Burton, M. R.

Caltabiano, T.,

Gorgas, J.

Harig, R.

Jordan, M.

La Spina, A.

Murè, F.

Rausch, P.

Earth-prints Repository

  
 
Prot. int. n° 2008/070 
 
Installazione del sistema CERBERUS sullo Stromboli 
La Spina A.1, Burton M.R. 1 Caltabiano T. 1, Murè F. 1, 
Jordan M. 2, Gorgas J. 2, Rausch P. 2 & Harig R. 2
(1)Istituto Nazionale Geofisica e Vulcanologia Sezione di Catania 
(2)Technischen Universität Hamburg-Harburg (TuHH) Germania 
 
Introduzione 
L’attività Stromboliana, comune a vari vulcani, consiste in ripetute esplosioni, pressoché 
regolari nel tempo, con espulsione di materiale incandescente ad un’altezza da decine a centinaia di 
metri al di sopra dell’orlo craterico. Tali esplosioni sono dovute alla deflagrazione di bolle di gas 
prima disciolte nel magma e liberatesi da esso durante la sua risalita convettiva verso la superficie, 
in seguito alla diminuzione di pressione confinante. 
La metodologia FTIR consente la determinazione delle principali componenti gassose 
rilasciate dall’attività di degassamento craterico (H2O, CO2, SO2, HCl, HF, CO e OCS) mediante 
analisi spettrale delle componenti radiative del gas, e attraverso la successiva conversione in 
rapporti molari delle specie gassose sopra elencate è possibile caratterizzare qualitativamente la 
componente volatile emessa. L’analisi degli spettri è eseguita mediante confronto con spettri 
simulati da un modello che tiene conto sia dei parametri atmosferici, quali temperatura e pressione, 
che di quelli vulcanici. 
Le informazioni ottenute rivelano la profondità di equilibrazione dei gas che guidano l’attività 
esplosiva dello Stromboli. Ciò è possibile in quanto ogni componente volatile ha una specifica  
pressione di essoluzione dal magma. Il gas meno solubile, che quindi lascia per primo la fase fusa 
per passare alla fase gassosa, è la CO2; essa lascia il fuso già a profondità di ~4 km, seguita 
dall’H2O, dall’SO2 e infine dalle componenti alogene (HCl e HF), che vengono liberate dal magma 
in condizioni pressoché superficiali (nell’ordine delle decine di metri).  
Le bolle di gas che si formano nel magma in risalita migrano verso la superficie più 
velocemente del magma circostante, in quanto normalmente l’attività Stromboliana non è 
accompagnata da effusione lavica. Conoscendo pertanto i rapporti molari fra le varie componenti 
volatili che costituiscono le bolle di gas è possibile risalire alle condizioni di pressione e di 
temperatura esistenti al momento della loro formazione. Attraverso l’utilizzo di un modello che 
tiene conto delle condizioni di pressione litostatica, delle pressioni d’essoluzione dei gas disciolti 
nel magma e delle caratteristiche del magma di Stromboli si può quindi risalire alla profondità della 
sorgente dell’attività esplosiva di questo vulcano. Come dimostrato dal recente lavoro (Burton et al. 
2007 pubblicato sulla rivista Science, vol. 317; pag. 227-230), l’origine delle esplosioni più 
energetiche che si verificano ad un intervallo di 15-20 minuti (presentanti un alto valore nel 
rapporto CO2/SO2) è ricondotta  ad una profondità di circa 3 km, coincidente con la base dello 
Stromboli stesso (interfaccia edificio vulcanico-crosta). Di contro, le esplosioni meno intense sono 
ricondotte ad una sorgente più superficiale in accordo con la loro più alta frequenza, minore 
energia, minor contenuto in CO2 (più basso rapporto CO2/SO2) e maggior contenuto in HCl. 
Questo risultato ha aperto la strada a nuove possibilità applicative del modello, che non 
riguardano solo lo Stromboli ma che possono essere estese anche ad altri vulcani con attività simile. 
Inoltre, poter ottenere informazioni sulle condizioni profonde del degassamento consente 
probabilmente di avere più tempo a disposizione per definire le migliori condizioni di sicurezza per 
i numerosi turisti e operatori in ambito vulcanologico che ogni giorno si avvicinano ad un sistema 
vulcanico attivo. Pertanto, questa metodologia, applicata con continuità, potrebbe costituire un 
sostanziale supporto al Dipartimento di Protezione Civile.  
A tale scopo nei giorni 17-25 Giugno 2008 si è provveduto all’istallazione di uno 
spettrometro FTIR in continuo gestito in remoto, in modo che possa monitorare in maniera continua 
la composizione dei volatili emessi dallo Stromboli. Questo passo rappresenta una novità assoluta 
per il monitoraggio geochimico di un vulcano attivo. 
 
Il sistema 
Descrizione: 
Il sistema CERBERUS nasce dalla proficua collaborazione fra il gruppo di geochimica della 
Sezione di Catania dell’INGV e il gruppo del Prof. Roland Harig dell’Università di Amburgo. Il 
sistema installato (figura 1) è costituito essenzialmente da tre parti: i) una camera infrarossa, ii) uno 
spettrometro FTIR open-path e iii) un sistema di puntamento.  
La presenza della camera infrarossa permette, oltre che ad aver una visione della tipologia di 
attività in corso, il corretto puntamento dello spettrometro attraverso un sistema di specchi, in 
maniera che la radiazione entri in maniera parallela all’asse ottico dello spettrometro, garantendo un 
elevato rapporto segnale-rumore (figura 2). 
Il sistema di puntamento è costituito da due specchi: uno fisso e uno mobile posti davanti 
allo spettrometro. La radiazione infrarossa proveniente dall’attività vulcanica, viene introdotta 
all’interno dello spettrometro attraverso lo specchio mobile, dopo una prima riflessione sullo 
specchio fisso. 
 
 
                                
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
c a
b
d
 
Figura 1- Particolare interno della stazione FTIR-IrCamera Scanning. a-Spettroemetro Open-path; b-Camera Infrarossa; 
c- sistema di puntamento; d- sistema di raffreddamento 
 
Il sistema CERBERUS è racchiuso in un box all’interno del quale il funzionamento di due 
ventole determinano una continua circolazione di aria che determina il mantenimento di una 
costante temperatura di ~40. Inoltre, se a causa di un non corretto funzionamento del sistema di 
raffreddamento, la temperatura all’interno del box dovesse raggiungere i 60 °C il sistema si arresta 
automaticamente. 
Il box frontalmente presenta due finestre di differente dimensione (figura 3): quella più 
piccola (a) che presenta un diametro di 3 cm è fatta di germanio ed è l’apertura per la camera 
infrarossa, mentre quella più grande (b) con un diametro di 15 cm costituita da zaffiro, è utilizzata 
dal sistema di specchi per indirizzare la radiazione all’interno dello spettromentro.  
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 F
 
                   
                           
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 
 
Lo spe
Corporation, rigura 2- Esempio di procedura di acquisizione. In alto si notano i pixel dell’immagine della 
Ir-camera,  nella parte inferiore il relativo spettro acquisito.    
3- Stazione posta all'interno del box protettivo. Si notano le due differenti finestre (vedi testo). 
ttrometro con cui è equipaggiata la nostra stazione è l’FTIR Open-Path della MIDAC 
ecentemente acquistato dall’INGV, Sezione di Catania. Tale spettrometro presenta un 
detector con sensibilità fra 500 e 5000 cm-1 e non necessita di essere raffreddato mediante azoto 
liquido. La camera termica è  una Photon 320 della FLIR con una frequenza di frame di 30 Hz. 
All’interno della stazione è presente inoltre un computer attraverso cui vengono gestite le 
sue tre componenti essenziali della stazione e l’archiviazione delle informazioni acquisite. 
La gestione in remoto di tutto il sistema è garantita dall’accesso in desktop remoto al 
computer a bordo. 
Installazione 
Le prime fasi dell’installazione hanno visto l’esecuzione di sopralluoghi  nel mese di 
Novembre 2007 con l’obbiettivo di individuare il sito più idoneo per il posizionamento della 
stazione di misura e della struttura portante dei panelli solari per la sua alimentazione (figura 4). 
E’ possibile suddividere l’installazione in due fasi, la prima avvenuta nei giorni dal 17 al 20 Giugno 
in cui si è effettuato il posizionamento del box esterno protettivo, del sistema di alimentazione e il 
collegamento radio.  
  
Pizzo Sopra 
La Fossa
2
1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
F 
 igura 4-  Mappa schematica dei siti interessati dall’installazione; 1- la stazione di 
misura; 2- il sistema di alimentazione; in bianco la traccia sotterranea per il 
collegamento elettrico. 
La struttura portante dei pannelli solari è stata trasportata dal COA al punto di installazione 
mediante l’elicottero della Protezione civile. Successivamente si è proceduto all’installazione dei 
pannelli solari, al collegamento dei cavi di tensione e al posizionamento del box protettivo della 
stazione di misura. Il collegamento radio al COA avviene attraverso il ponte radio dei Vancori della 
rete wireless già presente utilizzata per la rete di UV-Scanner STFLAME (vedi rapporto  Prot. int. 
n° UFVG 2004/46). 
Il sistema di alimentazione è costituito da 4 pannelli solari da 120 watt, collocati in due 
differenti strutture.  Questa prima fase  è ultimata con la realizzazione di un cordone di muro a 
secco attorno al sistema di alimentazione con lo scopo di abbattere l’impatto ambientale del sistema 
e di proteggerlo dal vento (figura 5). 
 
  
a  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 b 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5-  In "a" il sistema di alimentazione. si noti in "b" l'abbattimento dell'impatto ambientale grazie alla 
realizzazione di un cordone di muro a secco 
La seconda fase dell’installazione, avvenuta nei giorni fra il 21 e il 24 Giugno, ha visto il 
posizionamento della stazione di misura all’interno del box esterno protettivo. Il corretto 
posizionamento, verificato grazie alla camera infrarossa con cui è equipaggiata la stazione, è dato 
dalla totale visione della fossa craterica da parte del sistema di puntamento (figura 6). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 F a 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7- Si noti il rid
 igura 6- Posizionamento del sistema CERBERUS. Si noti l’area crateric1 
2 
otto impatto ambientale delle strutture installate. 1-Stazione FTIR-Ircamera; 2- Sistema di 
alimentazione 
Conclusioni 
In futuro il sistema verrà reso totalmente automatico ovvero lo scanner individuerà il pixel 
più caldo e automaticamente indirizzerà la radiazione proveniente da questo pixel all’interno dello 
spettrometro; in tal modo si auspica che questa tipologia di strumentazione, la prima al mondo, dia i 
risultati aspettati in maniera da ottenere informazioni sul degassamento profondo dello Stromboli 
permettendo di individuare variazioni composizionali dei gas emessi che potrebbero anticipare forti 
eventi esplosivi. 
 
 
Ringraziamenti 
Un sentito grazie va rivolto al direttore della Sezione di Catania dell’INGV A. Bonaccorso e 
la RUF UFVG S. Calvari per il costante supporto e l’incoraggiamento offertoci durante la 
realizzazione e l’installazione della stazione. Un ringraziamento speciale va al Dipartimento di 
Protezione Civile per il supporto logistico e per l’utilizzo dell’elicottero e  alle guide di Stromboli e 
ai militari del Soccorso Alpino della Guardia di Finanza per il validissimo aiuto prestato durante le 
operazioni di sopralluogo ed installazione. 
 
 
 


Installazione del sistema CERBERUS sullo Stromboli

http://www.earth-prints.org/bitstream/2122/5605/1/WKRVGFTR20080714.pdf

Installazione del sistema CERBERUS sullo Stromboli

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