Il monitoraggio delle emissioni vulcaniche
C. Spinetti, L. Guerrieri, T. Caltabiano, D. Randazzo, G. Salerno
•• Le emissioni vulcanicheLe emissioni vulcaniche
•• Misurare i plumes vulcanici utilizzando Misurare i plumes vulcanici utilizzando dati da remoto: dati da remoto:
I moduli del sistema SRV I moduli del sistema SRV –– sito di test Etnasito di test Etna
Sommario
•• I risultati nei periodi di testI risultati nei periodi di test
•• ConclusioniConclusioni
Le emissioni vulcanicheLe emissioni vulcaniche
Componenti di un plume vulcanico
Vapore Acqueo Rappresenta 70-90 % dei gas che compongono un plume
Anidride Carbonica I vulcani attivi immettono 130 millioni di tonnelate annue di CO2 in atmosfera
Anidride Solforosa I vulcani attivi immettono ~1 milione di tonnellate annue di SO2 in atmosfera2
Particolato solido e liquidoDi dimensioni variabili dal metro (bombe laviche) fino al particolato fine dell’ordine del nm (aerosol). La cenere vulcanica e gli aerosol possono arrivare a coprire milioni di Km2
secondo l’altezza raggiunta in atmosfera
Il particolato liquido è composto da nucleazione etereogenea di acido solforico.
Volcanic gases flux (1975-1995)
Species
Global
Volcanism
(Gg/yr)
Etna/Global
Volcanism
H2O 5.0⋅106 10%
CO2 (8-20)⋅104 (7-16)%
SO2 1.3⋅104 11%
HCL (4-110)⋅102 9%
HF 60-6000 8%
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
HF 60-6000 8%
Br 77 2.6%
Zn 9.6 51%
Cu 9.4 5.9%
Mn 42 0.6%
Pb 3.3 4.5%
Importanza della misura del Flusso SO2
• Il flusso di SO2 e’ un indicatore diretto della presenza di magma vicino alla superficie, dei movimenti magmatici e del volume all’interno sistema di alimentazione superficiale del sistema magmatico: alti flussi indicano grandi volumi di 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.
Misurare i plumes vulcanici utilizzando dati da remoto: Misurare i plumes vulcanici utilizzando dati da remoto: I moduli del sistema SRVI moduli del sistema SRV
EO Data used to S/S Surveillance and Early Warning of eruptions
Modules Products Satellite - Sensor Satellite Revisit
Time
Map Products
spatial
resolution
VAOT
LAOT
Aerosol Optical
Thickness
TERRA ASTER
EO-1 HYPERION
16 gg
16 gg
15 m
30 m
TERRA AQUA MODIS 2 gg 1 km
WV H2O Content
(g/cm2)
EO-1 HYPERION 16 gg 30 m
SO2 SO2 Flux (Kg/s) FLAME Ground remote
sensing network
Continuous -
SO2 SO2 Content
(g/m2)
ASTER 16 gg 90 m
CO2 CO2 Abundance
(ppm)
HYPERION Simulation - 30 m
Modulo Logic workflowFor 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
Dal dato raw al parametro del plume vulcanico
CalibrationGeoreferentiation
Dedicated
algorithmEO DATA
Optical and/or radar
Auxiliary and
Ancillary data
Added Value
productRaster to Vector
Coregistred
Shapefile
is obtained
Before to post on the GIS each raster needs to be converted in a ESRI like vector..
Product
Vectorfile
Product
RTM
Simulation
Maps
Surface reflectance
Vertical profile
Plume altitude
Optical particle parameters
Convolution with
sensor response
function
Aerosol vulcanicoAerosol vulcanico
nel plume di nel plume di
degassamentodegassamento
Lo spessore ottico del plume Lo spessore ottico del plume vulcanico (AOT) e’ un vulcanico (AOT) e’ un parametro geofisico parametro geofisico
proporzionale alla quantita’ proporzionale alla quantita’ di particolato presente nel di particolato presente nel
plumeplume
Spinetti et al, 2003, AG
Moduli LAOT e VAOTLOW RESOLUTION AEROSOL OPTICAL THICKNESS
and Medium-high RESOLUTION AEROSOL OPTICAL THICKNESS
� Il modulo VAOT analizza dati Aster e Hyperionil 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 � 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
Hyperion VAOT 550nm@30m
Module input
AOT_Hy
24-9-2001 09:34GMTAOT mean 0.30+-0.09
AOTmin0.05+-0.02
AOTmax 1.10+-0.33
Plume area 2.25km2
Plume direction NEEO-1 - Hyperion 24 Sept 2001
ASTER VAOT 550nm@15m
Module inputModule output Classificated
TERRA-ASTER 10 May 2010
min0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6max
MODIS LAOT550nm @1 km
Terra MODIS 16-6-2008 9:40UTC
AOTCLASSAOT550NM AOTCLASS
< 0.2 or > 2 - 9999
0.2 – 0.4 0
0.4 – 0.6 1
0.6 – 0.8 2
La mappa classificata è stata pensata in modo da fare la ricerca del plume in
maniera AUTOMATICA (senza l’intervento 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.
> 0.8 3
3 July 2008 10:20UTC
AOTCLASS Results: 19 July 2008 10:20UTC
Modulo WVMedium-high RESOLUTION water vapor content
WV 25-10-2006
Il prodotto del 25Ottobre 2006 ci mostrala struttura del plume divapore maggiormenteconcentrato in 3 distintezone dell’area sommitalecorrispondenti ai cratericentrali.
Luglio 2007 il plumerisulta molto diffuso su
WV 9-7-2007 8-10-2009
risulta molto diffuso sututta l’area sommitale.Da un’analisi delprodotto dei flussi diSO2 questo risulta unperiodo di flussi elevati.
Il prodotto dell’8 Ottobre2009 ci mostra un plumedi vapore acqueo bendirezionato a Sud.
Modulo Flusso di SO2 Rete terrestre FLAME
Le prime misure del flusso di SO2 rislagono agli anni ’70 con il COSPEC. Dal 2005 all’Etna e’ stata svilupata la rete FLAME con i sistemi UV-Doas.
EVEN
EMIL
station scans
Data analysisFLAME-Etna network
ENIC
ECUR
EILI
EMIL
SO2 emission during the initial phase of 2008-2009 eruption
20000 t/g
I Ciclo II Ciclo III Ciclo
Flux
700 t/g
SO2Flux
Date
Analisi della serie storica 2000-2010 VAOT e 2005-2008 SO2
16 sett 0728 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
Parossisma 13 Gennaio 2011
11 gennaio 20119:16 UTC
Input :Dati Modis Terra e Aqua
Output:AOT@550nm 1km
11 gennaio 201112:36 UTC
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
- I moduli del sistema che sono stati sviluppati durante l’intera durata del progetto forniscono informazioni sullo stato di degassamento dell’Etna 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
Conclusioni
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.
- L’analisi delle serie storiche di 10 anni di dati sembrano indicare che prima di alcuni eventi ci sono valori elevati di spessore ottico, come nell’eruzione 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.
Grazie dell’attenzione
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