Newsletter n.7

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Scritto da Marco Cirilli

Il Laboratorio di sviluppo per il monitoraggio ambientale dell’INGV è un laboratorio versatile, “diffuso” tra due Sezioni di Roma dell’Istituto, che nel corso degli anni ha saputo arricchire la propria dotazione e migliorare la qualità delle misure con il continuo approccio alle nuove metodologie e con l’acquisizione di nuove tecnologie, competenze e strumentazioni.

Siamo andati alla scoperta delle molteplici attività che si svolgono al suo interno insieme a Roberto Carluccio, ricercatore dell’INGV che dal 2004 fa parte del team che opera quotidianamente nel Lab.

Roberto, in cosa consiste il lavoro che svolgete all’interno del Lab?

Il Laboratorio svolge un lavoro per così dire “integrato”, essendo dislocato a Roma in parte presso la Sede centrale di Via di Vigna Murata e in parte nei locali della Sede distaccata di Viale Pinturicchio. Nasce storicamente come laboratorio mobile, da piattaforma aerea, di misure del campo magnetico terrestre (CMT) dalle quali, attraverso l’elaborazione dei dati, si ottengono mappe di anomalia magnetica crostale.

Questo tipo di misurazioni, tipicamente condotte in “surveys” che coprono sistematicamente l’area di ricerca, forniscono, come prodotto finale, informazioni sulla struttura della crosta terrestre attraverso la ricostruzione della distribuzione delle proprietà magnetiche dei volumi crostali analizzati.

Quali sono gli obiettivi delle vostre misurazioni?

Quello che si cerca, attraverso la modellazione del campo di anomalia magnetica, è il maggior numero possibile di informazioni (posizione, geometria, caratteristiche fisiche) sulle “sorgenti” stesse di queste anomalie. Esistono diverse procedure per ricavare tali informazioni, una di queste, molto utilizzata nel Laboratorio, consiste nel trovare una soluzione al problema inverso applicato ai dati di anomalia magnetica su modelli fisici di propagazione del potenziale. La procedura, come si intuisce, è spesso di difficile applicazione a causa della grande variabilità e della molteplicità dei parametri fisici coinvolti.

Per rendere l’analisi più robusta e vincolare maggiormente la forma delle sorgenti, è quindi vantaggioso aumentare le informazioni a disposizione: per questo motivo il Lab si sta ultimamente dotando anche di un sistema per la misura del campo gravitazionale (detto “aerogravimetro”), capace di eseguire complesse misure anche in movimento e su piattaforme non strettamente inerziali.

Oltre a quelle che ci hai appena descritto, nel Lab si effettuano anche altre tipologie di misurazioni?

Sì, oltre che di misure di campi di potenziale il Laboratorio si occupa, da qualche tempo, anche di misure di radiometria. Si utilizzano, cioè, particolari strumenti per misurare lo spettro elettromagnetico della regione gamma e permettere l’individuazione e la valutazione della concentrazione in ambiente dei radionuclidi gamma-attivi, consentendo di costruire mappe territoriali di radioattività ambientale, sia essa di tipo naturale che dovuta ad attività umana.

Che tipo di strumenti utilizzate per svolgere queste attività così complesse?

Il primo dei tre strumenti a nostra disposizione, di potere risolutivo più limitato ma di altissima sensibilità, si usa su piattaforma mobile, sia aerea che su autoveicolo, e la misura può essere effettuata anche durante i “surveys” per le misure di potenziale descritte prima. Questo è lo strumento che permette la produzione delle mappe estese del territorio. 

Il secondo tipo di spettrometro gamma a disposizione del Laboratorio, invece, è ancora uno strumento portatile, di sensibilità inferiore, ma di risoluzione molto maggiore. Si usa a mano per un’ispezione locale di eventuali punti critici individuati nelle mappe.

Infine, il terzo e ultimo spettrometro è invece uno strumento di laboratorio montato all’interno di una cassaforte di piombo del peso di oltre una tonnellata, il cui scopo è schermare il rivelatore dalla radioattività ambientale, così che la misura sia nel miglior modo possibile rappresentativa del solo campione da analizzare. Questo strumento, caratterizzato da elevata risoluzione, consente la valutazione quantitativa delle concentrazioni dei radionuclidi presenti nei campioni ambientali.

Come si è evoluto, nel tempo, il lavoro all’interno del Laboratorio?

Negli anni il Laboratorio ha cercato di tenersi al passo con i tempi per quanto riguarda le nuove tecniche e tecnologie. La prima novità è stata l’introduzione delle tecniche di fotografia sferica e fotogrammetria digitale, che naturalmente si sono affiancate al processo di acquisizione del sistema documentale della piattaforma di misura aerea.

Durante l’esecuzione dei “surveys” da elicottero sono infatti contestualmente acquisite molte immagini delle zone sorvolate e sincronizzate alle misure al fine di interpretarne correttamente eventuali variazioni inaspettate. Il sistema documentale è stato sostituito non appena sono stati disponibili i primi sistemi multi-camera per la generazione di immagini sferiche e la registrazione digitale. 

Lo sviluppo di nuovi algoritmi digitali per l’elaborazione metrica delle immagini e la disponibilità di potenza di calcolo e archiviazione per la gestione di questa enorme quantità di immagini ha permesso quindi di introdurre l’uso delle tecniche di fotogrammetria digitale per l'acquisizione di modelli digitali del terreno a basso costo da affiancare alle misure.

Per finire, il Lab ha trovato una naturale evoluzione della propria vocazione “aerea”, cercando di estendere ove possibile le tecniche di misura proprie dei “surveys” da elicottero ai nuovi vettori UAV (droni ad ala fissa o multi-rotore), nati soltanto un decennio fa ma oggigiorno arrivati a standard di affidabilità molto elevati. Questi sistemi consentono di portare alcune delle misure storicamente condotte da elicottero (ad esempio quelle di anomalia magnetica) su aree più piccole con una versatilità che non ha precedenti. L’attività con gli UAV ha permesso di inaugurare nel Laboratorio una linea di ricerca tecnologica per lo studio di nuovi sensori e per l’adattamento di sensori esistenti a un uso con gli UAV, anche attraverso l’uso di nuove nuove tecniche di machine learning.