Studio innovativo a Murisengo: nuovi metodi geofisici per caratterizzare fenomeni carsici in territori gessosi
Un team di ricercatori italiani ha condotto uno studio pionieristico per caratterizzare sinkhole mediante tecnologie geofisiche non invasive[1].
La ricerca, pubblicata sulla rivista scientifica Earth Surface Processes and Landforms, presenta l’utilizzo della tomografia elettrica 3D per indagare un fenomeno di sprofondamento verificatosi nel 2019 a Murisengo, in Piemonte[1][2].
- Lo studio racconta come è stato analizzato un “sinkhole”, cioè una cavità che si apre nel terreno, comparso nel 2019 vicino a Murisengo, in Piemonte.
- L’area è fatta in gran parte di gesso. In questi terreni i sinkhole possono formarsi più facilmente, anche in presenza di attività umane come le cave.
- I ricercatori hanno usato una tecnica “non invasiva” chiamata tomografia di resistività elettrica (ERT). In pratica, con strumenti in superficie hanno “fotografato” l’interno del sottosuolo senza scavare.
- Le misure ERT sono state combinate per creare un modello 3D della zona sotto il sinkhole. Questo ha aiutato a capire dove passano i vuoti e i materiali più teneri.
- Il risultato principale: il sinkhole sarebbe nato per “suffusione”. Significa che sedimenti ricchi di argilla si sono mossi lentamente verso il basso dentro un condotto nel gesso, finché in superficie si è creato l’avvallamento.
- Un elemento importante è che, nelle gallerie di una cava vicina, è stato trovato un cono di detriti comparso nello stesso periodo del sinkhole in superficie. Questo conferma il collegamento tra ciò che è successo sopra e sotto.
- Perché è utile: questo metodo permette di capire dove il terreno potrebbe cedere e di valutare meglio i rischi per strade, case e infrastrutture, senza fare scavi o sondaggi invasivi.
- Messaggio chiave: con strumenti geofisici in superficie è possibile “vedere” nel sottosuolo e ricostruire come si formano i sinkhole, così da prevenire danni e pianificare interventi in modo più sicuro.
Innovazione metodologica nella ricerca speleologica italiana
Il caso studio di Murisengo rappresenta una svolta nell’approccio scientifico ai fenomeni carsici[1].
Gli studiosi Sabrina Maria Rita Bonetto, Chiara Caselle, Cesare Comina e Federico Vagnon hanno sviluppato una metodologia che combina osservazioni dirette sotterranee con indagini geofisiche di superficie[1].
La ricerca si è concentrata su un sinkhole apparso contemporaneamente alla formazione di un cono di materiale detritico nelle gallerie di una cava sotterranea di gesso[1].
Questa coincidenza ha offerto l’opportunità unica di confrontare dati diretti sotterranei con rilevazioni indirette dalla superficie.
Tomografia elettrica per la speleologia: caratteristiche tecniche dell’indagine
La tomografia di resistività elettrica (ERT) si è dimostrata particolarmente efficace nell’individuare i confini tra sedimenti del sinkhole e roccia ospitante[1].
Il contrasto di materiali tra sedimenti argillosi e gesso ha permesso di ricostruire geometrie sotterranee tridimensionali senza ricorrere a scavi invasivi[3].
Le indagini geofisiche hanno utilizzato cinque tomografie elettriche eseguite dalla superficie nell’area adiacente al sinkhole[1].
I risultati hanno fornito una ricostruzione 3D del fenomeno, successivamente confrontata con le caratteristiche geomorfologiche e strutturali della zona[1].
Processi di suffusione nel gesso: nuove evidenze scientifiche
Lo studio ha identificato il meccanismo genetico del sinkhole come un processo di suffusione[1].
I ricercatori hanno documentato un flusso viscoplastico di sedimenti ricchi di argilla all’interno di condotti nel substrato gessoso[1].
Questo processo di suffusione si distingue da altri meccanismi di formazione di sinkhole come il collasso o il cedimento[1].
Nel caso di Murisengo, i sedimenti coesivi hanno migrato verso il basso attraverso condotti preesistenti, creando progressivamente la cavità in superficie[1].
Monferrato: area sensibile ai fenomeni carsici gessosi
Il territorio del Monferrato risulta particolarmente suscettibile a fenomeni di subsidenza e sprofondamento a causa della presenza di estesi depositi gessosi messiniani[1].
L’area ha già registrato numerosi eventi simili, rendendo cruciale lo sviluppo di metodologie di monitoraggio e prevenzione[1].
La presenza di cave di gesso nella regione può influenzare la stabilità del territorio, richiedendo approcci di valutazione del rischio specifici per contesti carsici[1].
Le autorità locali mostrano crescente interesse verso campagne di valutazione del rischio basate su tecniche multiple[1].
Applicazioni della tomografia elettrica in speleologia
Le tecniche geofisiche hanno dimostrato vantaggi significativi nella riduzione delle incertezze legate a modificazioni superficiali antropiche o naturali[1].
La tomografia elettrica può identificare geometrie sotterranee di sistemi carsici preesistenti anche in assenza di evidenze superficiali[1].
L’efficacia della metodologia dipende dalle caratteristiche specifiche dei processi genetici dei sinkhole, dalle proprietà dei materiali di riempimento e dalle caratteristiche della roccia ospitante[3].
Nel caso di Murisengo, il contrasto tra sedimenti argillosi e gesso ha garantito risultati ottimali[1].
Validazione attraverso osservazioni dirette sotterranee
La possibilità di confrontare i risultati geofisici con osservazioni dirette nelle gallerie della cava ha rappresentato un aspetto distintivo dello studio[1].
Questa validazione ha confermato l’accuratezza delle ricostruzioni tridimensionali ottenute dalla superficie[1].
Le osservazioni sotterranee hanno permesso di comprendere l’interazione tra caratteristiche geologiche e strutturali del corpo roccioso e la generazione del sinkhole[1].
Questo approccio integrato costituisce un modello per future ricerche in contesti simili[1].
Prospettive per la ricerca speleologica italiana
La metodologia sviluppata a Murisengo apre nuove possibilità per la caratterizzazione non invasiva di fenomeni carsici in territori gessosi[1].
L’approccio può essere applicato ad altre aree del Monferrato e dell’Appennino settentrionale interessate da simili processi geologici[4][5].
La ricerca contribuisce al patrimonio scientifico nazionale nel campo della speleologia applicata, offrendo strumenti innovativi per la gestione del rischio in aree carsiche[1].
L’integrazione tra geofisica e osservazioni dirette rappresenta una frontiera promettente per la comprensione dei processi sotterranei[6].
Glossario
- Sinkhole
- Cavità o sprofondamento naturale del terreno, spesso sub-circolare, con profondità da pochi a decine di metri. In aree gessose o carsiche può formarsi in tempi rapidi o graduali.
- Carsismo
- Insieme di fenomeni geologici dovuti alla dissoluzione di rocce solubili (gesso, calcari, dolomie), che crea cavità, condotti sotterranei, doline e sorgenti.
- Gesso messiniano
- Roccia evaporitica formata nel Messiniano (fine Miocene, circa 7–5 milioni di anni fa) durante crisi di salinità del Mediterraneo; molto solubile e suscettibile a fenomeni carsici.
- Evaporiti
- Rocce formate dall’evaporazione di acque ricche di sali (es. gesso, anidrite, salgemma), caratterizzate da alta solubilità e bassa resistenza meccanica.
- Cava sotterranea
- Sistema di gallerie per l’estrazione di materiale (es. gesso) nel sottosuolo; può interferire con il regime idrogeologico e la stabilità dei vuoti naturali.
- Tomografia di resistività elettrica (ERT)
- Tecnica geofisica non invasiva che misura come la corrente elettrica attraversa il terreno per ricostruire in 2D/3D le variazioni di resistività legate a materiali, fratture, acqua e vuoti.
- Ricostruzione 3D
- Modello tridimensionale del sottosuolo ottenuto integrando profili ERT multipli, utile per visualizzare geometrie di cavità, riempimenti e contatti litologici.
- Resistività elettrica
- Proprietà fisica che descrive l’opposizione di un materiale al passaggio della corrente. Sedimenti argillosi e zone sature d’acqua tendono a bassa resistività; rocce asciutte o fratturate con aria tendono a più alta resistività.
- Suffusione
- Processo di migrazione verso il basso di sedimenti fini. Nei sinkhole di copertura può avvenire come flusso viscoplastico di argille lungo condotti o fratture, generando avvallamenti progressivi.
- Collasso
- Meccanismo di formazione di sinkhole per cedimento improvviso del “tetto” di una cavità che risale verso la superficie, tipico di coperture coesive e fragili.
- Sagging (cedimento per flessione)
- Abbassamento graduale e diffuso del terreno sovrastante una cavità, senza rottura improvvisa, con deformazioni lente e distribuite.
- Cono di detrito
- Accumulo conico di frammenti e sedimenti alla base di un punto di ingresso in cava o cavità sotterranea, indicatore di trasferimento di materiale dall’alto.
- Condotto carsico
- Galleria naturale nel substrato solubile, scavata dall’acqua che dissolve la roccia; può fungere da via preferenziale per la suffusione o per il drenaggio.
- Subsidenza
- Abbassamento progressivo del suolo dovuto a cause naturali (dissoluzione, compattazione) o antropiche (estrazione, pompaggio acque).
- Copertura (cover)
- Strato di sedimenti o suolo che ricopre la roccia madre (bedrock). Le sue proprietà meccaniche e granulometriche condizionano il tipo di sinkhole.
- Roccia madre (bedrock)
- Formazione rocciosa sottostante la copertura; nel caso di Murisengo è principalmente gesso.
- Anomalia a bassa/alta resistività
- Zona nel modello ERT con valori significativamente inferiori/superiori all’intorno, spesso associata rispettivamente a materiali argillosi saturi/rocce asciutte o fratture con aria.
- Indagine non invasiva
- Tecnica di studio che non richiede scavi o perforazioni, riducendo impatti, tempi e costi, e aumentando la sicurezza.
- Pericolosità e rischio sinkhole
- Pericolosità: probabilità che un sinkhole si formi in un’area. Rischio: combinazione di pericolosità, esposizione e vulnerabilità di persone e infrastrutture.
- Monitoraggio geofisico
- Uso ripetuto nel tempo di tecniche come ERT, GPR o sensori per rilevare variazioni del sottosuolo utili all’allerta e alla mitigazione.
- GPR (Ground Penetrating Radar)
- Tecnica geofisica a onde elettromagnetiche per immagini ad alta risoluzione dei primi metri del sottosuolo, complementare all’ERT.
- Fratture e giunti
- Discontinuità della roccia che possono convogliare acqua e sedimenti, favorendo dissoluzione e instabilità.
- Idrogeologia carsica
- Studio della circolazione dell’acqua in sistemi carsici; cruciale per capire i percorsi di flusso e i processi di svuotamento/riempimento di cavità.
- Validazione in sotterraneo
- Confronto tra risultati geofisici e osservazioni dirette in galleria o cavità, necessario per confermare interpretazioni dei modelli.
Fonti
https://dx.doi.org/10.1002/esp.5584
[1] Geophysical surveys for non?invasive characterization of sinkhole phenomena: A case study of Murisengo https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/esp.5584
[2] Geophysical surveys for non?invasive characterization of sinkhole phenomena: A case study of Murisengo https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.1002/esp.5584
[3] In fondo a un archivio paleolitico. Risultati di una prospezione geofisica integrata con rilievo topografico 3D a Grotta di Fumane. http://annali.unife.it/museologia/article/view/1508
[4] L’UNESCO riconosce i Gessi dell’Emilia Romagna come … – Scintilena https://www.scintilena.com/lunesco-riconosce-i-gessi-dellemilia-romagna-come-patrimonio-dellumanita/09/24/
[5] Conferenza Internazionale “Carsismo e grotte dell’Appennino … https://www.scintilena.com/conferenza-internazionale-carsismo-e-grotte-dellappennino-settentrionale/09/01/
[6] Speleologia e Ricerca Scientifica: Nuove Frontiere nello Studio … https://www.scintilena.com/speleologia-e-ricerca-scientifica-nuove-frontiere-nello-studio-delle-grotte/05/12/
[7] DOI Name Values https://dx.doi.org/10.1002
[8] ERT and GPR surveys for the detection of incipient collapse areas in urban environment https://meetingorganizer.copernicus.org/EGU21/EGU21-15100.html
[9] Experimental Study of Sinkhole Propagation Induced by a Leaking Pipe Using Fibre Bragg Grating Sensors https://www.mdpi.com/1424-8220/24/19/6215
[10] Monitoring and early warning detection of collapse and subsidence sinkholes using an optical fibre seismic sensor https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/23311916.2023.2301152?needAccess=true
[11] Distributed fibre optic sensing for sinkhole early warning: experimental study https://www.repository.cam.ac.uk/bitstream/1810/347918/3/jgeot.21.00154.pdf
[12] Automatic Segmentation of Sinkholes Using a Convolutional Neural Network https://uknowledge.uky.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1009&context=kgs_facpub
[13] Sinkhole Stability in Elliptical Cavity under Collapse and Blowout Conditions https://www.mdpi.com/2076-3263/11/10/421/pdf?version=1634276977
[14] New insights into the genesis of the Miocene collapse structures of the island of Gozo (Malta, central Mediterranean Sea) https://figshare.com/articles/journal_contribution/New_insights_into_the_genesis_of_the_Miocene_collapse_structures_of_the_island_of_Gozo_Malta_central_Mediterranean_Sea_/3453893/files/5424206.pdf
[15] Supplementary material to “Dissolution of a submarine carbonate platform by a submerged lake of acidic seawater” https://bg.copernicus.org/articles/19/347/2022/bg-19-347-2022.pdf
[16] Sinkhole Detection and Characterization Using LiDAR-Derived DEM with Logistic Regression https://www.mdpi.com/2072-4292/11/13/1592/pdf?version=1562306879
[17] Assessment of Sinkholes Investigations in Jangseong-Gun Area, South Korea, and Recommendations for Similar Studies https://www.mdpi.com/1660-4601/19/3/1111/pdf
[18] Sinkhole Scanner: A New Method to Detect Sinkhole-Related Spatio-Temporal Patterns in InSAR Deformation Time Series https://www.mdpi.com/2072-4292/13/15/2906/pdf?version=1627297037
[19] Detection of sinkhole occurrence, experiences from South Africa https://piahs.copernicus.org/articles/382/77/2020/piahs-382-77-2020.pdf
[20] Toward an integrated model of geological evolution for NE Brazil-NW Africa: The Borborema Province and its connections to the Trans-Saharan (Benino-Nigerian and Tuareg shields) and Central African orogens http://www.scielo.br/pdf/bjgeo/v50n2/2317-4692-bjgeo-50-02-e20190122.pdf
[21] Inventory data on the sinkhole occurrences from Proterozoic Cuddapah Basin, India https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6586726/
[22] Risk Prediction of Sinkhole Occurrence for Different Subsurface Soil Profiles due to Leakage from Underground Sewer and Water Pipelines https://www.mdpi.com/2071-1050/12/1/310/pdf
[23] U-Pb zircon ages of rocks from the Amazonas Territory of Colombia and their bearing on the tectonic history of the NW sector of the Amazonian Craton http://www.scielo.br/pdf/bjgeo/v46s1/2317-4889-bjgeo-46-s1-00005.pdf
[24] Non-Invasive Methodological Approach to Detect and Characterize High-Risk Sinkholes in Urban Cover Evaporite Karst: Integrated Reflection Seismics, PS-InSAR, Leveling, 3D-GPR and Ancillary Data. A NE Italian Case Study https://www.mdpi.com/2072-4292/12/22/3814/pdf
[25] The development of a time-based probabilistic sinkhole prediction method for coal mining in the Witbank and Highveld coalfields http://www.scielo.org.za/pdf/jsaimm/v120n6/06.pdf
[26] A new underwater karst phenomenon along the west coast of the Salento Peninsula (Italy): The “Enzo Manieri-Elia” Cave http://siba-ese.unisalento.it/index.php/thalassiasal/article/view/22707/19074
[27] Hints on the Late Miocene Evolution of the Tonale-Adamello-Brenta Region (Alps, Italy) Based on Allochtonous Sediments From Raponzolo Cave https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/feart.2021.672119/pdf
[28] Refining the Uluzzian through a new lithic assemblage from Roccia San
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[43] Anomalous Last Interglacial Tyrrhenian sea levels and Neanderthal settling at Guattari and Moscerini caves (central Italy) https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7368079/
[44] Central Mediterranean tephrochronology between 313 and 366?ka: New insights from the Fucino palaeolake sediment succession https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bor.12610
[45] STRUTTURA DELLA CROSTA TERRESTRE IN CORRISPONDENZA DELL’ITALIA CENTRALE (Gran Sasso) https://www.annalsofgeophysics.eu/index.php/annals/article/download/5864/5797
[46] Scoperte Speleologiche nelle Madonie: una nuova galleria ventosa … https://www.scintilena.com/esplorazioni-speleologiche-nelle-madonie-una-nuova-galleria-ventosa-in-grotta-petrini-a-isnello/01/07/
[47] Nuove esplorazioni nell’Abisso Golla Profonda: Speleo Club … https://www.scintilena.com/nuove-esplorazioni-nellabisso-golla-profonda-speleo-club-orobico-e-gruppo-grotte-milano-riprendono-le-ricerche/06/07/
[48] Scintilena Luglio 2025: le scoperte e le esplorazioni speleologiche … https://www.scintilena.com/scintilena-luglio-2025-le-scoperte-e-le-esplorazioni-speleologiche-piu-seguite/07/19/
[49] GASP! Porta a Termine Terza Immersione nella Grotta Rotolo https://www.scintilena.com/gasp-porta-a-termine-terza-immersione-nella-grotta-rotolo/07/31/
[50] Nuove Scoperte nella Grotta Labassa – Scintilena https://www.scintilena.com/nuove-scoperte-nella-grotta-labassa-un-passo-avanti-nelle-esplorazioni-del-marguareis/01/01/
[51] la Matejeva Jama, Un viaggio tra storie, fiumi e grotte che uniscono https://www.scintilena.com/ultime-scoperte-sul-carso-la-matejeva-jama-un-viaggio-tra-storie-fiumi-e-grotte-che-uniscono/07/25/
[52] Grotte e speleologia in Aspromonte: la Grotta dei Quatrari di Oppido … https://www.scintilena.com/grotte-e-speleologia-in-aspromonte-la-grotta-dei-quatrari-di-oppido-mamertina/06/09/
[53] TOMOGRAFIE ELETTRICHE SU CAMPIONI DI LABORATORIO https://www.semanticscholar.org/paper/0aae36ecf825f1ec24b8f2a33d1543fefa587c58
[54] Applicazione di metodi geofisici di tipo geoelettrico ed elettromagnetico per lo studio della distribuzione spaziale dei suoli https://www.semanticscholar.org/paper/438ede98ad3ebd042c6c69c4b85f87490c58fba5
[55] Application of influence diagrams for well contamination risk management: a case study in the Po plain, northern Italy http://link.springer.com/10.1007/s10040-018-1860-9
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[58] Electrical resistivity tomography for studying liquefaction induced by the May 2012 Emilia-Romagna earthquake (Mw = 6.1, northern Italy) https://nhess.copernicus.org/articles/14/731/2014/nhess-14-731-2014.pdf
[59] Crustal Structure of the Seismogenic Volume of the 2010–2014 Pollino (Italy) Seismic Sequence From 3D P- and S-Wave Tomographic Images https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/feart.2021.735340/pdf
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[61] Investigating correlations of local seismicty with anomalous geoelectrical, hydrogeological and geochemical signals jointly recorded in Basilicata Region (Southern Italy) https://www.annalsofgeophysics.eu/index.php/annals/article/download/3066/3109
[62] Imaging overpressurised fracture networks and geological barriers hindering fluid migrations across a slow-deformation seismic gap https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10640567/
[63] UN REGISTRATORE DI INTELLIGIBILITÀ DEI SEGNALI RADIOTELEGRAFICI https://www.annalsofgeophysics.eu/index.php/annals/article/download/5769/5702
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[66] Joint Interpretation of Geophysical Results and Geological Observations for Detecting Buried Active Faults: The Case of the “Il Lago” Plain (Pettoranello del Molise, Italy) https://www.mdpi.com/2072-4292/13/8/1555/pdf
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[68] Overflows and Pyroclastic Density Currents in March-April 2020 at Stromboli Volcano Detected by Remote Sensing and Seismic Monitoring Data https://www.mdpi.com/2072-4292/12/18/3010/pdf
[69] An integrated geophysical approach for urban underground characterization: the Avigliano town (southern Italy) case study https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/19475705.2018.1526220?needAccess=true
[70] Thirty years of ground deformation monitoring at Stromboli volcano https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11954889/