Il sistema di piattaforme che costituisce il Western Ionian Sea ha vissuto numerose implementazioni dal suo primo sviluppo ad oggi. Le modifiche, i potenziamenti, gli aggiornamenti, effettuati sono stati legati sia alle innovazioni tecnologiche che si sono susseguite nel tempo, sia all’ottimizzazione della configurazione delle piattaforme stesse per il raggiungimento ottimale degli obiettivi scientifici.
Attualmente il Western Ionian Sea è così composto:
Piattaforma di fondo mare
La piattaforma di fondo mare è una struttura in alluminio marino che ospita vari strumenti i cui dati sono acquisiti con un unico sistema di sincronizzazione temporale. La piattaforma è alimentata grazie ad un cavo elettro-ottico che parte dalla stazione di terra e raggiunge la zona di deposizione sul fondale marino. La gestione del cavo elettro-ottico è condivisa con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INFN, grazie ad un accordo di collaborazione.
Sulla versione attuale della piattaforma di fondo mare è installata la seguente strumentazione:
- sismometro e accelerometro integrati, per misurare i movimenti del fondale;
- gravimetro, per misurare le variazioni del campo gravitazionale:
- magnetometro scalare e magnetometro vettoriale, per misurare il modulo e le componenti del campo magnetico;
- CTD – conducibilità, temperatura, profondità - per monitorare la variabilità dei parametri idrologici negli strati profondi. Al CTD sono aggiunti il sensore per l’ossigeno, il fluorimetro per Clorofilla e il turbidimetro;
- ADCP – Acoustic Doppler Current Profiler, per misurare quanto velocemente le masse d’acqua si muovono negli strati sopra la piattaforma;
- idrofoni ad alta frequenza (fino a 200 kHz) per il tracciamento dei cetacei;
- idrofono a bassa frequenza (fino a 12 kHz) per rilevare i segnali di interesse geofisico, oceanografico, biologico e antropico;
- sensore di pressione, usato per la rilevazione della variazione dell’altezza della colonna d’acqua per il rilevamento di eventuali tsunami.
Inoltre la piattaforma è dotata di un DACS, sistema di acquisizione e controllo dei dati. Il DACS è il cuore di tutto il sistema perché controlla ed organizza il regolare funzionamento dei singoli strumenti così come gestisce la trasmissione in tempo reale dei dati scientifici acquisiti verso la stazione di terra tramite il cavo elettro-ottico che contemporaneamente fornisce energia a tutta la piattaforma.
Per una lettura approfondita sullo sviluppo degli osservatori di fondo mare, sui risultati scientifici raggiunti nel tempo si rimanda ai seguenti lavori:
- Gasparoni, F. Furlan, F. Bruni, F. Zanon, P. Favali, L. Beranzoli, G. Marinaro, A. De Santis & H. W. Gerber, “GEOSTAR-class observatories 1995-2012: A technical overview.” October 2014 In book: Seafloor Observatories: A New Vision of the Earth from the Abyss, (pp.229-304), chapter:11
Edition: Springer-Praxis Books in Geophysical Sciences
DOI:10.1007/978-3-642-11374-1_11
Sciacca V, Caruso F, Beranzoli L, Chierici F, De Domenico E, Embriaco D, et al., Annual Acoustic “Presence of Fin Whale (Balaenopteraphysalus) Offshore Eastern Sicily, Central Mediterranean Sea.” (2015), PLoS ONE 10(11): e0141838.doi:10.1371/journal.pone.0141838 on line: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0141838
Sgroi, T., S. Monna, D. Embriaco, G. Giovanetti, G. Marinaro, and P. Favali, “Geohazards in the Western Ionian Sea: Insights from non-earthquake signals recorded by the NEMO-SN1 seafloor observatory.” (2014). Oceanography 27(2):154–166, https://doi.org/10.5670/oceanog.2014.51. http://hdl.handle.net/2122/9100
Fig.1 Vista dall’alto di una delle prime piattaforme marine.
Mooring
Vicino alla piattaforma di fondo mare, è deposto un mooring, cioè una struttura ancorata in mare aperto progettata per raccogliere dati ambientali sottomarini come temperatura, salinità, corrente e altre caratteristiche dell'acqua. Questa struttura ospita una serie di sensori e strumenti di misurazione, che vengono agganciati a varie profondità lungo una catena tenuta in sospensione da una serie di galleggianti e mantenuta in posizione stabile dall’ancoraggio a fondo mare. Questo permette l’acquisizione di dati scientifici a varie profondità, che andranno ad arricchire il database dei dati della piattaforma a fondo mare, consentendo così ai ricercatori di integrare le misure lungo la colonna d’acqua con i dati registrati a fondo mare. Questo mooring è stato deposto ed è gestito da CNR-ISMAR e INGV congiuntamente, grazie ad una collaborazione tra i due enti.
Nel mooring è presente la seguente strumentazione:
- CTD corredati di sensore di ossigeno e turbidimetro
- ADCP
- trappola di sedimento
ancorata alle seguenti profondità a 1985m , 1400m, 900m e 400m.
Fig. 2 Fase di deposizione del Mooring.
Smart cable
Il cavo SMART (Science Monitoring And Reliable Telecommunications) è un cavo simile ai numerosissimi cavi utilizzati per le telecomunicazioni, di lunghezza di circa 18 km in cui sono integrati 3 set di sensori geofisici. Ogni set è posizionato all’interno classico ripetitore di un cavo di telecomunicazione (ogni 6km) ed ogni set è composto da:
- un accelerometro triassiale a larga banda,
- un sismometro triassiale a larga banda
- un sensore di pressione
- un sensore di temperatura.
Le misure di temperatura e pressione a fondo mare possono migliorare le stime della circolazione oceanica e del calore immagazzinato dai fondali oceanici, mentre la combinazione delle misure di pressione e dell’accelerazione del suolo possono migliorare sia il tempo di rilevamento tsunami sia la determinazione dei parametri ipocentrali dei terremoti registrati.
Questo SMART Cable è il primo prototipo di cavo SMART deposto al mondo e ha l’obiettivo di dimostrare che i set di sensori geofisici inseriti nei cavi di telecomunicazione sottomarini forniscano dati di alta qualità. L’enorme infrastruttura sottomarina mondiale delle telecomunicazioni consentirebbe di inserire un gran numero di set strumentali lungo i loro cavi portando così alla realizzazione di una rete di sensori in aree dove ad oggi ci sono pochissimi strumenti. Tale rete fornirebbe dati in real-time, permettendo di migliorare il sistema di allerta tsunami a livello globale.
Per una lettura più approfondita sugli smart cables:
Howe BM, Angove M, Aucan J, Barnes CR, Barros JS, Bayliff N, Becker NC, Carrilho F, Fouch MJ, Fry B, Jamelot A, Janiszewski H, Kong LSL, Lentz S, Luther DS, Marinaro G, Matias LM, Rowe CA, Sakya AE, Salaree A, Thiele T, Tilmann FJ, von Hillebrandt-Andrade C, Wallace L, Weinstein S and Wilcock W (2022) "SMART Subsea Cables for Observing the Earth and Ocean, Mitigating Environmental Hazards, and Supporting the Blue Economy". Front. Earth Sci. 9:775544. doi: 10.3389/feart.2021.775544
Rowe, Charlotte A.; Howe, Bruce M.; Fouch, Matthew J.; Angove, Michael; Aucan, Jerome; Barnes, Christopher R.; Bayliff, Nigel; Becker, Nathan C.; Carrilho, Fernando; Fry, Bill; Janiszewski, Helen A.; Jamelot, Anthony ;Kong, Laura S. L.; Lenz, Stephen T.; Luther, Douglas S.; Marinaro, Giuditta; Matias, Luis; Salaree, Amir; Sakya, Andi Eka; Thiele, Torsten; Tilmann, Frederik; von Hildebrandt-Andrade, Christa; Wallace, Laura M.; Weinstein, Stuart A.; Wilcock, William S. D.; Barros, Jose (2022) "SMART Cables Observing the Oceans and Earth" Marine Technology Society Journal. DOI 10.4031/MTSJ.56.5.3
Fibra Ottica
Il cavo elettro-ottico che serve per l’alimentazione e la trasmissione a terra dei dati dell’osservatorio di fondo mare è composto da 10 fibre ottiche e sei conduttori elettrici.
Le fibre ottiche possono essere utilizzate come un sensore utile per studiare la presenza di deformazioni lungo la lunghezza della fibra ottica, sfruttando l’analisi della trasmissione e della riflessione della luce che viaggia al suo interno e realizzando un sistema di misura non puntuale, ma delocalizzato su tutto il percorso del cavo L’utilizzo di queste tecniche sarà utile per migliorare le conoscenze sulle attività tettoniche, vulcaniche e sulle frane alle pendici dell’Etna.