Sviluppo di un sistema strumentale per il rilievo speditivo della temperatura su superfici esposte

In un’area vulcanica attiva la presenza di superfici con temperature superiori rispetto alla norma locale è determinata dal flusso di calore prodotto in profondità. Un elevato flusso di calore orientato verso la superficie è la risultante di più processi naturali che tendono a controbilanciare gli elevati gradienti fisici (di pressione e temperatura) e chimici (differenze di composizione) inevitabilmente presenti fra il corpo magmatico e l’ambiente circostante. Il rilievo delle anomalie termiche di superficie dovrebbe suscitare quindi interesse scientifico, offrendo la possibilità di monitorare nel dettaglio uno dei parametri che ci permette di finalizzare un modello del sistema in esame, per la corretta interpretazione dei fenomeni naturali connessi all’attività magmatica ed idrotermale. Oltre alla finalità scientifica, il rilievo delle temperature di superficie in un’area vulcanica è una procedura utile per rispondere tanto a questioni legate alla sorveglianza vulcanica, quanto alla fruizione delle aree a scopo turistico. Spampinato et al. [2011] hanno pubblicato una revisione degli strumenti utilizzati in ambienti vulcanici per il rilievo delle temperature. Riportando diversi esempi in bibliografia la revisione ha posto l’attenzione sulla varietà di fattori che concorrono a sottostimare sensibilmente le temperature di superficie, rispetto alla reale condizione termodinamica del sistema quando si scelgono metodologie di remote sensing. Fra i diversi fattori si citano ad esempio effetti atmosferici di rifrazione e riflessione, presenza di aerosol, gas e vapore vulcanico lungo il cammino ottico dalla superficie al sensore, eterogenea distribuzione della temperatura all’interno del singolo pixel. Figura 1. Foto scattata durante il test effettuato nel campo fumarolico di alta temperatura sul cono attivo della Fossa di Vulcano. Il presente Rapporto Tecnico descrive un sistema strumentale, denominato Pirogips, dedicato all’acquisizione speditiva di dati termici di superficie [Diliberto et al., 2014]. Rispetto ad una telecamera ad infrarosso questa strumentazione risulta meno costosa, e di più facile utilizzo in prossimità di bocche esalative. La funzionalità ed operatività del sistema sono state testate mediante specifici test effettuati sia in ambienti controllati, sia in condizioni reali di acquisizione. Pirogips associa un sensore all’infrarosso ad un rilevatore di posizione satellitare ed è stato realizzato per consentire un rilievo di temperatura con caratteristiche intermedie, in termini di accuratezza della temperatura misurata e risoluzione areale, rispetto ai metodi di acquisizione diretta della temperatura con sensore termico di contatto (termocoppia) e di acquisizione indiretta, ottenuta attraverso il telerilevamento prossimale con il sensore ottico montato su telecamera. Il sensore del pirometro offre una risoluzione spaziale adeguata alla elevata variabilità areale della temperatura delle emanazioni fumaroliche. L’accuratezza è stata testata su diverse superfici esposte ed è risultata accettabile per la identificazione delle anomalie termiche di superficie in aree vulcaniche. Un datalogger preparato nel laboratorio elettronico di Palermo combina i parametri acquisiti e restituisce una stringa di dati per la visualizzazione su mappe georeferenziate. I dati registrati sono la posizione (latitudine e longitudine, WGS84), temperatura (derivata dal pirometro e/o da una termocoppia), temperatura ambiente, pressione barometrica e umidità dell’aria. I rilevi preliminari sono stati effettuati per verificare se le caratteristiche strumentali di Pirogips risolvono le problematiche derivanti dalla disomogeneità del terreno da rilevare. In particolare nel presente lavoro i dati riportati non sono stati rilevati lungo maglie geometriche, ma sono rilievi effettuati lungo percorsi predefiniti (strade e/o sentieri naturali). L’utilizzo di Pirogips consente di ridurre notevolmente i tempi del rilievo di temperatura superficiale, rispetto all’acquisizione del parametro con metodo di contatto. L’uso di Pirogips inoltre aumenta la possibilità di identificare anomalie termiche intense, ma poco estese, in quanto l’accuratezza del rilievo è determinata dalla posizione rispetto al piano di campagna (lente perpendicolare al piano e distanza inferiore ad 1 metro).