.

Relativamente a Vulcano è in corso un´analisi delle caratteristiche morfologiche dell´edificio della fossa basata su osservazioni in situ, letteratura precedente , studio delle foto aeree e delle foto stereoscopiche frontali prese nel corso dei rilievi. Si stanno eseguendo inoltre delle analisi di stabilità preliminari con modelli tridimensionali all´equilibrio limite basate sui modelli topografici già in nostro possesso.

Realizzazione di mappe alla scala 1:50.000 (UTM WGS 84) del debris avalanche ischitano mediante l´integrazione di dati sonar a scansione laterale a grande copertura (Tobi) a dati batimetrici a bassa risoluzione.

La realizzazione delle carte è stata eseguita attraverso la ricostruzione di un modello digitale del fondo marino, ed operazioni di “draping” con sonogrammi sonar.

Preliminarmente all´esecuzione di una campagna di prelievo di campioni a mare, si è evidenziata l´opportunità di eseguire un sopralluogo geotecnico, eventualmente accompagnato dalla raccolta di dati geofisici (georadar ed eventualmente geoelettrica), al fine di definire la reale significatività e la possibilità operativa di realizzare carotaggi di sufficiente lunghezza. Sulla base dei risultati del sopralluogo e dei rilievi preliminari, la campagna di prelievo di campioni potrà essere posposta al 2° anno (come già indicato nel rapporto di primo semestre).

- Revisione e integrazione dei dati esistenti (TOBI e batimetria interferometrica) ed individuazione dei settori da sottoporre a ulteriori indagini.

- Prima parte dell´esecuzione di campagne in mare (con Urania e con mezzo minore) con acquisizione di dati batimetrici multifascia, sismici, multicanale ad alta risoluzione, magnetometrici e di campioni del fondale.

Un dataset iniziale di dati geofisici e geologici è stato acquisito nel corso della campagna oceanografica “GMS00_05” eseguita dall´11 al 26 ottobre 2000 con la N/O “Urania” (capomissione: G. de Alteriis).

I rilievi batimetrici sono stati integrati con i sondaggi puntuali digitalizzati dalle carte nautiche pubblicate dal IIM (Istituto Idrografico della Marina) e georeferenziati su datum WGS84 per ottenere un quadro preliminare dei principali elementi morfologici che insistono sul settore ovest e sud dell´isola tra le isobate 150-1000 m circa. La topografia del fondo ottenuta, pur nei limiti offerti dalla sua risoluzione, mostra che: a) l´isola rappresenta solo il 30% emerso di un intero apparato vulcanico sviluppato in senso E-W; b) nell´offshore ovest, due trends strutturali comprendono allineamenti di edifici monogenici più o meno conservati orientati E-W e WSW-ENE; c) nell´offshore sud si intravedono sulla scarpata superiore numerose concavità e rilievi isolati che possono costituire indizi di instabilità del versante. La topografia “single-beam” ottenuta costituisce quindi una base di lavoro molto utile per pianificare le successive indagini multi-beam.

E´ iniziata l´interpretazione del dataset acquisto con il side-scan-sonar lungo la base della scarpata a sud di Ischia tra 600 e 1100 metri di profondità. La gestione delle immagini digitali sss viene realizzata con il software ISISã (Triton Elics). Lo scopo è quello di definire in dettaglio la facies “hummocky” (a blocchi) già investigata con il rilievo TOBI. L´interpretazione procede congiuntamente all´analisi dei profili sub-bottom Chirp. Sono stati rilevati blocchi di dimensioni variabili dalla decina a pochi metri di diametro. I blocchi emergevano da una matrice fangosa piuttosto omogenea dal punto di vista acustico con a luoghi strutture da corrente in corrispondenza degli “hummocks”. Non sono stati generalmente osservati blocchi di dimensioni inferiori al metro. Alcuni blocchi maggiori superano agevolmente i 50-100 m di diametro e si elevano per più di 25-30 m sul fondale. E´ in corso un tentativo di definire, su base statistica, la distribuzione dimensionale dei blocchi all´interno del deposito. L´ apparente assenza dei blocchi sub-metrici e la stratigrafia mostrata dai profili sismici e sub-bottom Chirp (seppur di qualità mediocre dato l´alto indice di diffrazione) suggeriscono l´idea che buona parte del deposito e in particolare il pezzame minore sia sepolto sotto i fanghi pelagici attuali e olocenici e che solo i blocchi maggiori emergano da tale matrice. Tale interpretazione, ancora preliminare, è supportata per ora dalla sequenza incontrata dal carotaggio C848 effettuato sul limite orientale del debris avalanche in corrispondenza dello sbocco del canyon Magnaghi.

E´ stato avviato il processing di alcuni profili sismici a sorgente airgun e watergun sia monocanale che multicanale con lo scopo di verificare se possibile lo spessore del debris avalanche. Il processing è specificamente finalizzato a minimizzare la perdita di risoluzione verticale dovuta alla degradazione delle alte frequenze lungo la colonna d´acqua (spesso superiore a 1000 m) ed alla riduzione della forte diffrazione prodotta dalla topografia accidentata. E´ comunque in programma l´acquisizione di ulteriori profili sismici nel corso del 2002 con sorgente airgun.

In collaborazione con la Task 1 è stato realizzato un draping a partire da dati batimetrici già esistenti (generalmente bassa risoluzione).

- digitalizzazione di carte batimetriche a bassa risoluzione per la creazione di file .dat/. xyz

- creazione del DTM marino realizzando superfici con modelli a triangoli mediante i programmi: Microstation 95/J, Descartes, Tmodel

Sono state quindi realizzate carte alla scala 1:50.000 (UTM WGS 84) del debris avalanche ischitano, che hanno permesso una maggior comprensione dei lineamenti correlati ai fenomeni d´instabilità a media grande scala.

Si tratta di una metodologia innovativa che agevola notevolmente l´interpretazione dei dati side scan sonar permettendo di differenziare i lineamenti osservati tra quelli morfologici e quelli prodotti dalla tipologia del fondale (natura dei sedimenti, presenza di substrato roccioso sub-affiorante ecc.)

Viste le grandi potenzialità fornite dall´approccio integrato batimetria-sonar a scansione laterale è prevista la realizzazione del draping utilizzando dati batimetrici e sonar ad alta risoluzione.

- n. 1 dataset di batimetria a fascio singolo riferita a Datum WGS84 e con posizionamento di alta precisione (DGPS) e standard IHO (International Hydrographic Organisation) nell´offshore Nord, Ovest e Sud dell´isola d´Ischia tra le isobate di 150m e 1100 m circa

De Alteiis G., Bruno P. P., Florio G. - Interpretation of geophysical data of the Ischia island (Italy Tyrrhenian sea) during GSM00_05 cruise -

- E´ in preparazione una pubblicazione estesa da sottoporre ad una rivista di geologia marina o di vulcanologia che descriva tutti i dati raccolti nel corso della campagna GMS00_05 con particolare riferimento all´offshore sud.

TASK 4 - Analisi della pericolosità delle porzioni sommerse dei vulcani dell´arco Eoliano, di Ustica e dei monti sottomarini centrotirrenici (Marsili e Vavilov)

- Riconoscimento dei centri vulcanici sommersi a bassa profondità pericolosi per il loro potenziale esplosivo.

Sono state portate avanti alcune delle attività operative del progetto nell´ambito di una crociera effettuata nel 2000. In particolare, fra il 30 Novembre e 13 Dicembre 2000, durante la crociera TIR-2000, sono stati effettuati numerosi dragaggi sui fianchi centrali e meridionali del Monte Marsili per completare la campionatura già iniziata nel Maggio 1998. I campioni di roccia recuperati sono stati pari a circa 80% dei tentativi di campionatura e complessivamente di notevole importanza date le profondità massime raggiunte (~3000 m) e la qualità dei recuperi. La preparazione dei campioni per le successive operazioni di analisi petrografica e geochimica e´ attualmente in fase avanzata. Nel corso dell´anno, verranno effettuate le analisi petrografiche e geochimiche dei campioni recuperati.

Come valore aggiunto alla crociera, in collaborazione con l´Istituto GEOMAR di Kiel e l´Università di Amburgo, sono stati deposti 14 OBS/OBH sul fondale del bacino del Marsili. Questo rappresenta un primo esperimento per lo studio dei caratteri tettonici e, possibilmente, vulcanici del bacino.

E´ in fase avanzata la preparazione dei campioni recuperati nella campagna TIR-2000 dal vulcano Marsili che saranno sottoposti ad analisi geochimiche e petrografiche nel corso dell´anno. I dati ottenuti verranno confrontati con quelli derivanti dalle campionature precedenti per confermarne le interpretazioni che sono oggetto di una pubblicazione e varie comunicazioni a congressi nazionali ed internazionali.

In particolare, sono state recuperate lave basaltiche nelle porzioni più profonde del vulcano Marsili, mentre la zona sommitale si rivela essere composta da lave più evolute (andesiti e andesiti basaltiche). Si e´ dimostrato che i basalti sono di due tipologie, geochimicamente distinte, e, tramite simulazioni petrologiche, che le andesiti sommitali derivano, per differenziazione all´interno dell´edificio, da uno dei tipi di basalto. Questi risultati permettono quindi una migliore conoscenza dei meccanismi di crescita del vulcano e, inoltre, offrono la possibilità di riconoscere processi interni che sono potenzialmente fonti di instabilità.

E´ in atto la fase preliminare di recupero dei dati registrati dagli OBS/OBH. Questi dati (sebbene disposti a scala regionale nel bacino Marsili) offrono una possibilità di verificare l´esistenza di vulcanismo sottomarino attivo, attraverso le registrazioni degli OBH. Inoltre, costituiscono un data-set di aggiunta per la comprensione della dinamica litosferica nella zona di retro-arco Tirrenica, anch´essa oggetto di una pubblicazione sottomessa.

Marani M.P., Trua T. Thermal restriction and slab tearing at the origin of a super-inflated spreading ridge (Marsili volcano, Tyrrhenian Sea), J. Geophys. Res., In press.

Trua T., Serri G., Marani M.P., Renzulli A., Gamberi F. Volcanological and petrological evolution of Marsili seamount (Tyrrhenian Sea, J. Volc. and Geotherm. Res., In press.

- Individuazione dei fattori che provocano l´instabilità dei vulcani, e la loro classificazione

Sono in fase di elaborazione i dati di riflettivita´ multibeam dell´area marina antistante il vulcano. Questi dati forniscono la base per la costruzione di un modello digitale del terreno per l´individuazione dei processi gravitativi e tettonici attivi nella zona. Inoltre, nuovi dati di sismica multicanale acquisiti nello Ionio nord-occidentale, antistanti la costa Siciliana, saranno disponibili nel corso del 2001.

I fattori d´instabilita del vulcano Etna gia riconosciuti da lavori precedenti, sono stati approfonditi per permettere la pianificazione di una campagna in mare efficace al raggiungimento degli obbiettivi del task. Sono in corso l´analisi e interpretazione dei dati batimetrici e geofisici (magnetometria e sismica) gia disponibili nello Ionio settentrionale. Questi dati hanno permesso di individuare una valle sottomarina caratterizzata da flussi gravitativi ad azione erosiva e di trasporto di materiale (debris avalanche) nell´area sotto-costa del Etna. L´orientamento della zona di flusso sembra essere controllata da una faglia con andamento NW-SE, ben evidente morfologicamente. Piu al largo, questa linea tettonica, confermando la sua recente attivita, causa una deviazione dell´attuale Canyon di Messina.

Poco piu a sud, sempre antistante l´edificio Etneo, dati multibeam hanno messo in evidenza una nicchia di distacco di una frana a blocchi (rock avalanche) che interessa una estesa area della scarpata superiore, fra le profondita di 700 e 1200 metri.

La realizzazione della campagna geofisica a mare per l´indagine dei settori antistanti l´apparato etneo verrà posposta al secondo anno (come già comunicato nel rapporto di primo semestre).

TASK 6 - Indagini sulle porzioni sommerse di Stromboli e Vulcano

Interpretazione ed integrazione dei diversi di tipi di dati esistenti ed individuazione di aree chiave da sottoporre ad ulteriori indagini.

Nel corso di due campagne di ricerca eseguite nel 2000 e 2001, sono stati affrontati alcuni degli obbiettivi di questo task da parte dell´U.R. IGM-CNR. La pianificazione delle campagne e´ stata effettuata sulla base dell´interpretazione dei dati batimetrici di dettaglio (multibeam), e di dati di sidescan sonar a traino profondo (MAK) acquisiti dall´U.R CNR-IGM, nel 1994, 1996 e 1999. In particolare, durante la crociera TIR2000, effettuata fra il 30 Novembre e 13 Dicembre 2000, sono stati acquisiti profili CHIRP sonar sul versante profondo settentrionale dell´Isola di Stromboli, e, in via esplorativa, sono stati successivamente effettuati alcuni carotaggi. I due recuperi hanno interessato l´area distale del cuneo di frana della Sciara del Fuoco e la porzione centrale del bacino Marsili.

Inoltre, durante la crociera GEOSTAR 2001, sono stati ritagliati alcuni giorni (campagna VST-01 dal 21 Aprile al 28 Aprile) per effettuare un rilievo SSS e CHIRP sonar dei versanti dell´isola di Stromboli. Sono stati acquisiti 300 km di linee di sidescan sonar ad alta risoluzione, che offrono la copertura della scarpata sommersa dell´edificio di Stromboli fra le una profondita´ di 200 e 1000 m. Il rilevo side scan sonar e´ stato eseguito a copertura completa (overlap fra profili di 400 m, swath totale di 600 m; la scala delle immagini sidescan sonar e´ 1:3000 con una risoluzione di 0,75 m.

In accordo con gli obiettivi previsti dal progetto per il primo anno, l´attività svolta dalle U.R. coinvolte nel task è consistita nella revisione dei dati già acquisiti precedentemente sulle porzioni sommerse di Stromboli e Vulcano e l´interpretazione preliminare dei nuovi dati.

L´U.R. UNI-BO dispone di un fitto reticolo di profili batimetrici e sismici (Sparker 1-4.5 kJ, con una spaziatura di 500-700 m fino a circa 2600 m di profondità e di circa 2 km fino ai 3000 m) che dalla costa occidentale dell¹isola si spingono fino al limite settentrionale del Canyon di Stromboli. Informazioni sulle facies acustiche sono fornite da alcune linee di rilievi ecografici a scansione laterale e a traino profondo (MAK-1 e TOBI); campionature del fondale sono, inoltre, state effettuate mediante draga e box-corer sulle principali strutture identificate. L´elaborazione e l´analisi dei diversi dati disponibili ha permesso una dettagliata ricostruzione del settore, mettendo in luce la sovrapposizione di più dinamiche deposizionali che richiederanno di essere meglio caratterizzate nel corso delle future indagini. In particolare:

- l´ampio deposito a conoide, depostosi nel settore antistante la Sciara del Fuoco a seguito degli eventi di collasso laterale che hanno coinvolto il fianco occidentale dell´isola, è stato mappato fino ad una profondità di oltre 2600 metri, dove raggiunge il fondo del Canyon di Stromboli provocando la deviazione del relativo thalweg;

- la superficie della conoide è apparsa interessata da deposizione recente, probabilmente dovuta a flussi gravitativi e torbiditici. Una serie di lobi divergenti, con continuità chilometrica, ricopre buona parte dell´area; la loro natura deposizionale sarà oggetto di future investigazioni;

- il canyon che costituisce il prolungamento in mare della depressione della Sciara del Fuoco è sede di trasporto attivo ad alta energia. Esso, oltre a convogliare in profondità un´ampia percentuale di prodotti vulcanogenici provenienti dalla Sciara, riceve anche apporti (sotto forma di grossi blocchi di lava) provenienti dal settore sommerso NW dell´isola. Alla loro immissione nel Canyon di Stromboli, i sedimenti vulcanogenici provenienti dal fianco occidentale dell´isola sono soggetti a fenomeni di diluizione e mescolamento da parte di correnti ricche di detrito terrigeno, e raggiungono il Bacino del Marsili. Uno degli obiettivi delle future ricerche sarà proprio quello di verificare se e come l´alternarsi a Stromboli di fasi di attività vulcanica, fenomeni di instabilità e periodi di relativa quiescenza, in cui prevalgono gli apporti di origine continentale, possa essere registrato nei sedimenti bacinali.

Le interpretazioni preliminarmente svolte sui profili e le stime morfologico-volumetriche effettuate sono state utilizzate per simulazioni numeriche relative all´evento di instabilità che ha dato luogo alla Sciara del Fuoco e per lo sviluppo di un primo modello di generazione e propagazione di onde di tsunami (Tinti et al., 2000).

I nuovi dati acquisiti nell´ambito del task sono in corso di studio da parte dell´U.R CNR-IGM. Da un primo studio preliminare, le carote recuperate durante la crociera TIR2000, campionate rispettivamente nel bacino Marsili (profondita´ di 3300 m) e nel fianco profondo nordoccidentale dell´edificio di Stromboli (profondita´ 3000 m), risultano composte da una successione stratigrafica costituita principalmente da livelli torbiditici. Nella prima, i livelli sono costituiti principalmente da una successione di numerose torbiditi volcanoclastitiche a spessori ridotti e a grana generalmente fine. Un livello di tefra, individuato alla base della carota, e´ stato campionato ed analizzato dall´U.R dell´Universita di Pisa (che coordina il progetto GNV "Pericolosita´ del Vulcano Stromboli" di cui fa parte l´U.R. CNR-IGM), allo scopo di stabilire la sua provenienza. La seconda carote contiene livelli piu´ spessi costituiti da vocanoclastiti a granulometria piu´ grossolana. Lo studio dei livelli piu´ significativi di entrambe le carote, attraverso l´analisi sedimentologica, geochimica e micropaleontologica e´ attualmente in corso presso l´IGM-CNR.

L´interpretazione preliminare dei dati sidescan sonar acquisiti da parte dell´U.R CNR-IGM, durante la crociera VST01, integrati dai dati CHIRP acquisiti nella campagna TIR2000, ha messo in luce i processi gravitativi attualmente in atto nelle porzioni sommerse dell´edificio di Stromboli. In particolare, la zona adiacente la Sciara del Fuoco e´ caratterizzata da un cuneo vulcanoclastico di mare profondo costituito da materiale grossolano organizzato in barre e canali longitudinali con disposizione a ventaglio. In alcune aree blocchi con dimensioni fino a 50 m sono presenti sulla superficie del cuneo. Altri cunei di mare profondo, costituiti da materiale vulcanogenico grossolano, sono stati evidenziati nei fianchi occidentali e meridionali dell´edificio di Stromboli caratterizzati da assenza di piattaforma; anche in questi corpi deposizionali prevalgono forme di fondo orientate longitudinalmente. Depositi vulcanoclatici fini sono presenti nella porzione settentrionale dell´edificio caratterizzata dalla presenza di una piattaforma; numerose superfici di distacco gravitativo sono la testimonianza di frequenti franamenti sottomarini dovuti a una forte instabilita´ dei sedimenti che originano l´arretramento del ciglio della piattaforma.

La revisione dei dati batimetrici e sismoacustici da parte dell´U.R UNIBO, (circa 400 km di profili Sparker 1-4.5 kJ, in una maglia regolare con spaziatura di circa 500 m) già´ acquisiti per l´isola di Vulcano ha sostanzialmente confermato l´assetto asimmetrico dell´edificio vulcanico, caratterizzato dalla presenza di una piattaforma di abrasione sommersa sul solo fianco occidentale, più stabile. Il settore nord-orientale, al contrario, mostra una morfologia più articolata ed è interessato diffusamente da processi morfodinamici erosivi ed instabilità gravitative, che sembrano influenzate da strutture disgiuntive a direzione NE-SW.

L´interpretazione di dati morfobatimetrici di dettaglio (multibeam) e di riflettivita´ del fondo marino da parte dell´U.R. IGM-CNR ha permesso di ricostruire la distribuzione delle facies vulcaniche nella porzione sommersa orientale dell´edificio di Vulcano. Sono state distinte facies vulcaniche primarie, facies vulcanoclastiche risedimentate e facie sedimentarie vulcanogeniche (Gamberi, 2001). Le facies vulcaniche primarie sono rappresentate principalmente da una serie di coni vulcanici composti da lave a cuscino localizzati a nordest della penisola di Vulcanello a una profondita´ di circa 400 m. Un´analisi dettagliata della natura dei prodotti vulcanici che compongono questi seamount e´ ancora in corso (Gamberi, Aprile 2001, EUG XI). Le facies vulcaniche primarie giocano un ruolo principale nel controllo della distribuzione delle altre facies e nello sviluppo dei principali canyons sottomarini, caratterizzati dalla prevalenza di fenomeni erosivi e di trasporto. Deposizione di materiale vulcanogenico avviene nelle parti distali dei canyons, a causa della espansione laterale dei flussi e della riduzione del gradiente. L´influenza dei processi attivi sull´isola di Vulcano e´ particolarmente evidente nell´area adiacente la Baia di Levante, dove, grandi quantita´ di materiale vulcanogenico prodotto nella parte emergente dell´edificio sono trasportate da flussi gravitativi sottomarini e depositati a formare un cuneo vulcanoclastico.

Nel corso del 2002, sono state proposte campagne consecutive, da parte delle U.R. IGM-CNR e UNIROMA, con coinvolgimento della U.R. UNIBO, per l´acquisizione di dati sonar a scansione laterale, profili sismici e campionature del fondale nell´area.

Realizzazione di carte batimetriche di dettaglio delle isole di Stromboli e Vulcano alle scale 1:25.000, 1:5.000 (Gauss Boaga – Roma 40), mediante digitalizzazione di grafici di scandagliamento presso l´Istituto Idrografico della Marina Militare di Genova. I dati saranno impiegati come supporto di base per la realizzazione di modelli digitali del fondo marino da integrare a DTM terrestri (in collaborazione Task 1) e per operazioni di draping con dati side scan sonar (creazione di DTM marini integrati a dati sonar a scansione laterale).

Gamberi F. (2001). Volcanic facies associations in a modern volcaniclastic apron (Lipari and Vulcano offshore, Aeolian Island Arc), Bull. Volcanol., published online.

Tinti S., Bortolucci E., Romagnoli C. (2000). Computer simulation of tsunamis due to sector collapse at Stromboli, Italy. J. Volcanol., Geotherm. Res., 96, 103-128.

- Prima parte del rilevamento geologico di dettaglio dell´area a sud di M. Epomeo.

- Redazione di una carta morfostrutturale preliminare, basata sull´analisi di fotografie aeree.

- Redazione di una carta del reticolo idrografico che fungerà da base per la preparazione della carta di pericolosità per invasione da debris-flow e mud-flow.

- Prima definizione della geologia di superficie e dell´assetto morfologico e strutturale del settore meridionale dell´isola d´Ischia.

- Ricostruzione della storia vulcanica e deformativa di questo settore dell´isola e suo inserimento nel quadro evolutivo più generale dell´intera isola.

- Prima parte di definizione delle aree interessate dalle differenti fenomenologie eruttive individuate.

- Campionatura di tutte le unità per le quali si prevede di eseguire i diversi tipi di analisi ed avviare la preparazione dei campioni per la successiva fase analitica.

- Definizione delle aree interessate dalla deposizione di debris flow e mud flow.

Nella parte emersa del complesso vulcanico insulare ischitano, il versante meridionale del Monte Epomeo e´ individuabile come probabile area sorgente dei fenomeni di instabilità registrati dai depositi di debris flow rilevati sui fondali marini a sud dell´isola. Uno degli obiettivi principali del Task 7 e´ stato quindi lo studio e l´analisi dei depositi di debris-flow, debris-avalanche e mud-flow affioranti sul versante meridionale del Monte Epomeo, perche´ solo un esame critico della loro composizione, stratigrafia, distribuzione e cronologia fornisce elementi da interfacciare con gli altri obiettivi del progetto, come la caratterizzazione geotecnica dei materiali, la correlazione con l´attivita´ vulcanica coeva e la ricerca del corrispondente subaereo al deposito marino. Abbiamo operato attraverso: a) la ricerca bibliografica, b) il rilevamento stratigrafico e strutturale in due campagne di terreno, c) l´analisi di fotografie aeree, d) la ricostruzione della geologia, stratigrafia, morfologia, cronologia e struttura dei depositi, e) la cartografia geologica.

Lo studio bibliografico e´ stato riferito essenzialmente alle metodologie di studio e alla descrizione di eventi simili in ambiente vulcanico e non vulcanico. Il risultato della ricerca bibliografica e´ stato che esistono pochi esempi in letteratura di studi di dettaglio per riconoscere e descrivere tali eventi. Quindi lo studio di dettaglio portato avanti in questo progetto comportera´ anche conoscenze ed innovazioni metodologiche applicabili ad un modello generale e non solo alla problematica contingente dell´isola d´Ischia.

E´ stato svolto un rilevamento geologico di terreno con cartografia a scala 1:5000 e lo studio litostratigrafico di 25 sezioni all´interno dei depositi che costituiscono la copertura detritica del versante e che sono derivati dai fenomeni di instabilità connessi al sollevamento della caldera risorgente ischitana tra 33 ka fa e il presente.

La ricostruzione stratigrafica e l´analisi delle lithofacies ha permesso di individuare e caratterizzare circa 30 unità litostratigrafiche, rappresentanti altrettanti corpi deposizionali generati da debris flow e debris avalanche, intercalati a paleosuoli, depositi alluvionali, lacustri e litorali e depositi piroclastici primari. Di ogni unita´ sono stati prelevati campioni per l´analisi sedimentologia. Sono state inoltre rilevati direttamente sul terreno tutti i dati possibili di spessore, direzione di flusso e giacitura delle superfici di scorrimento.

La datazione degli eventi e´ possibile solo dopo un esame critico della sequenza stratigrafica e quindi alla localizzazione stratigrafica dei possibili oggetti geologici databili. E´ stata quindi svolta una apposita campagna di ricerca di paleosuoli e resti vegetali da sottoporre a datazione 14C. Purtroppo i contatti tra i corpi di debris flow nell´area principale di accumulo sono quasi sempre erosivi e privi di paleosuoli e anche all´interno dei depositi non sono stati rilevati resti vegetali. I paleosuoli sono scarsamente sviluppati solo nelle aree di accumulo marginali, dove in una sezione stratigrafica sono stati campionati e datati due livelli carboniosi che hanno dato eta´ oloceniche.

E´ stata redatta inoltre una carta morfostrutturale preliminare, basata sull´analisi di fotografie aere a scala 1:10.000, finalizzata all´integrazione dei dati geometrici e strutturali dei depositi di debris flow, delle superficie di scivolamento e del substrato vulcanico.

Lo studio dell´andamento morfologico e strutturale del substrato e dei rapporti tra quest´ultimo e i depositi di debris flow ha permesso di definire le geometrie dei corpi deposizionali e delle superfici di scorrimento. Sono stati individuati i corpi di debris flow più importanti per volume ed estensione areale. E´ iniziata la digitalizzazione della cartografia e dei dati geometrici e strutturali dei corpi rilevati sui quali sara´ compiuta l´elaborazione per la definizione quantitativa dei loro parametri fisici.

Durante il primo anno di attività del progetto sono stati effettuati modelli analogici di risorgenza intracalderica, con il fine di comprendere il processo deformativo e le condizioni che possono controllare tale processo (Acocella et al., 2000). Tali risultati sono stati successivamente integrati con i dati di terreno precedentemente acquisiti ad Ischia (Acocella & Funiciello, 1999), con il fine di inquadrare la dinamica ed il tipo di risorgenza riconosciuta sull´isola. I dati acquisiti hanno permesso di riconoscere il tipo di risorgenza ischitana (sollevamento a pistone di un blocco rigido asimmetrico e sostanzialmente indeformato) come un caso limite di risorgenza osservato negli esperimenti (Acocella et al., 2001). Tale tipo di deformazione, comune anche ad altre risorgenze (ad es. Pantelleria) sarebbe controllato dal rapporto tra lo spessore e l´ampiezza della crosta sovrastante la camera magmatica

- n° 1 carta geologica a scala 1: 5.000 del versante meridionale del Monte Epomeo, isola d´Ischia;

- n° 1 carta morfostrutturale a scala 1:10.000 del versante meridionale del Monte Epomeo, isola d´Ischia.

Acocella V., Cifelli F., Funiciello R. (2000) - Analogue models of collapse calderas and resurgent domes. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 104, 81-96.

Acocella V., Cifelli F., Funiciello R. (2001) - The architecture of resurgent domes: insights from analogue models. Journal of Volcanology and Geothermal Research, in stampa.

De Alteiis G., Bruno P. P., Florio G.(2001) - Interpretation of geophysical data of the Ischia island (Italy Tyrrhenian sea) during GSM00_05 cruise –

Marani M.P., Trua T. Thermal restriction and slab tearing at the origin of a super-inflated spreading ridge (Marsili volcano, Tyrrhenian Sea), J. Geophys. Res., In press.

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Gamberi F. (2001). Volcanic facies associations in a modern volcaniclastic apron (Lipari and Vulcano offshore, Aeolian Island Arc), Bull. Volcanol., published online.

Gamberi F. e Marani M. (2001). Preliminary results of two oceanographic cruises over the submarine portions of the Stromboli edifice. Annual meeting of the coordinated project "Hazard assessment of Stromboli Volcano". Stromboli 6-8 June 2001.

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Acocella V., Cifelli F., Funiciello R. (2001) - The architecture of resurgent domes: insights from analogue models. Journal of Volcanology and Geothermal Research, in stampa.

Carta Geologica a scala 1: 5.000 del versante meridionale del Monte Epomeo, isola d´Ischia;

Carta Morfostrutturale a scala 1:10.000 del versante meridionale del Monte Epomeo, isola d´Ischia.

de Vita S., Orsi G., Sansivero F., Gialanella C., 2001: Volcanism and human life at Ischia (Southern Italy) over the past 5,000 years, as deduced from geological evidences and historical sources. Cities on volcanoes 2, Auckland, New Zealand February 12^th – 16^th. Abstracts.

de Vita S., Orsi G., Sansivero F., 2001: Volcanism and caldera resurgence at Ischia (Italy) in the past 2.9 ka: implications for volcanic hazard assessment. EGS, XXVI General Assembly Nice, France, 25 - 30 March 2001. Abstracts.

de Vita S., Orsi G., Piochi M., Sansivero F., (in prep.). Volcanological and structural evolution of the island of Ischia (Italy) over the past 10 ka.