Gravimetria assoluta e carsismo

Misure gravimetriche tra Abruzzo, Umbria e Lazio mostrano cambiamenti nelle masse idriche sotterranee e possibili effetti post-sismici nei sistemi carsici dell’Aquilano

Un gruppo di ricercatori dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia ha pubblicato sulla rivista Remote Sensing uno studio dedicato alle variazioni della gravità terrestre e del contenuto idrico sotterraneo nell’Appennino centrale.

La ricerca, intitolata “Time-Lapse Absolute Gravity Measurements Unveil Subsurface Water Content Variations in Central Italy”, analizza le misure effettuate tra il 2018 e il 2023 in quattro stazioni distribuite tra Abruzzo, Lazio e Umbria: L’Aquila, Popoli, Sant’Angelo Romano e Terni.

Lo studio mette in relazione la gravimetria assoluta con dati satellitari, modelli idrologici e monitoraggi InSAR, mostrando come le variazioni di massa dell’acqua nel sottosuolo possano essere rilevate anche in ambienti carsici complessi e in aree interessate da intensa attività sismica.

La rete gravimetrica nell’Appennino centrale e il ruolo del gravimetro FG5

La rete di misura è stata sviluppata nell’ambito di progetti finanziati dall’INGV, tra cui il progetto AGAVE, dedicato allo studio integrato dei rischi naturali attraverso gravimetria assoluta, GNSS e telerilevamento.

Le campagne di misura sono state eseguite con un gravimetro assoluto FG5#238, uno strumento ad alta precisione basato sulla caduta libera controllata da interferometria laser e orologio atomico. Le misure sono state effettuate in ambienti chiusi, durante le ore notturne, per ridurre il rumore ambientale e ottenere precisioni dell’ordine di pochi microGal.

Secondo i ricercatori, le variazioni osservate raggiungono circa 15-20 microGal in tre stazioni, mentre nel sito di L’Aquila si arriva a circa 37-40 microGal. Si tratta di valori significativi per questo tipo di monitoraggio geofisico.

Un precedente comunicato dell’INGV aveva già evidenziato l’importanza della gravimetria assoluta nelle aree sismogenetiche dell’Appennino centrale, in relazione ai terremoti del 2009 e del 2016. (ingv.it)

Carsismo e acqua sotterranea: il caso di L’Aquila

L’aspetto più interessante per il mondo speleologico riguarda il comportamento dell’area aquilana.

I dati mostrano infatti che le variazioni gravimetriche registrate a L’Aquila risultano molto più ampie rispetto a quelle spiegabili dai modelli idrologici regionali. Secondo gli autori, il fenomeno potrebbe essere collegato a redistribuzioni locali di massa nei sistemi carsici fratturati del sottosuolo.

L’area dell’Aquilano è caratterizzata da acquiferi carbonatici profondi, forte fratturazione tettonica e fenomeni di carsismo diffuso. In questo contesto, terremoti e sequenze sismiche possono modificare la permeabilità delle rocce, la circolazione idrica e la pressione nei pori.

I ricercatori ipotizzano che i terremoti dell’Terremoto dell’Aquila del 2009 e della sequenza Terremoti dell’Italia centrale del 2016 abbiano prodotto aggiustamenti progressivi nelle microfratture del sistema carbonatico, con effetti ancora osservabili a distanza di anni.

Secondo lo studio, questi processi potrebbero avvenire senza deformazioni verticali evidenti del terreno. Per questo motivo risultano invisibili alle normali tecniche InSAR, ma rilevabili attraverso la gravimetria assoluta.

I dati satellitari GRACE-FO e GLDAS confermano il deficit idrico

Per interpretare le variazioni osservate, il gruppo di ricerca ha integrato le misure gravimetriche con i dati satellitari della missione GRACE-FO e con il sistema modellistico GLDAS.

Le analisi mostrano una diminuzione significativa dello stoccaggio idrico terrestre tra il 2018 e l’autunno 2020. La perdita stimata a scala regionale raggiunge circa 9 gigatonnellate di acqua.

Le serie temporali delle precipitazioni, dei livelli piezometrici e delle portate fluviali indicano una coerenza generale con il calo della gravità misurato nelle stazioni.

Nel caso di Terni, le variazioni delle falde spiegano gran parte del segnale gravimetrico. A L’Aquila, invece, il comportamento appare più complesso e suggerisce l’esistenza di fenomeni locali non descrivibili dai modelli regionali.

Gravimetria assoluta e speleologia: nuove prospettive di ricerca

Lo studio apre prospettive interessanti anche per la ricerca speleologica e idrogeologica.

La possibilità di individuare redistribuzioni di massa in sistemi carsici profondi senza deformazioni superficiali evidenti offre nuovi strumenti per comprendere il funzionamento degli acquiferi carbonatici dell’Appennino.

Secondo gli autori, la gravimetria assoluta potrebbe diventare un supporto importante nello studio dei processi post-sismici, delle variazioni di porosità e delle migrazioni di fluidi sotterranei.

In aree caratterizzate da grotte, faglie attive e grandi circuiti idrici carsici, queste tecniche potrebbero contribuire a migliorare la conoscenza delle dinamiche sotterranee e dei rapporti tra sismicità e circolazione delle acque.

L’integrazione tra gravimetria assoluta, telerilevamento satellitare e dati idrogeologici viene indicata dai ricercatori come uno degli approcci più promettenti per il monitoraggio delle aree carsiche sismicamente attive.

Un monitoraggio di lungo periodo per i sistemi carsici dell’Appennino

Il lavoro evidenzia anche i limiti attuali del monitoraggio. Le campagne gravimetriche sono episodiche e non permettono di seguire nel dettaglio le variazioni stagionali rapide.

Nonostante questo, la precisione delle misure consente di individuare tendenze di lungo periodo e anomalie localizzate difficilmente osservabili con altri strumenti.

Per gli autori, mantenere reti di gravimetria assoluta nelle aree tettonicamente attive dell’Appennino rappresenta un elemento importante per studiare le dinamiche profonde dei sistemi idrici sotterranei e i loro rapporti con la sismicità.

La ricerca conferma anche il valore multidisciplinare di questi monitoraggi, che coinvolgono geofisica, idrogeologia, carsismo e osservazione satellitare.