Frane e subsidenza: i satelliti Sentinel-1 per il monitoraggio della deformazione del suolo, il caso della Toscana

Uno studio dei ricercatori del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Firenze e di TRE ALTAMIRA, pubblicato su Nature, ha messo in luce le potenzialità della costellazione di satelliti Sentinel-1 dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) per il continuo monitoraggio della deformazione del suolo, applicandole al caso della Toscana.

“Il lancio dei sensori di Sentinel-1 ha aperto nuove possibilità per le applicazioni dell’interferometria SAR (InSAR). Sviluppata all’interno dell’iniziativa Copernicus dell’ESA, la missione Sentinel-1 è una costellazione di due satelliti gemelli, Sentinel-1A e Sentinel-1B. Lanciati rispettivamente nell’aprile 2014 e nell’aprile 2016, condividono lo stesso piano orbitale. Rispetto ai precedenti satelliti SAR, i dati di Sentinel-1 mostrano alcune caratteristiche favorevoli: capacità di mappatura su scala regionale, osservazioni SAR sistematiche e regolari e rapida consegna del prodotto. I prodotti SAR di Sentinel-1 sono di libero accesso e quindi forniscono alla comunità scientifica, così come alle aziende pubbliche e private, archivi di dati radar disponibili, adatti alle applicazioni di monitoraggio. Nonostante la maturità delle tecniche interferometriche e la capacità operativa della costellazione Sentinel-1, la maggior parte delle applicazioni finora ha puntato a valutare l’uso di queste fonti di dati per mappare aree instabili piuttosto che fornire nuove informazioni per soluzioni di monitoraggio. Quindi, finora, il potenziale di questa costellazione non è stato sfruttato appieno”, scrivono gli autori.

Per lo studio è stato scelto il caso della Toscana, “selezionata per il suo peculiare assetto geologico incline ai fenomeni di instabilità del suolo”. “Il suo territorio, prevalentemente collinare con aree di montagna e qualche pianura, è noto per essere un’area incline alle frane”, hanno precisato i ricercatori. “Il sistema di monitoraggio presentato nello studio è stato richiesto, finanziato e supportato dalla Regione Toscana. La richiesta principale era uno strumento dinamico per aggiornare regolarmente la conoscenza della deformazione del suolo in Toscana. Le autorità regionali hanno richiesto informazioni su dove, quando e a quale velocità si sta muovendo il suolo per dare priorità e mitigare i pericoli ritenuti più urgenti. I principali requisiti dalle autorità locali erano: copertura regionale, precisione <1cm, continua trasmissione delle informazioni, tempestiva consegna dei prodotti aggiornati, basso costo. Sentinel-1 è l’unica costellazione di satelliti che permette il continuo monitoraggio della superficie terrestre e che può soddisfare tutti i requisiti”, sostengono i ricercatori nel loro studio.

Secondo gli esperti, “i risultati presentati in questa relazione mostrano l’efficacia della costellazione Sentinel-1 per il monitoraggio quasi in tempo reale delle deformazioni del suolo su un’area ampia”. “Sfruttiamo le immagini di Sentinel-1 per implementare un servizio basato su avanzati prodotti interferometrici adatti per la mitigazione del rischio a scala regionale. Questo servizio si basa sull’elaborazione sistematica delle immagini di Sentinel-1 per creare dati sulla deformazione del suolo continuamente aggiornati. Infatti, non appena è disponibile una nuova acquisizione, la nuova immagine è utilizzata per aggiornare tutte le serie temporali di spostamento di tutti i punti di misurazione identificati nell’area di interesse. Le serie temporali sono poi automaticamente analizzate attraverso una procedura di post-elaborazione, mettendo in evidenza qualsiasi tendenza anomala e/o accelerazione che sta influenzando l’area di interesse e fornendo possibili allerte, nonostante l’assenza di capacità in tempo reale”, spiegano i ricercatori.

“La figura 2 (a lato, ndr) riporta un esempio di anomalie classificate secondo la forza motrice. In media, sono identificate 150 anomalie per ogni aggiornamento”, riporta lo studio. “All’interno delle province di Pistoia e Prato, un grande ammasso di punti è influenzato da un notevole cambiamento nei tassi di spostamento, molto probabilmente relativo alla subsidenza indotta dall’esaurimento delle falde acquifere, che storicamente colpisce questa parte della Toscana. La maggior parte delle anomalie relative all’instabilità di versante si trova intorno ai versanti del cono vulcanico del Monte Amiata, tra le province di Siena e Grosseto e lungo l’Appennino nella parte settentrionale della Toscana, come ci si attende, poiché sono le aree della regione più soggette a frane. Notevoli gruppi di anomalie si trovano anche nelle Colline del Chianti e nella parte settentrionale delle Alpi Apuane. Nelle aree alluvionali della Toscana (valli di Arno, Serchio, Cornia, Ombrone e Chiana) sono registrate anomalie guidate dalla subsidenza della terra, con un massiccio ammasso nella pianura di Prato-Pistoia. Le anomalie collegate alle attività geotermiche si estendono sulle province di Pisa, Siena e Grosseto. Due piccoli ammassi di anomalie relative al sollevamento sono presenti nel settore inferiore della valle del fiume Ombrone e nell’area pianeggiante tra Firenze e Prato”, hanno svelato gli esperti.

“Il continuo monitoraggio della deformazione del suolo a scale regionali o nazionali è ora possibile utilizzando Sentinel-1, abbinando brevi tempi di analisi, la capacità di mappatura ad ampia scala, la regolarità delle acquisizioni e l’accesso libero ai dati con nuovi strumenti automatici per l’estrazione dei dati e il controllo di grandi set di dati con milioni di punti di misurazione che coprono migliaia di chilometri quadrati”, hanno concluso i ricercatori.