I ricercatori CETEMPS delle linee di ricerca di “Telerilevamento Lidar” (coord. M. Iarlori) e “Osservatorio Atmosferico” (coord. V. Rizi) sono coinvolti nell’esperimento CTA (Cherenkov Telescope Array) in collaborazione con l’INFN con un lidar Raman situato sull’isola di La Palma (Isole Canarie, Spagna) presso l’Osservatorio del Roque de Los Muchachos (ORM) (28°45’49.77N 17°53’36.10W, 2155m s.l.m.).
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Questo è un breve rapporto delle osservazioni del lidar Raman effettuate in concomitanza dell’eruzione del vulcano Cumbre Vieja (28°36’57.85N 17°51’50.27W, 985m s.l.m.) situato sull’isola stessa ed iniziata il 19/09/2021.
Il lidar Raman è stato installato all’ORM nell’ottobre 2018 ed ha subito iniziato a prendere misure dei profili verticali di spessore ottico e del coefficiente di retrodiffusione (backscatter) degli aerosol alla lunghezza d’onda di 355nm oltre che della concentrazione di vapore acqueo. Il lidar Raman utilizza un laser Nd:YAG che emette impulsi di 10ns di lunghezza
Posizione lidar Raman e vulcano
e 6mJ di energia ad un frequenza di 100Hz. Il ricevitore è costituito da uno specchio parabolico (diametro 25cm, f/3) e da una combinazione di varie ottiche (dicroici, filtri interferenziali, lenti di campo etc.) che inviano opportunamente la luce raccolta dallo specchio verso il canale di ricezione per il segnale elastico (355 nm) e ai due canali di ricezione per i segnali Raman (N2 a 387 nm e H2O a 407 nm). In ogni canale, la luce raccolta viene misurata da un tubo fotomoltiplicatore da 2″, e il segnale di uscita viene letto dal sistema di acquisizione in modalità analogica e in modalità digitale (fotoconteggio). Il Raman lidar acquisisce dati in modalità completamente automatica e, al momento, le osservazioni sono programmate intorno al tramonto e all’alba per evitare le possibili interferenze con altri esperimenti scientifici presenti ad ORM.
Nella Figura 1, c’è un esempio di queste misurazioni (a partire dal 22/09/2021 19:29 UTC) relativa a segnali lidar rilevati nel canale elastico a 355nm; in questo specifico caso si evidenzia la presenza di uno strato di cenere vulcanica 1500m sopra il livello del suolo (circa 3500m sul livello del mare), facilmente distinguibile dalla nuvola più in alto. I segnali del lidar Raman possono essere utilizzati ricavare i profili verticali dello spessore ottico e del coefficiente di retrodiffusione volumetrico degli aerosol; quest’ultima quantità è meno influenzata da incertezze sistematiche e fornisce informazioni dirette sulla posizione e della concentrazione relativa del particolato, specialmente nei casi di alto carico di aerosol.
I profili verticali (preliminari) del coefficiente di retrodiffusione degli aerosol fino a 4000m dal suolo nel il periodo 19 – 28 settembre 2021 sono mostrati nella figura 2. Diversi strati di aerosol vulcanici sono stati rilevati, e mostrano una concentrazione di aerosol sopra le condizioni di fondo (i casi più chiari sono indicati dalle linee più spesse). Le posizioni verticali degli strati vulcanici sono molto variabili e vanno da circa 2500m a 1000m dal suolo. Dai valori dei coefficienti di retrodiffusione volumetrici degli aerosol vulcanici è possibile dare una stima molto approssimativa della concentrazione degli stessi negli strati che si trovavano sopra il Raman lidar: tra 20 e 50 μg/m3 nei casi mostrati.
I dati relativi alle polveri vulcaniche misurati dal Raman lidar sono importanti sia a livello scientifico nell’ambito della fisica atmosfera e possono essere anche di utilità pratica per gli esperimenti ubicati ad ORM poiché se la concentrazione di aerosol vulcanici fosse maggiore del valore superiore appena sopra indicato, l’effetto della ricaduta delle particelle vulcaniche al suolo potrebbe essere non trascurabile sulle attrezzature esposte (specchi).