Esperimenti

Analizzatori di gas per applicazioni geologiche

Il progetto ERC CO2Volc (responsabile Dr. Mike Burton, INGV Pisa), ha come obiettivo lo studio delle emissioni gassose dai vulcani, ed in particolare di anidride carbonica, biossido di zolfo, acido fluoridrico, acido cloridrico e, per la prima volta, del rapporto isotopico dell’acido cloridrico.
Nell’ambito di questo Progetto il gruppo SPHERES collabora allo sviluppo, alla realizzazione ed ai test in campo di tre analizzatori per misure puntuali.
Il primo misura la concentrazione di HCl e il rapporto isotopico H³⁷Cl/H³⁵Cl. E’ basato sulla misura dell’assorbimento su una transizione per ciascun isotopo, grazie a due “Interband Cascade Lasers” nel medio infrarosso. I due fasci laser vengono resi collineari, e quindi interagiscono con l’atmosfera su un cammino ottico di circa 20 metri. Questo cammino è ottenuto per mezzo di una cella multipasso di Herriott, sviluppata appositamente per questo progetto, e realizzata in quarzo, fibra di carbonio e acciaio inossidabile.
Il secondo analizzatore misura le concentrazioni di HF and CO₂,ed è basato su due diodi laser accordabili nel vicino infrarosso. I due laser sono accoppiati in fibra, così come la cella di riferimento per l’HF. La struttura è molto simile a quella dello strumento precedente.
Il terzo strumento misura la concentrazione di SO₂, ed è basato su un LEDUV accoppiato in fibra. La struttura è simile a quella degli altri due misuratori, ma il coating degli specchi della cella multipasso è dicroico (300 e 630 nm). Ciò per permettere sia l’allineamento dello strumento con un laser a HeNe che il normale funzionamento. La rivelazione viene effettuata con uno spettrometro accoppiato in fibra.
Sono state eseguite più campagne di test sull’Etna, su Vulcano e su Stromboli, sia da terra che da aereo ed elicottero.
Nel settembre 2016 è stata eseguita una campagna di misure su un gruppo di vulcani indonesiani, le cui misure sono in corso di analisi.
E’ stato realizzato uno strumento per misure da drone, che misura gli stessi gas, sia pure con sensibilità inferiori, ma con un peso complessivo di 3 kg. Il dispositivo è stato testato su Vulcano e sull’Etna nel 2017. Il Progetto è terminato il 31/12/2017, ma una nuova versione dell’analizzatore da drone è in fase di sviluppo. In questa versione tutte le sensibilità, eccetto quella del sensore di HCl, verranno riportate ai valori degli strumenti “pesanti”

Foto dello strumento per la misura del rapporto isotopico dell'HCl durante la campagna di test sull'Isola di Vulcano

Andamento del laser di allineamento sugli specchi della cella multipasso per l'UV