INGV: Il nostro diario di bordo

La Sala Operativa dell’INGV
Argomento affrontato da Marco Biondi, Andrea Celia e Vincenzo Giardina, Pierpaolo Pecoraio, Enrico Gennaro
La Gravimetria
Argomento affrontato da Daniele Tarso, Paolo La Mela e Josè Maria Sava
Strumenti per la misurazione di pendenza
Argomento affrontato da Giovanni Patanè, Simone Lombardo e Davide Caliò
Sismografo Elettromagnetico
Argomento affrontato da Emmanuele Lombardo, Rosario Tomasello, Sebastiano Buda e Angelo Giannino

Una visita all’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia

In data 10/03/2016 noi ragazzi della 4° e 5° A informatica ci siamo recati presso l’istituto nazionale di geofisica e vulcanologia(INGV) di Catania.
Visitando la sala operativa abbiamo potuto vedere come viene gestito tutto il monitoraggio del territorio nazionale sismicamente attivo attraverso le trasmissioni di dati da parte di varie stazioni
impiantate nel territorio.
All’INGV è affidata la sorveglianza della sismicità dell’intero territorio nazionale e dell’attività dei vulcani italiani.
Ha installato e gestiste circa 350 stazioni sismiche su tutto il territorio.monitor-sala-operativa
Come mostrato in foto vi sono diversi schermi che monitorano la situazione sia nazionale sia i casi di maggiore importanza a livello mondiale.
In alto ve ne erano alcuni che mostravano in tempo reale la situazione di 3 diverse località in vari modi, tra cui lo streaming tramite videocamera e termocamera.
Nella parte sottostante , invece, era presente la parte meno multimediale ma più tecnica, che si occupa della ricezioni di valori mandati dalle stazioni sismiche.
Nella parte sottostante, invece, era presente la parte meno multimediale ma più tecnica, che si occupa della ricezioni di  valori mandati dalle stazioni sismiche.
Trasmissione dati dei sensori
Dalle spiegazioni date dagli ingegneri dall’INGV si evince che i recenti progressi tecnologici nei sistemi microelettromeccanici, nelle comunicazioni wireless e nell’elettronica digitale hanno permesso lo sviluppo di piccoli apparecchi multifunzionali e capaci di comunicare tra loro tramite tecnologia wireless a raggio limitato. Questi piccoli apparecchi, chiamati nodi sensori, o mote, sono formati da componenti in grado di rilevare grandezze fisiche (sensori di posizione, temperatura, umidità ecc.), che sono stati disposti sull’Etna e Isole Eolie per elaborare dati e monitorare il territorio. Una rete di
sensori (detta anche sensor network) è un insieme di sensori disposti in prossimità oppure all’interno del fenomeno da osservare. Ogni sensore ha una riserva d’energia limitata e non rinnovabile e, una
volta messo in opera, deve lavorare autonomamente; per questo motivo tali dispositivi devono mantenere costantemente i consumi molto bassi, in modo da avere un maggior ciclo di vita. Per ottenere la maggior quantità possibile di dati occorre effettuare una massiccia distribuzione di sensori in modo da avere un’alta densità e far sì che i nodi siano tutti vicini tra loro, condizione necessaria affinché possano comunicare. Le sezioni che si occupano del monitoraggio vulcanico utilizzano sistemi differenti in relazione al segnale monitorato. I dati geofisici acquisite dalle stazioni remote dell’Osservatorio Etneo di Catania vengono elaborati da sistemi dedicati ed archiviati su una Storage Area Network(è una rete o parte di una rete ad alta velocità di trasmissione costituita da dei dispositivi di memorizzazione di massa).
Un intervento particolare tra i tanti fatti dagli studenti è stato:
“Perché l’orologio è un’ora indietro?” e i dipendenti ci spiegarono che l’orologio è sincronizzato con il
meridiano di greenwich in modo tale da poter comunicare in tutto il mondo e avere un punto di riferimento.  Un’altra cosa che ci ha colpito è stata la prontezza nel comunicare agli enti pubblici come l’aeroporto e vigili del fuoco se si verificano situazioni di pericolo che potrebbero compromettere la sicurezza civile.

La Gravimetria

Le nostre considerazioni
A seguito della visita all’INGV (istituto nazionale di geofisica e vulcanologia) l’ argomento che ci ha colpito è stato come funzionano gli strumenti di monitoraggio posti sull’Etna e nelle aree sismiche. In
modo particolare la nostra attenzione è stata posta sul gravimetro e sulla gravimetria. Inoltre abbiamo notato particolari software e sensori che sono posti sul nostro vulcano. All’interno della sala operativa abbiamo notato come tutti i dati ricevuti dai sensori vengono immagazzinati nel database.
Gravimetria
geoideSi chiama gravimetria la scienza che studia la gravità terrestre. Il valore del campo gravitazionale in un dato punto viene misurato con strumenti chiamati gravimetri.
La misura/ misura assoluta, effettuata in alcune località dette stazioni gravimetriche fondamentali, corrisponde al valore dell’effettiva accelerazione di un oggetto in caduta libera nel vuoto.
La misura relativa fornisce la differenza fra i valori  registrati dalle stazioni di misura e viene effettuata con strumentazione meno sofisticata allo scopo di determinare le anomalie di gravità. La stazione gravimetrica prende nome diverso a seconda del tipo (assoluta o relativa) e della precisione della medesima. Le stazioni
costituiscono i nodi di una rete gravimetrica, estesa, a seconda dello scopo, sino a coprire una certa regione (rete gravimetrica locale), una intera nazione (rete gravimetrica nazionale), più nazioni o un intero continente.
Strumenti: Gravimetro
GravimetroIl gravimetro è uno strumento di misura deputato alla misurazione dell’accelerazione di gravità g. La forza con cui una determinata massa è attratta verso il centro della Terra è precisamente bilanciata, all’interno del gravimetro, da un sistema elastico o da molle (o ancora da forze elettromagnetiche nei gravimetri più moderni). Una  piccolissima variazione di questa (dell’ordine di 10^{-10}) dà luogo ad un’oscillazione che si fermerà soltanto quando le forze saranno nuovamente bilanciate.
Ne esistono due tipi:
il gravimetro assoluto, posto in un determinato punto,  misura la gravità di quel particolare punto; il gravimetro relativo misura la differenza di gravità esistente fra due punti. Il gravimetro relativo presenta molta meccanica ma poca elettronica; quest’ultima corrisponde principalmente alle livelle elettroniche che permettono di “mettere in bolla” lo strumento e ne conferiscono quindi la stabilità.
Monitoraggio
Lab-ViewLe stazioni in acquisizione continua utilizzano tecnologie fortemente innovative, grazie alle quali è possibile garantire un corretto funzionamento in condizioni ambientali decisamente proibitive per il tipo di strumentazione.Sono stati sviluppati dei sistemi di  condizionamento attivo capaci di mantenere una temperatura stabilizzata intorno al gravimetro entro qualche decimo di grado.
E’ stato realizzato un software in ambiente Lab-View per la visualizzazione e l’ analisi in tempo reale delle sequenze di dati gravimetrici. Il primo pacchetto software consente di eseguire un certo numero di operazioni predefinite sui dati provenienti da una o più stazioni. Il numero di stazioni nonché l’ intervallo temporale su cui operare e il numero di parametri da utilizzare vengono selezionati dall’utente nell’ambito di una videata iniziale.Vista la non
continuità del funzionamento delle stazioni, è stata sviluppata un interfaccia grafica che visualizza i periodi di funzionamento per ciascuna stazione in modo da consentire la scelta della finestra temporale adeguata.

Strumenti per la misurazione di pendenza

Il tecnico dell’INGV ha descritto l’uso dell’inclinometro, accelerometro e tiltmetro, che misurano le variazioni di pendenza del vulcano fino a una precisione di uno per milione. Essi vengono posti in
luoghi differenti sulle pendici del vulcano quando è in fase di riposo.
La messa sotto pressione della camera magmatica provoca un gonfiamento del vulcano che vede l’inclinazione dei suoi pendii accentuarsi. In seguito all’eruzione vulcanica, la pressione nella camera magmatica si abbassa facendo diminuire l’inclinazione delle pendici del vulcano.
Così il vulcanologo può prevedere, in certi casi, l’inizio e la fine di un’eruzione quando gli inclinometri indicano una variazione della pendenza diversa del vulcano.
Inclinometro
inclinometroL’inclinometro è uno strumento di sicurezza applicato ad una macchina che consente il controllo dell’inclinazione, esso può essere digitale oppure analogico; l’inclinometro capta sia la pendenza del piano longitudinale e sia quella trasversale. Dalla elaborazione di serie di misure relative ad epoche diverse possono essere dedotti vari tipi di risultati con le relative tavole grafiche.

  • Spostamento totale
  • Spostamento cronologico
  • Inclinazione del tubo
  • Differenze fra i valori delle letture prese nei periodi
  • Spostamenti dei piani zX e zY
  • Tabulati dove vengono riportate le misure

Il tecnico ci ha fatto vedere vari tipi di inclinometro. Nella sua evoluzione vi sono stati molti cambiamenti per quanto riguarda le dimensioni, perchè si passa da uno strumento di grandezza che può
assomigliare ad un piccolo lume a petrolio per poi arrivare a uno strumento di dimensioni pari a un dischetto.
Accelerometro
L’Accelerometro è uno strumento di misura in grado di rilevare e/o misurare l’accelerazione,in effetti esso misura la forza specifica (forza per unità di massa). Nella maggior parte degli accelerometri, il
principio di funzionamento è il medesimo: si basa sulla rilevazione dell’inerzia di una massa quando viene sottoposta ad un’accelerazione.
Attualmente sono presenti numerosi tipi di accelerometro:

  • Accelerometro estensimetrico
  • Accelerometro piezoresistivo
  • Accelerometro LVDT
  • Accelerometro capacitivo
  • Accelerometro piezoelettrico
  • Accelerometro laser
  • Gravimetro

Tiltometro
Clinometro (Tiltometro) è lo strumento per la misura dell’inclinazione di un corpo. È costituito da una parte fissa e da una mobile, che consente di traguardare l’oggetto della misura. Sulla parte fissa
verticale c’è un riferimento in centimetri, con divisioni di un millimetro. Sulla parte orizzontale è fissata una livella. Con il clinometro si può calcolare l’altezza anche usando il metodo trigonometrico, leggendo il valore dell’angolo sulla scala posta a sinistra. In geologia, il clinometro è utilizzato per misurare l’inclinazione di uno strato roccioso.

Sismografo Elettromagnetico

Il sismografo viene utilizzato dall’ INGV per monitorare i fenomeni sismici che avvengono in tutta la sicilia e nelle isole eolie.
Cenni storici
L’invenzione del primo sismografo è attribuibile a Zhang Heng nel 132 d.C. Lo strumento era un’innovazione per l’epoca.Al suo interno era presente un pendolo che durante la scossa oscillava e colpiva delle levette presenti all’interno di un anfora. Nel 1703 venne migliorato attraverso l’uso del mercurio.
Dossier
In data 10/03/2016 le classi 4° e 5° informatica dell’istituto tecnico industriale Galileo Ferraris(belpasso) si sono recati verso l’INGV di Catania,la quale è la principale stazione di rilevazione sismica nazionale.
Qui accanto si può vedere due tipi di sismografi.sismografi
Tramite i satelliti e l’anomalia del segnale si può valutare la carica elettrica del terreno riuscendo a prevedere così una scossa fino a un massimo dall’ottavo grado della scala Richter.
Altri studi mettono in relazione la resistività del terreno con la diminuzione della resistenza elettrica prima di un sisma, così si può prevedere un sisma fino al quinto grado della scala Richter fra 1 e 19 giorni dall’evento.
Nella parte sottostante, invece, era presente la parte meno multimediale ma più tecnica, che si occupa della ricezioni di valori mandati dalle stazioni sismiche.