Bruno, N.

Burton, M. R.

Caltabiano, T.

La Spina, A.

Longo, V.

Murè, F.

Randazzo, D. A.

Salerno, G. G.

Earth-prints Repository

 Prot. int. n° UFVG2009/46 
 
Rapporto sullo sviluppo delle reti FLAME Etna e Stromboli, per la misura del flusso SO2, 
durante il periodo 2005 – 2009 
 
Daniele Armando Randazzo,  
T. Caltabiano, G. G. Salerno, F. Murè, N. Bruno, V. Longo, A. La Spina, M. R. Burton 
 
 
Il comportamento dei vulcani è sempre stato oggetto di studio in tutto il mondo per meglio capire e 
tentare di prevedere la loro attività; dal punto di vista geochimico un vulcano è una sorgente 
pressoché infinita di segnali e materiali da interpretare, molti dei quali si manifestano all’esterno 
attraverso le emissioni gassose e portano informazioni circa le origini e la quantità di magma 
coinvolta nel degassamento. Per studiare il comportamento di un vulcano non è sufficiente il 
singolo campionamento di un unico parametro, ma anzi la tendenza è quella di seguire l’andamento 
di tutti i segnali misurabili che, correlati fra loro, caratterizzano il sistema vulcanico. Questo 
concetto giustifica la necessità di un sistema di monitoraggio che rilevi con continuità anche il 
flusso delle emissioni gassose, in particolare quello dell’anidride solforosa (SO2) Infatti, tale gas è 
un indice diretto della quantità di magma degassato all’interno del vulcano a profondità inferiori ai 
3-4 km dalla superficie, quindi nelle porzioni relativamente più superficiali dei suoi condotti di 
alimentazione. Una tecnica molto usata per rilevare le quantità di gas SO2 è quella spettrometrica 
che consiste nel ricostruire la sezione del plume vulcanico usando spettrometri che rilevano 
l’assorbimento nel campo della radiazione ultravioletta: utilizzando la radiazione ultravioletta 
generata in alta atmosfera dai raggi solari, rivolgendo le ottiche verso l’alto, lo spettrometro viene 
trasportato mediante mezzo mobile al di sotto dell’emissione gassosa del  vulcano (plume), in modo 
da registrare l’impronta che tale gas lascia nello spettro di luce ultravioletta filtrata dalla presenza 
dell’SO2. Le quantità colonnari di SO2 così ottenute, normalmente espresse in ppm•m (parti per 
milione per metro) ci permettono di risalire alla quantità complessiva del gas nella sezione del 
plume che, moltiplicata per la velocità del vento in quota che si assume essere la velocità di 
spostamento della massa gassosa, fornisce una stima del flusso di SO2 emesso dal vulcano 
(normalmente espresso in t/d: tonnellate al giorno). 
 La tecnica così descritta è efficace ed è usata ancora oggi, ma è un metodo manuale che richiede un 
impegno fisico ed economico.  
L’esigenza del monitoraggio continuo ha portato allo sviluppo di un sistema automatico di misura 
che, a differenza del precedente, è costituito da una rete di strumenti di misura, opportunamente 
installati intorno al vulcano, con ottiche ruotanti per misurare lo spettro in funzione dell’angolo 
(scansione da punto fisso): il flusso di SO2 è misurato a condizione che il vento spinga il plume 
vulcanico sopra almeno uno degli strumenti della rete di rilevamento. 
Questo strumento, denominato “UV-Scanner”, è mostrato in figura 1 ed è impiegato sia nella rete di 
misura sul vulcano Etna (rete FLAME-Etna), composta da 5 UV-Scanner, che sul vulcano 
Stromboli (rete FLAME-Stromboli), dove la rete consta di 4 stazioni.  
 
 
Figura 1: Strumento di misura “UV-Scanner”. Si notano le ottiche ed il contenitore stagno. 
 All’interno lo strumento è composto essenzialmente da un motore passo-passo per il movimento 
delle ottiche, da uno spettrometro e da una scheda elettronica che, tramite comunicazione seriale 
RS232, coordina l’acquisizione e comunica gli spettri misurati al computer. A completamento della 
stazione UV-Scanner, per ottimizzare l’uso delle risorse disponibili, sono state scelte due diverse 
configurazioni per rendere lo strumento funzionante in contesti ambientali diversi: in particolare le 
stazioni della rete FLAME-Etna, data la disponibilità dell’energia elettrica distribuita su rete 
nazionale, includono al loro interno un computer ed un modem GSM per la trasmissione dei dati.  
Le stazioni della rete FLAME-Stromboli, essendo installate in zone disabitate, sono invece 
alimentate da pannelli solari e gestite direttamente da un solo computer “master” tramite rete 
wireless LAN: l’assenza d’inquinamento elettromagnetico consente di coprire lunghe distanze 
usando ripetitori tipo WiFi mentre un convertitore LAN-RS232 tipo Lantronix completa la 
connessione fra il computer master e la stazione UV-Scanner. 
In entrambi i casi, l’acquisizione degli spettri è coordinata dal software “SpectraLanCom”, che può 
essere configurato per trasmettere i segnali di controllo direttamente su porta seriale COM RS232 
oppure, come per la rete FLAME Stromboli, per gestire la stazione di misura da remoto attraverso 
la rete LAN utilizzando il protocollo TCP/IP. La figura 2 mostra l’interfaccia grafica del software 
SpectraLanCom, in cui è possibile notare il grafico dello spettro rilevato, l’angolo d’acquisizione 
corrente e la programmazione degli angoli di misura; tale software controlla automaticamente anche 
la sensibilità dello spettrometro per evitarne la saturazione ed ottimizzare il rapporto  
segnale/rumore (S/N). 
 Nel caso della rete FLAME-Etna, in ogni singola stazione un PC “on board” presiede alla 
scansione e all’acquisizione degli spettri che poi vengono convertiti con apposito software in un 
formato ASCII di dimensioni ridotte rispetto al dato grezzo, più adatto alla trasmissione via GSM, 
contenente il valore colonnare di SO2 in funzione dell’angolo di misura. 
 Figura 2: Interfaccia grafica del software “SpectraLanCom”.  
Le stazioni trasmettono poi questi dati tramite modem GSM, quando vengono interrogate da un 
computer centrale tramite l’applicativo “ModemPolling”. La figura 3 mostra l’interfaccia grafica di 
questo software, dove si nota la tabella dei numeri telefonici associati a ciascuna delle stazioni. 
 
Figura 3: Interfaccia grafica del software “ModemPolling”. 
Correlando le misure provenienti dalle stazioni della stessa rete e combinando tali dati con la 
direzione e velocità del vento in quota (ottenute da un modello matematico), il computer master 
elabora la posizione del plume e fornisce in tempo reale una stima del flusso di SO2 emesso dal 
vulcano. 
Le due reti di misura, FLAME Etna e Stromboli, sono in funzione rispettivamente dal 2004 e dal 
2005; ogni strumento UV-Scanner esegue attualmente in media 200 scansioni al giorno, 
permettendo di studiare le variazioni del flusso di gas SO2 con una risoluzione temporale non 
pensabile in precedenza. Per rendere il sistema di monitoraggio ancora più efficiente, l’applicativo 
ModemPolling informa i responsabili della rete tramite SMS, circa lo stato di funzionamento e le 
scansioni andate a buon fine. 
 
 
 
Ringraziamenti 
Si ringrazia il Dott. S. Giammanco per i suggerimenti nella stesura del presente rapporto e tutti quei 
colleghi che a vario titolo hanno contribuito alla realizzazione delle reti FLAME. 
 
 
 
 
 
Copyright 
Le informazioni e i dati contenuti in questo documento sono stati forniti da personale dell'Istituto Nazionale di 
Geofisica e Vulcanologia. Tutti i diritti di proprietà intellettuale relativi a questi dati e informazioni sono dell'Istituto 
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Rapporto sullo sviluppo delle reti FLAME Etna e Stromboli, per la misura del flusso SO2, durante il periodo 2005 – 2009

http://www.earth-prints.org/bitstream/2122/5509/1/090714_RT%20-%20Reti%20FLAMEs%20e%20UV-Scanner.pdf

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