Poiché la forza di gravità dipende dalla massa sottostante, ogni variazione nel contenuto d’acqua nel terreno (pioggia, umidità del suolo, acque sotterranee) si riflette in un cambiamento misurabile dell’accelerazione di gravità.
La misurazione precisa di questi cambiamenti (il monitoraggio gravimetrico) ripetuta nel tempo può diventare un utile strumento per distinguere i processi idrogeologici dai movimenti della crosta terrestre nelle aree sismicamente attive, come l’Appennino Centrale.
Monitoraggio della gravità
In contesti geologicamente complessi, come l’Appennino Centrale, i dati raccolti dalle reti di monitoraggio (sismiche, GNSS e InSAR) possono registrare segnali derivanti sia da processi tettonici e post-sismici, sia da variazioni delle risorse idriche sotterranee.
Un team di ricerca dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) ha utilizzato gravimetri assoluti trasportabili che, per la loro elevata precisione e stabilità di misura, sono adatti a monitorare le variazioni temporali dell’accelerazione di gravità.
La ricerca si è basata su sei campagne di misura effettuate con un gravimetro assoluto FG5 su una rete di quattro stazioni (L’Aquila, Popoli, Sant’Angelo Romano e Terni) distribuite tra Lazio, Umbria e Abruzzo, aree interessate dalle sequenze sismiche del 2009 e del 2016-2017.
Attraverso misure ripetute nel tempo, il team di ricerca ha rilevato una diminuzione della gravità in tre siti monitorati, con variazioni particolarmente evidenti nell’area aquilana tra il 2018 e il 2020. Questa diminuzione corrisponde a una significativa perdita di acqua nel sottosuolo in quel biennio, legata principalmente a fattori climatici e a processi idrologici su scala regionale.
Mappa della rete di stazioni dove sono state fatte le misure assolute di gravità nel corso di 6 campagne, dal 2018 al 2023. © INGV
Il confronto tra gravimetria e piovosità
L’approccio multidisciplinare ha analizzato sia dati acquisiti a terra, come gravità, piovosità e livelli di falda, sia osservazioni satellitari ottenute dalla missione GRACE-FO e dall’interferometria radar Sentinel-1 (InSAR).
L’analisi delle serie temporali InSAR ha escluso la presenza di deformazioni verticali significative del suolo (come sollevamenti o abbassamenti), mentre il confronto con i dati del modello GLDAS e della missione GRACE-FO ha confermato un trend regionale di diminuzione del contenuto d’acqua nel suolo, coerente con le osservazioni di piovosità e con i livelli di falda misurati nei pozzi.
Lo studio ha inoltre evidenziato come la risposta gravimetrica dipenda fortemente dal contesto geologico locale. Nel sito dell’Aquila la diminuzione della gravità osservata è risultata superiore a quanto previsto dal solo deficit idrico. Questo potrebbe indicare che la conformazione geologica del bacino e la dinamica dei fluidi nel sottosuolo abbiano contribuito ad amplificare la risposta gravimetrica locale. Il team di ricerca ha inoltre osservato una concomitante diminuzione dell’attività sismica registrata nell’area aquilana durante il periodo di massimo deficit idrico.
Lo studio evidenzia come la gravimetria assoluta, proprio perché di elevata precisione ed elevata stabilità, possa contribuire a monitorare i cambiamenti di massa nel sottosuolo e a migliorare la comprensione delle possibili interazioni tra dinamica idrogeologica, deformazione crostale e sismicità locale.
Lo studio “Time-Lapse Absolute Gravity Measurements Unveil Subsurface Water Content Variations in Central Italy”, condotto da ricercatori e ricercatrici dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), è stato pubblicato sulla rivista scientifica Remote Sensing.
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