Istituto Nazionale di Geosifica e Vulcanologia - Sezione di Catania

LA TEORIA
La legge di gravitazione universale scoperta da Isaac Newton nel 1687, afferma che due corpi si attirano con una forza che è direttamente proporzionale alle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Questa forza è chiamata forza o attrazione gravitazionale ed è espressa dalla seguente relazione:

Quando si effettuano le misure della gravità sulla superficie terrestre, solitamente non si fa riferimento alla forza gravitazionale ma piuttosto all'accelerazione gravitazionale g.

L'accelerazione gravitazionale è indice della rapidità con cui cambia la velocità di un corpo sottoposto alla forza gravitazionale ed è direttamente proporzionale alla massa della Terra M e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra il centrodelle due masse, r.

Variazioni temporali nell’accelerazione di gravità possono essere l’effetto di:

fenomeni di ridistribuzione di massa che si verificano all’interno della Terra (migrazione di fluidi magmatici; variazioni di densità di corpi magmatici statici, soprattutto per variazioni nel contenuto di volatili; variazioni del livello dei fluidi presenti in un mezzo poroso; ecc.);

variazioni di distanza tra il punto di misura ed il centro di massa della Terra (es. innalzamento o abbassamento del suolo per effetto di fenomeni tettonici o vulcano-tettonici).

RETE GRAVIMETRICA DELL’ETNA
Misure gravimetriche vengono eseguite all'Etna da circa 15 anni. La rete per misure discrete attualmente comprende 71 stazioni distribuite sul vulcano a quote comprese tra 500 m e 3100 m s.l.m. (Fig. 1). Questo dispositivo è composto da 4 elementi distinti, interconnessi attraverso alcune stazioni comuni, che possono essere misurati indipendentemente, fornendo dati confrontabili tra loro dal momento che ciascun elemento è connesso ad un'unica rete basale di riferimento. Le misure lungo la rete vengono eseguite tramite un gravimetro digitale Scintrex CG-3M (Fig. 2) con una periodicità che normalmente è compresa tra un mese ed un anno ed è funzione delle esigenze logistiche, delle condizioni climatiche e dell 'attività del vulcano.

Fig. 1 Rete per il monitoraggio gravimetrico continuo e discreto dell’Etna. Nel riquadro a sinistra sono riportate le stazioni della linea di taratura lungo la quale vengono calibrati i gravimetri utilizzati per le misure discrete.

Fig. 3 Gravimetro LaCoste & Romberg D-157 in registrazione continua presso l’Osservatorio Vulcanologico di Pizzi Deneri. Sullo sfondo il cratere di NE.

Nel 1998, ai capisaldi per misure discrete, sono state affiancate 3 stazioni in acquisizione continua ubicate: presso l'Osservatorio Astronomico di Serra La Nave (SLN; 1740 m s.l.m.), a circa 10 Km di distanza dai Crateri Sommitali; presso l'Osservatorio Vulcanologico di Pizzi Deneri (PDN; 2820 m s.l.m.), a circa 2 Km di distanza dal Cratere NE (Fig. 3); in prossimità del bordo meridionale della Valle del Bove (Belvedere; BVD 2810 m s.l.m.), a circa 1 Km di distanza dal Cratere di SE.

ALCUNI ESEMPI: ERUZIONI DEL 2001 E DEL 2002-03
Le osservazioni gravimetriche discrete condotte durante il primo semestre del 2001, lungo un profilo ad andamento Est-Ovest sul versante meridionale del vulcano, hanno messo in evidenza una progressiva diminuzione del campo di gravità (Fig. 4) che è iniziata tra Febbraio e Maggio ed ha raggiunto il suo minimo (-80 µGal) il 19 Luglio 2001 (due giorni dopo l'inizio di una importante eruzione laterale). Questa anomalia riflette una diminuzione di massa di circa 2.5*1011 kg a 2.5 km di profondità sotto il livello del mare. Dal momento che molti terremoti distensivi sono stati registrati durante la prima metà del 2001 all'interno del volume interessato dalla contemporanea diminuzione di gravità, è ragionevole assumere che la variazione osservata sia l'effetto dell'apertura di nuovi vuoti in risposta alle sollecitazioni tettoniche che interessano il versante Sud-orientale dell'Etna. Questa “rarefazione” localizzata della pila vulcanica avrebbe consentito una risalita di magma direttamente da una zona di accumulo profonda, creando i presupposti per l'eruzione del 2001.
Tra il 26 e il 27 Ottobre del 2002, qualche ora prima dell'inizio dell'eruzione lungo il Rift di NE, alla stazione gravimetrica in continuo di Pizzi Deneri (PDN), è stata osservata una forte variazione negativa (alcune centinaia di microGal in circa mezz'ora). Successivamente, in meno di 4 ore, il valore medio della gravità è tornato ad un livello confrontabile con quello precedente la diminuzione (Fig. 5). Questa anomalia è stata interpretata come l'effetto di: (a) apertura di un sistema di fratture molto vicino alla stazione gravimetrica (variazione negativa; 1) e (b) successiva intrusione del magma (variazione positiva; 2) che, dal condotto centrale, attraverso le nuove fratture, ha raggiunto porzioni del Rift di NE a quota inferiore, dando luogo all'eruzione.

Fig.4 Variazioni gravimetriche osservate tra gennaio e il 19 luglio 2001 (due giorni dopo l’inizio dell’eruzione del 2001) lungo un profilo dell’Etna ad andamento Est-Ovest.