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Laboratorio di Sviluppo per il Monitoraggio Ambientale


Sviluppo di strumentazione per varie tipologie di rilevamento di interesse geofisico ambientale

 

Supervisore: dott. Adriano Nardi


Il laboratorio supporta le attività di monitoraggio sul campo anche attraverso lo sviluppo e la sperimentazione di nuove tecnologie di monitoraggio ambientale. Esso dispone di una vasta gamma di strumenti di misura per indagini che vanno dalla radioattività ambientale, all’inquinamento elettromagnetico alla prospezione geofisica. Il laboratorio è già stato di supporto a numerose campagne di prospezione geoelettrica, magnetica ed aeromagnetica, ha intrapreso la sperimentazione di una rete di monitoraggio elettromagnetico in banda VLF e sta attualmente sviluppando tecnologie per il monitoraggio “time lapse” di aree soggette a situazioni geologiche di rischio immediato per la popolazione come frane e sinkholes. Si è occupato altresì di strumenti per indagini non invasive sui materiali.


Figura 1 (sx). La rete sperimentale INGV per il monitoraggio di segnali a grandissima lunghezza d’onda impiega un tipo di antenna attiva lunga soltanto un metro e sensibile al solo campo elettrico. Il ricevitore ha risposta uniforme nell’intervallo tra 1 e 13 kHz e sensibilità di 1μV. Il monitoraggio avviene in modo continuo alla frequenza di campionamento di 44.1 kHz. Questo segnale viene poi analizzato ricavando spettrogrammi acustici.

Figura 2 (sx). La rete di monitoraggio elettromagnetico a bassa frequenza riceve segnali posti nella porzione di spettro che si estende dalla banda ELF alla VLF, ovvero per l’intera estensione delle frequenze acustiche (da 20 Hz a 20 kHz). In questa gamma di frequenze il segnale radioelettrico può essere ascoltato direttamente senza bisogno di demodulazione. Al di sotto dei 9 kHz non esistono ufficialmente trasmissioni radio ma si possono rilevare emissioni elettromagnetiche naturali legate a fenomeni altamente energetici che si verificano nell’atmosfera e, probabilmente, anche nella litosfera.

 


Figura 3. Spettrogramma del rumore di fondo tipico in banda VLF. Si tratta di ciò che più comunemente si può osservare ed ascoltare in Italia nell’arco di tempo di 40 secondi (scala orizzontale) su una finestra di frequenze (scala verticale) compresa tra 0 (in alto) e 22 kHz (in basso); in figura si individuano vari fenomeni, evidenziati dai rettangoli numerati:
1) il rumore antropico urbano
2) spherics (attività elettrica naturale dell’atmosfera)
3) un fulmine caduto relativamente vicino
4) trasmissioni radio VLF intermittenti e continue

 

Figura 4. Oltre agli spherics, che sono fulmini provenienti da molto lontano, in particolari condizioni, o alle alte latitudini, è possibile osservare fenomeni naturali caratteristici come i tweeks, generati nella ionosfera dai fulnini, e i whistlers, generati nella magnetosfera sempre dai fulmini. In questo grafico la scala delle frequenze è rovesciata (22 kHz in alto). Registrazione effettuata durante una pioggia di whistlers presso il Monte Sassalbo (Fivizzano, Massa-Carrara).

 

Figura 5. Il tipico rumore di fondo naturale è costituito dal crepitio degli spherics. Si tratta di fulmini caduti in regioni lontanissime, per lo più nell’emisfero opposto. Per questo motivo si può ricevere lo stesso segnale da diversi punti di osservazione. In questi tre siti di osservazione messi a confronto il rumore antropico è differente ma gli spherics sono correlabili.

 


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