Le ricerche sviluppate nell’ambito del Dipartimento Ambiente comprendono settori disciplinari anche molto diversi tra loro - alcuni di consolidata tradizione in INGV, altri di recente introduzione e sviluppo in Istituto - che promuovono spesso studi in interazione sinergica. Per comodità, questi settori disciplinari sono tradizionalmente suddivisi in aree tematiche, che sono sinteticamente elencate nel seguito.
Geomagnetismo e Paleomagnetismo
Le ricerche di geomagnetismo riguardano lo studio del campo magnetico terrestre e delle variazioni delle sue componenti (di origine interna ed esterna alla Terra) a diverse scale spazio-temporali. Strumento essenziale per gli studi di geomagnetismo sono i dati raccolti presso gli osservatori geomagnetici a terra, sia quelli gestiti dall’INGV in Italia e in Antartide, sia quelli distribuiti su scala globale (ad esempio aderenti ad Intermagnet), e i dati provenienti da missioni satellitari (ad esempio Swarm).
Le ricerche di paleomagnetismo riguardano lo studio della magnetizzazione caratteristica rimanente delle rocce e forniscono informazioni sulle variazioni del campo geomagnetico del passato alla scala del tempo geologico. A questo si accompagnano una notevole varietà di applicazioni nel campo delle geoscienze, che includono lo sviluppo di modelli geodinamici e di analisi stratigrafiche integrate, come anche la datazione dei prodotti vulcanici e lo studio di processi ambientali legati alle variazioni climatiche o all’inquinamento dell’aria e/o dei suoli. I dati sono raccolti tramite campionamenti sul terreno, analisi di carote sedimentarie e misure specifiche di laboratorio.
Fisica dell’alta atmosfera
Studio della morfologia e della dinamica del plasma ionosferico e delle sue interazioni con le onde elettromagnetiche. Le ricerche sono focalizzate sulla radiopropagazione e modellistica ionosferica in diverse scale spazio-temporali, dalla
“climatologia ionosferica” alla meteorologia spaziale (Space Weather), al fine di: i) caratterizzare i fenomeni geospaziali che causano la variabilità dell’alta atmosfera, ii) determinare gli impatti della variabilità ionosferica sulle comunicazioni, sul posizionamento e sulla navigazione, ed elaborare strategie di mitigazione degli impatti, iii) sviluppare strategie di previsione a corto, medio e lungo termine della variabilità ionosferica. Le ricerche condotte si basano su dati sperimentali raccolti dagli osservatori e dalle stazioni ionosferiche dell’INGV a terra e da missioni satellitari.
Geofisica marina e osservazioni multiparametriche a fondo mare
Studio dei fenomeni e dei processi geofisici, oceanografici e ambientali che hanno luogo in ambiente marino, dalla litosfera all’oceano e alla superficie del mare attraverso l’uso di innovative infrastrutture di osservazioni multidisciplinari operanti sui fondali marini e l’acquisizione e l’analisi di serie temporali. Studio delle relazioni tra rilascio di energia legata all’attività sismica e vulcanica, e rilascio di fluidi e variazioni dei campi potenziali in ambiente marino. Sviluppo di metodologie di studio innovative per la caratterizzazione dei fenomeni vulcanici mediante misure di deformazioni orizzontali e verticali da fondo mare (in acque basse), con utilizzo simultaneo di sensori sismici, geodetici e l’osservazione di parametri oceanografici ed ambientali. Progettazione, sviluppo e gestione di sistemi innovativi di monitoraggio geofisici e multi-parametrici, real-time, per il monitoraggio geofisico, oceanografico e ambientale in aree di mare profondo ed in aree costiere. Questi sistemi vengono sviluppati nell’ambito delle attività dell’infrastruttura di ricerca EMSO e saranno ulteriormente potenziati nel corso delle attività previste dal progetto di potenziamento infrastrutturale (MIUR).
Oceanografia e clima
Studio della circolazione, dello stato e della variabilità dell’ambiente marino del Mar Mediterraneo mediante osservazioni, ri-analisi e modelli climatici. Il Mar Mediterraneo costituisce una zona di interesse data la sua vulnerabilità ai cambiamenti climatici e, lo sviluppo di una nuova ri-analisi del bacino stesso permetterà ulteriori analisi di lungo periodo dello stato del mare, dei cambiamenti climatici in atto e degli effetti sull’ambiente marino. L’analisi e integrazione di dati marini dell’Ente con dati provenienti da infrastrutture europee (Copernicus Marine Service, SeaDataNet) e internazionali (World Ocean Database) è dedicata al continuo sviluppo di: 1) tecniche di validazione di modelli di previsione e rianalisi; 2) tecniche di controllo di qualità di dati in situ; 3) indicatori per il monitoraggio dello stato del mare; 4) collezioni di dati storici e climatologie del Mediterraneo su scala decadale.
Studio della variazione del livello del mare basato su dati altimetrici, rianalisi e proiezioni climatiche, dei suoi effetti sulla costa e del ruolo del riscaldamento globale. Le analisi considerano valutazioni di subsidenza da dati geodetici e telerilevati, in particolare su piane costiere poste a meno di 2 m sul livello del mare e dunque maggiormente esposte al rischio di aumento del livello marino, tempeste e tsunami.
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Ricerche polari e paleoclima
Le ricerche condotte nelle aree polari comprendono osservazioni e ricerche geofisiche di parametri che riguardano sia la parte soprastante che sottostante la criosfera. Tra essi, si ricordano il monitoraggio e lo studio della ionosfera, dello Space Weather e del campo magnetico ai poli, lo studio dei costituenti neutri presenti in traccia nella stratosfera e nella mesosfera tramite spettroscopia a microonde, la determinazione e variazione dello spessore delle calotte glaciali, la determinazione dello stato fisico del substrato roccioso al di sotto delle calotte glaciali, lo studio delle successioni stratigrafiche sedimentarie e delle carote di ghiaccio. Le ricerche paleoclimatiche si basano sull’analisi integrata di indicatori climatici (fisici, chimici e biologici) in sequenze stratigrafiche marine e continentali del bacino del Mediterraneo e in aree polari. Queste attività concorrono all’individuazione e datazione (relativa e radiometrica) degli eventi climatici (ciclici e/o estremi), alla loro caratterizzazione in termini di variazioni di precipitazioni, di temperatura e di composizione chimica dell’aria e degli oceani. Sono inoltre finalizzate all’individuazione dei forzanti climatici e delle teleconnessioni che hanno agito e agiscono sul sistema climatico terrestre a scala regionale e planetaria. Le attività di ricerche paleoclimatiche coinvolgono il laboratorio di paleomagnetismo e magnetismo ambientale, di micropaleontologia e quello di micro-campionamento per studi sugli speleotemi.
Figura 2.1.1 Mappa che illustra lo scenario atteso di aumento di livello marino per l’anno 2100 per la costa di Vendicari (Sicilia), sede di una riserva naturale. Mappe come questa vengono realizzate a partire dai dati telerilevati InSAR, dati geodetici GNSS e
mareografici. Vengono calcolati i tassi di subsidenza e il trend di livello marino locale, i cui valori vengono integrati nelle diverse proiezioni climatiche dell’IPCC per ottenere gli scenari attesi.
Geochimica per l’ambiente e geologia medica
Studi di geochimica applicata alla caratterizzazione di aree adibite a discariche di RSU e relativi fenomeni di inquinamento. Studi idrogeochimici dei corpi idrici superficiali e sotterranei. Studi di geochimica isotopica per la definizione dei circuiti idrologici sotterranei, della dinamica delle precipitazioni atmosferiche, e come proxies dei cambiamenti climatici. Attività di ricerca e sviluppo di reti di monitoraggio geochimico per la tutela dell’ambiente e della salute umana. Studio del vulcanesimo sedimentario e dell’origine, migrazione ed emissione in atmosfera di gas naturale, con implicazioni per l’ambiente e per la tutela della salute umana. Studi sulla composizione chimica ed isotopica dell’atmosfera e implicazioni sui cambiamenti climatici. Studi di geologia medica finalizzati alla comprensione dei processi che determinano la mobilità, l’accumulo e il bio-accumulo di elementi e composti chimici naturali potenzialmente pericolosi per la salute umana. Studio delle emissioni antropiche attraverso l’utilizzo di misure telemetriche. Quantificazione delle emissioni di metano da pozzi di idrocarburi abbandonati in Italia ed Europa orientale, come contributo per le stime globali e implicazioni sui cambiamenti climatici. Studi sulla composizione chimica degli altri pianeti e implicazioni per l’origine della vita. Studi sugli effetti degli organismi viventi sui processi geochimici (Biogeochimica) e viceversa (Geobiochimica). Studio delle emissioni idrotermali sottomarine e implicazioni sulla composizione chimica delle acque e dei sedimenti. Sviluppo di tecniche di campionamento e analisi di matrici ambientali. Valorizzazione delle risorse geotermiche nel territorio italiano, quantificazione del potenziale geotermico e proposta di possibili utilizzi.
Geofisica per il monitoraggio ambientale
Le ricerche geofisiche in questo settore mirano alla caratterizzazione del territorio e del sottosuolo finalizzata alla mitigazione dei rischi naturali, ambientali e di origine antropica. Gli studi comprendono una fase osservativa e di misura multidisciplinare e integrata per il rilevamento di strutture e di inquinanti sotterranei attraverso tecniche geofisiche (spettrometria gamma, multispettrale, magnetismo, gravimetria, elettromagnetismo) condotte sia da terra che in volo. La tematica include studi sull’aumento del livello marino e la formulazione di scenari di allagamento lungo le coste del Mediterraneo, la ricostruzione digitale della topografia di aree instabili volta all’analisi della morfometria, all’individuazione e alla quantificazione delle variazioni topografiche e allo studio della cinematica, nonché ricerche volte all’individuazione e la caratterizzazione dell’inquinamento ambientale relativamente a gas naturali, elementi radioattivi di origine sia naturale sia antropica, acque e polveri sottili atmosferiche. Monitoraggio e analisi in continuo dei cambiamenti e dei movimenti superficiali in ambienti naturali. L’impegno dell’INGV in questo campo è inoltre indirizzato allo sviluppo di tecniche di indagine geofisica, di metodologie e procedure operative e interpretative per una migliore caratterizzazione del territorio.
Figura 2.1.2 Carotaggio di una stalagmite gigante per studi paleoclimatici (Grotta di Bossea, Alpi Marittime CN). Dalla variazione dei valori isotopici (δ18O e δ13C) e dalle datazioni radiometriche (U/Th) ottenute analizzando la calcite, è possibile ricostruire una serie temporale delle variazioni climatiche avvenute durante la crescita della concrezione.
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Di seguito nella tabella e nel grafico la distribuzione dei mesi-persona 2021 nelle diverse aree tematiche per la Linea di Attività (LdA) “Ambiente – Ricerca”:
Aree Tematiche Dipartimento Ambiente, LdA “Ricerca – Ambiente”
Mesi/persona non su progetti di ricerca
Mesi/persona su progetti ricerca (interni ed esterni)
Mesi/persona
totali (m/p) m/p in % m/p in % su totale INGV Geomagnetismo e
Paleomagnetismo 113 97 210 21.2 1.99
Fisica dell’alta atmosfera 57 65 122 12.3 1.16
Geofisica marina e osservazioni
multiparametriche a fondo mare 58 43 101 10.2 0.96
Oceanografia e Clima 33 65 98 9.9 0.93
Paleoclima e ricerche polari 39 52 91 9.2 0.86
Geochimica per l’ambiente e
geologia medica 31 86 117 11.8 1.11
Geofisica per il monitoraggio
ambientale 112 138 250 25.3 2.37
Totale 443 546 989 100.0 9.39
Figura 2.1.3 Applicazioni geofisiche e geochimiche in vari ambiti: a) vulcani di fango; b) ambiente sottomarino; c) mappatura di siti archeologici; d) Dry Valleys, Antartide; e) aree tettonicamente attive.