Programma Quadro 2000 - 2002: prodotti Beranzoli

Scopo del progetto

Il progetto ha avuto come scopo la realizzazione e la messa in opera per almeno 6 mesi di un primo nodo (osservatorio SN-1) della rete italiana di monitoraggio sottomarino multidisciplinare e la rivisitazione della geologia, geodinamica e tettonica dell'area della Sicilia orientale, comprendente il sito di deposizione dell'osservatorio SN-1, anche attraverso l'acquisizione di nuove osservazioni di campagna e l'utilizzo di aggiornate metodologie analitiche applicate ai dati simologici.

La realizzazione di SN-1 deriva dal consolidamento di esperienze precedentemente acquisite nella progettazione e costruzione di innovativi sistemi autonomi di monitoraggio multisìdisciplinare sottomarino per elevate profondità (4000 m)

L'esecuzione del progetto ha beneficiato di una stretta sinergia tra ricerca tecnologica e ricerca scientifica che ha garantito il conseguimento di risultati molto significativi.

Gli obiettivi specifici del progetto sono da classificare classificati secondo le categorie di seguito descritte:

Obiettivi tecnologici

i) Progettazione e realizzazione del primo osservatorio multiparametrico di una rete italiana di monitoraggio e allarme sismico sottomarino e deposizione dell'osservatorio per un periodo di almeno 6 mesi a largo delle coste della Sicilia orientale, ai piedi della scarpata di Malta;

ii) convalida del sistema di osservazione sottomarino attraverso l'analisi della qualità dei dati scientifici e dei parametri di stato acquisiti durante la missione a fondo mare;

iii) convalida del sistema di installazione del simometro attraverso all'analisi del rumore sismico di fondo.

Obiettivi scientifici

i) determinazione e caratterizzazione delle strutture sismicamente attive durante il periodo 1978-2001 e dei relativi campi stress tramite: rilocalizzazione dei terremoti calabro-siciliani in modelli 1-D e 3-D calcolati; stima dei meccanismi focali; analisi tomografica dei tempi d'arrivo P ed S per i terremoti dell'area calabro-siciliana registrati dalle reti locali e dalla rete nazionale nel periodo indicato;

ii) revisione della sismicità locale terrestre e marina anche con il contributo dei dati sismologici acquisiti dall'osservatorio SN-1 durante la missione a fondo mare e sulla base dell'integrazione di questi ultimi dati con quelli acquisiti dalle reti locali terrestri operanti nell'area;

iii) stima dell'accuratezza delle localizzazioni ipocentrali calcolate anche integrando dati sismologici marini e terrestri;

iv) aggiornamento delle conoscenze su geologia, tettonica e geodinamica dell'area della Sicilia orientale tramite acquisizione di nuovi dati sperimentali e di campagna per l'elaborazione di un modello geodinamico di sintesi.

La rilevanza nazionale e internazionale del progetto ha determinato importanti ricadute che confermano il ruolo di leader dell'Italia rispetto alla gestione di sistemi di monitoraggio dei fondali marini.

In particolare. il progetto ha favorito la sinergia con l'attività condotta dai Laboratori Nazionali del Sud dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in mare a largo di Catania, relativamente allo sviluppo di una infrastruttura per il test di una apparecchiatura sottomarina volta al rilevamento di neutrini. Grazie ad un accordo tra INGV e INFN e a un finanziamento specifico dell'INGV, nell'autunno 2004 l'osservatorio SN-1 sarà nuovamente posizionato nello stesso sito della prima deposizione e verrà collegato ad una delle due estremità di un cavo sottomarino già dispiegato dall'INFN dal porto di Catania fino all'area del sito di SN-1. Il cavo è stato installato con l'obiettivo primario di alimentare un telescopio marino per l'osservazione dei neutrini provenienti dall'universo lontano e di acquisire in tempo reale i parametri relativi a tali osservazioni. L'operazione di collegamento dell'osservatorio SN-1 al cavo sottomarino consentirà di alimentare l'osservatorio da terra ed acquisire in tempo reale dati geofisici e ambientali realizzando, primo caso in Europa, l'integrazione dell'osservatorio sottomarino con le reti geofisiche, in particolare sismologiche, che operano a terra.

E' opportuno sottolineare che le attività del progetto e quelle relative alla gestione di un osservatorio sottomarino permanente gettano le basi per la realizzazione di un polo scientifico e tecnologico di rilevanza europea basato sulla sinergia tra istituti di ricerca (INGV e INFN) e industrie locali e nazionali.

Va ricordato infine, nell'ambito del progetto Europeo ESONET - European Seafloor Observatory NETwork finanziato dalla Commissione Europea e finalizzato a promuovere lo sviluppo di una rete di osservatori sottomarini in aree di margine continentale dal mare Baltico al Mar Nero, l'osservatorio SN-1 è stato prescelto come uno siti ESONET ovvero come uno dei nodi della rete sottomarina europea

Prodotto 1 Osservatorio geofisico multiparametrico per profondità fino a 4000 m per osservazioni di lungo termine
Descrizione	L'osservatorio è costituito da un telaio in alluminio munito sulla sommità di un perno di aggancio/sgancio. Nel telaio dell'osservatorio sono installati i seguenti dispositivi: Sistemi - Sistema di acquisizione (Data Acquisition Unit). - Sistema di gestione delle funzionalità dell'osservatorio in modalità missione (Mission Control Unit). - Sistema di comunicazione acustico (Acoustic communication system) per l'interrogazione dell'osservatorio dalla superficie e la verifica dei parametri di stato nel corso della missione. - Dispositivo di rilascio del sismometro per il disaccoppiamento del sensore dal telaio dell'osservatorio e l'accoppiamento al suolo. - Elettronica in contenitori in titanio. - Pacco batterie al litio in contenitori di titanio. - Predisposizione per un sistema di interfaccia di collegamento ad un cavo elettro-ottico per l'alimentazione da terra e la trasmissione dati in tempo reale. Sensori - Sismometro larga banda a tre componenti (Guralp CMG-1T versione marina). - Idrofono larga banda. - Gravimetro (prototipo realizzato dall'Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetaio dell'Istituto Nazionale di AstroFisica-INAF, vedi Prodotto 3). - Sensore di conducibilità, temperatura e pressione dell'acqua (CTD). - Correntometro puntuale a tre componenti per la misura della velocità delle correnti d'acqua. La realizzazione e messa in opera dell'Osservatorio sottomarino ha beneficiato di soluzioni scientifiche e tecnologiche sviluppate e sperimentate nell'ambito dei progetti GEOSTAR (1995-1999) e GEOSTAR-2 (1999-2001) coordinato dall'INGV e finanziato dalla Commissione Europea. Tali progetti hanno realizzato e convalidato un prototipo di osservatorio sottomarino multiparametrico per profondità fino a 4000 m completamente gestito dalla superficie marina attraverso un veicolo sottomarino realizzato all'uopo in grado di comunicare con siti a terra tramite sistemi di comunicazione acustica, e l'ausilio di una boa di superficie equipaggiata con sistemi di comunicazione satellitare. Grazie ad un accordo tra INGV e INFN e a un finanziamento specifico dell'INGV, l'osservatorio SN-1 sarà posizionato nuovamente nell'autunno 2004 nello stesso sito della prima deposizione e verrà collegato ad una delle due estremità di un cavo sottomarino già dispiegato dall'INFN dal porto di Catania fino all'area del sito di SN-1. Il cavo è stato installato con l'obiettivo primario di alimentare un telescopio marino per l'osservazione dei neutrini proveniente dall'universo lontano e di acquisire in tempo reale i parametri relativi a tali osservazioni. L'operazione di collegamento dell'osservatorio SN-1 al cavo sottomarino consentirà di alimentare l'osservatorio da terra ed acquisire in tempo reale i dati geofisici e ambientali prodotti
Versione finale	L'osservatorio completamente allestito è in attesa di essere preparato per la nuova deposizione prevista per l'autunno 2004
Utilità per la protezione civile	Il progetto mette a disposizione un nuovo sistema di monitoraggio multidisciplinare geofisico e ambientale gestito dalla superficie sia per le operazioni di deposizione e recupero sia per la verifica delle condizioni operative. L'osservatorio è pronto per essere deposto nuovamente su fondale con collegamento a terra tramite cavo sottomarino per l'alimentazione e il trasferimento di dati. L'osservatorio è integrabile senza modifiche sostanziali nelle reti sismologiche operanti a terra
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Prodotto 2 Sviluppo di tecnologie abilitanti per la realizzazione e gestione di osservatori sottomarini
Descrizione	Sono state sviluppate e qualificate tecnologie quali: - sistemi di acquisizione a basso consumo; - metodologie per progettazione di strutture in lega leggera. Tali metodologie possono essere rese disponibili per future realizzazioni di moduli di monitoraggio marino e terrestre
Versione finale	Documentazione tecnica (manuali, disegni meccanici, schemi elettrici) in versione �as-built� è disponibile presso Tecnomare, la società responsabile dell'Unità Operativa preposta alla parte tecnologica del progetto
Utilità per la protezione civile	Disponibilità di tecnologie e know-how per lo sviluppo di sistemi di monitoraggio marino per applicazioni in ambienti estremi e in condizioni complesse
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Prodotto 3 Sviluppo di nuova strumentazione per il monitoraggio sismico
Descrizione	Realizzazione di nuova strumentazione, in particolare gravimetri, per il monitoraggio sismico dei fondali marini con le seguenti caratteristiche: - sensibilità dell'ordine di 10-9 g/√(Hz) nel range di frequenze 10-5 � 1 Hz; - grande dinamica; - auto livellamento; - bassa dissipazione <300mW.
Versione finale	Strumento convalidato a seguito di test in laboratorio e della missione dell'Osservatorio SN-1 rispetto alle seguenti prestazioni: - Possibilità di correzione degli effetti termici per mezzo della misura della temperatura. - Robustezza dell'apparato
Utilità per la protezione civile	Disponibilità di un nuovo strumento per il monitoraggio sismico per applicazioni in ambiente marino fino a elevate profondità (≤ 4000m)
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Prodotto 4 Modelli 1-D e 3-D di velocità delle onde P, di rapporto V_p/V_se di attenuazione delle onde di volume nella Sicilia nord-orientale
Descrizione	L'elaborazione dei tempi d'arrivo P ed S per i terremoti dell'area calabro-siciliana registrati dalle reti locali e dalla rete nazionale nel periodo 1978-2001 ha consentito la determinazione di un aggiornato modello minimo 1-D, della distribuzione 3-D della velocità P, del rapporto Vp/Vs nella crosta e nel lid superiore e dell'attenuazione delle onde P e S nell'intera regione di interesse. I risultati ottenuti hanno consentito di conseguire notevoli miglioramenti nella conoscenza della struttura crostale locale rispetto a quanto già disponibile dalle precedenti indagini
Versione finale	I risultati menzionati al punto (a) sono illustrati nei seguenti lavori: Musumeci C., Di Grazia G. and Gresta S., 2003, �Minimum 1-D velocity model in Southeastern Sicily (Italy) from local earthquake data: an improvement in location accuracy�, J. Seismol., 7, 469-478.; Giampiccolo E., Gresta S. e Ganci G., 2003, �Attenuation of body waves in Southeastern Sicily (Italy)�, Phys. Earth Planet. Inter., 135, 267-279; Giampiccolo E., Gresta S. and Rasconà F., 2004, �Intrinsic and scattering attenuation from observed seismic codas in Southeastern Sicily (Italy)�, Phys. Earth Planet. Inter., 145, 55-66; G. Barberi, M. T. Cosentino, A. Gervasi, I. Guerra, G. Neri, e B. Orecchio, "Crustal seismic tomography in the Calabrian Arc region, south Italy" in stampa su Phys. Earth Planet. Inter
Utilità per la protezione civile	La stima del campo di velocità sismica crostale è uno strumento fondamentale per una accurata localizzazione dei terremoti, e dunque per l'dentificazione delle strutture sismicamente attive, dato a sua volta basilare per la definizione dell'hazard sismico
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Prodotto 5 Caratterizzazione di strutture sismicamente attive tramite localizzazione di eventi sismici in un modello di velocità minimo 1-d e in un modello 3D
Descrizione	La localizzazione dei terremoti calabro-siciliani e le stime dei meccanismi focali effettuate utilizzando il modello minimo 1-d e il modello di velocità 3D menzionati al punto precedente (Prodotto 4) hanno consentito il miglioramento nell'accuratezza delle localizzazioni e la determinazione e caratterizzazione delle strutture sismicamente attive durante il periodo di indagine (1978-2001) e dei campi di stress su di esse agenti
Versione finale	I risultati menzionati al punto (a) sono illustrati nei seguenti lavori: G. Barberi, M.T. Cosentino, A. Gervasi, I. Guerra, G. Neri, B. Orecchio, "Seismic strain and seismogenic stress regimes in the crust of the southern Tyrrhenian region", EPSL, 2003, 213, 97-112; G. Neri, G. Barberi, G. Oliva, B. Orecchio, "Tectonic stress and seismogenic faulting in the area of the 1908 Messina earthquake, south Italy" di accettato per la stampa su GRL
Utilità per la protezione civile	L'identificazione delle faglie sismicamente attive, e la definizione dei processi cinematici e dinamici che le interessano, rappresentano un dato ovviamente fondamentale per la definizione dell'hazard sismico nella regione
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Prodotto 6 Rilocalizzazioni ipocentrali e tests sintetici volti alla stima del miglioramento delle localizzazioni ipocentrali calcolate con l'integrazione di dati acquisiti da stazioni sismologiche marine di tipo OBS/H
Descrizione	La disponibilità del modello 3D di cui al Prodotto 3 e la disponibilità sismometri e idrofoni da fondo mare deposti nel Tirreno Meridionale nel corso del progetto TYDE-TYrrhenian Deep Experiment tra il dicembre 2000 e il maggio 2001, hanno reso possibili: - il confronto tra le localizzazioni effettuate con sole stazioni sismologiche di terra e le localizzazioni effettuate utilizzando anche stazioni a mare per eventi occorsi nel Tirreno meridionale e nella Sicilia nord-orientale; - l'esecuzione di test sintetici per valutare quantitativamente i miglioramenti delle localizzazioni ipocentrali in termini di fattori di dispersione, derivanti dall'uso congiunto di osservazioni marine e terrestri
Versione finale	Il miglioramento introdotto nelle localizzazioni ipocentrali dall'utilizzo di stazioni sismologiche marine è presentato sottoforma di mappe e tabelle nell'articolo di G. Barberi, L. Beranzoli, P. Favali, G. Neri e T. Sgroi , �Seismic location improvements from off-shote seismometry in Sicily� e nell'articolo di T. Sgroi, T. Braun, T. Dahm e F. Frugoni , �Integration of seismic data from land-based and OBS stations for the analysis of the seismicity in the southern Tyrrhenian Sea: the TYDE experiment� in fase di stampa su Annali di Geofisica
Utilità per la protezione civile	La stima dei miglioramenti delle localizzazioni ipocentrali derivanti dall'integrazione di dati sismologici di terra e di mare, fornisce informazioni fondamentali per migliorare la capacità di monitoraggio delle attuali reti sismologiche, esclusivamente terrestri, attraverso l'introduzione di punti di osservazione a fondo mare
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Prodotto 7 Archivio delle registrazioni geofisiche, oceanografiche e ambientali con unico riferimento temporale acquisite dall'osservatorio SN-1
Descrizione	A seguito della prima missione dell'osservatorio SN-1 a 2105 m di profondità ai piedi della scarpata di Malta (Lat. N 37� 26,53312', Long. E 15� 23,58716', 2105 m di profondità) sono disponibili serie temporali geofisiche, oceanografiche e ambientali univocamente referenziata (unico riferimento temporale per tutte le misure). La base di dati è di circa 10 Gbyte e comprende: - Registrazioni sismologiche acquisite dal sismometro a larga banda nel periodo Ottobre 2002-Maggio 2003 con frequenza di campionamento di 100 Hz relativi alla sismicità locale, comprendente anche la sequenza sismica dell'Etna legata all'eruzione dell'autunno 2002- inverno 2003, la sismicità regionale (ad esempio evento del Molise del 31 Ottobre 2002 di ML 5.4) e telesismi. - Registrazioni di accelerazione verticale acquisite dal gravimetro nel periodo Ottobre 2002-Maggio 2003 con una frequenza di campionamento di 1 Hz che includono anche gli eventi acquisiti dal sismometro. - Registrazioni correntometriche acquisite dal correntometro puntuale a tre componenti con frequenza di campionamento di 2 Hz. - Misure di conducibilità, temperatura e pressione acquisiti dal CTD con passo di campionamento di 12 minuti
Versione finale	Base di dati inizialmente utilizzabile solo all' interno della rete INGV per motivi di sicurezza, accessibile dall'esterno operando "richieste" all'amministratore della base di dati via e-mail. La selezione di dati sarà possibile attraverso l'impostazione di parametri (ad esempio data, ora) o in base a particolari attributi dei dati (per es. i file orari sismici avranno degli attributi che evocheranno gli eventi presenti)
Utilità per la protezione civile	Disponibilità di una nuova base di forme d'onda e serie temporali relativi alla sismicità registrata dall'osservatorio marino SN-1 nel periodo Ottobre 2002 � Maggio 2003. Tale base di dati è necessaria alla revisione della sismicità locale a fini di valutazione del potenziale sismogenetico dell'area Ionica prospiciente le coste siciliane e alla valutazione dell'efficienza del monitoraggio e della localizzazione in presenza di un punto di osservazione in mare integrato con le reti di terra
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Prodotto 8 Base di dati parametrica degli eventi sismici registrati dall'osservatorio
Descrizione	Le registrazioni sismologiche dell'osservatorio sottomarino sono state analizzate allo scopo di individuare i tempi di arrivo delle fasi sismiche al sito dell'osservatorio. Per ogni arrivo di fase osservato sono stati assegnati i seguenti parametri e codici: - Data. - Tempo di arrivo fase P (UTC). - Tempo di arrivo fase S (UTC). - Categoria (locale, regionale, telesisma). - Tempo origine dell'evento calcolato dalle reti terrestri. - Coordinate dell'ipocentro calcolato dalle reti terrestri. - Magnitudo calcolata sulle stazioni delle reti a terra. - Sigla delle stazioni terrestri cha hanno registrato l'evento. - Sigla del bollettino che riporta l'evento. Tali parametri sono stati organizzati in una base di dati
Versione finale	Tabella Excel su CD
Utilità per la protezione civile	Disponibilità di una nuova base di dati parametrici relativi alla sismicità registrata dall'osservatorio marino SN-1 nel periodo Ottobre 2002 � Maggio 2003. Tale base di dati è necessaria alla revisione della sismicità locale a fini di valutazione del potenziale sismogenetico dell'area Ionica prospiciente le coste siciliane e alla valutazione dell'efficienza del monitoraggio e della localizzazione in presenza di un punto di osservazione in mare integrato con le reti di terra
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Prodotto 9 Metodologie per la caratterizzazione del sito di deposizione di SN-1 in termini sismologici e ambientali e per il miglioramento del rapporto segnale/rumore
Descrizione	L'analisi del rumore di fondo sismologico è stata effettuata per valutare la qualità dell'istallazione del sismometro e conseguentemente la capacità di rilevamento di eventi sismici da parte dell'osservatorio. Oltre al confronto con i modelli di rumore sismico di fondo disponibili in letteratura esclusivamente per stazioni terrestri, la presenza di sensori di tipo oceanografico, in particolare di un correntometro puntuale a tre componenti, ha consentito per la prima volta in Europa di effettuare un'analisi sulla correlazione tra regime delle correnti marine e segnale sismico allo scopo di migliorare quelle tecniche di analisi del segnale sismologico specificatamente rivolta alla migliore identificazione di eventi sismici
Versione finale	Programmi software, stime e grafici della densità di potenza spettrale del rumore sismico di fondo registrato dall'osservatorio referenziato rispetto agli attuali modelli di rumore sismico di fondo. Stime e grafici della coerenza del segnale sismico e correntometrico. Le stime e i grafici sono oggetto di un articolo in preparazione per Geophysical Research Letter
Utilità per la protezione civile	Disponibilità di una procedura di installazione per sismometri marini esportabile su altri moduli-osservatorio. Disponibilità di una metodologia di analisi per la valutazione della qualità dell'installazione di un sismometro a fondo mare esportabile verso altre applicazioni marine. Disponibilità di una metodologia per il miglioramento del rapporto segnale/rumore. Disponibilità di una metodologia per la caratterizzazione ambientale di un sito marino
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Prodotto 10 Caratteri strutturali e neotettonici del Monte Etna
Descrizione	Revisione critica e mappatura con ausilio di immagini da satellite dei dati neotettonici pubblicati riguardanti il Monte Etna, e mappatura e monitoraggio della messa in posto di dicchi durante le eruzioni avvenute nel periodo 2001-2003
Versione finale	Mappe strutturali a differenti scale. I risultati sono anche pubblicati su: Billi et al., 2003, Journal of Volcanology and Geothermal Research, 122, 281-294; Lanzafame et al., 2003, Journal of Geological Society, London, 160, 531-544; Neri et al., 2004, Bulletin of Volcanology, in press; Acocella e Neri, 2003, Bulletin of Volcanology, 65, 517-529; Acocella et al., 2003, Geophysical Research Letters, 30(24), 2286
Utilità per la protezione civile	Individuazione di versanti vulcanici a rischio frana a seguito della intrusione di dicchi e per effetto della acclività dei versanti e della presenza di dicchi o strutture pre-esistenti
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Prodotto 11 Analisi storica comparata dell'attività sismica-vulcanica al Monte Etna ed Isole Eolie
Descrizione	Revisione critica da dati di bibliografia ed analisi comparata tramite Volcanic Explosivity Index (VEI) delle attività sismiche e vulcaniche del Monte Etna e delle Isole Eolie
Versione finale	Grafici in via di elaborazione finale e successiva pubblicazione. Risultati preliminari pubblicati su: Funiciello e Billi, 2003, Sicurezza Civile, 3, 8-11
Utilità per la protezione civile	Possibili relazioni tra attività sismo-vulcanica al Monte Etna ed alla Isole Eolie
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Prodotto 12 Analisi sismo-tettonica della Faglia di Tindari (Sicilia NE)
Descrizione	Analisi della Faglia di Tindari con l'ausilio di metodologie strutturali, sismologiche e sismiche a riflessione
Versione finale	Risultati finali elaborati e sottomessi per pubblicazione a Tectonics (American Geophysical Union)
Utilità per la protezione civile	La Faglia di Tindari in Sicilia NE costituisce una delle strutture maggiormente attive dell'area siciliana da un punto di vista sismologico. La sua caratterizzazione in aree sia marine sia terrestri permette una migliore ubicazione degli eventi sismici generati dalla stessa
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Prodotto 13 Analisi geometrica e cinematica della flessurazione Iblea
Descrizione	Sono state analizzate le deformazioni fragili e le lineazioni magnetiche nell'area Iblea (Sicilia SE). I risultati hanno messo in evidenza una flessurazione non-cilindrica e multivergente
Versione finale	Risultati in via di elaborazione finale e conseguente pubblicazione
Utilità per la protezione civile	L'area Iblea è stata sede di numerosi eventi sismici storici a carattere distruttivo. L'analisi effettuata permette di individuare le aree maggiormente soggette a deformazione tettonica e dunque di individuare le aree più probabili per il verificarsi di eventi sismici. La caratterizzazione cinematica permette inoltre di definire i caratteri cinematici degli eventi sismici attesi
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Prodotto 14 Esperimenti sulla subduzione della crosta Ionica
Descrizione	Sono state condotte simulazioni analogiche dei processi di subduzione dell'area Ionica con particolare riguardo ai flussi del mantello indotti dalla subduzione ed alle deformazioni superficiali indotte
Versione finale	I risultati finali sono in via di elaborazione e successiva pubblicazione
Utilità per la protezione civile	Individuazione di aree superficiali particolarmente soggette a strain geodinamico indotto dai processi di subduzione ed in particolare dai relativi flussi del mantello. Tali aree sono probabilmente quelle a maggior pericolosità sismica
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