La tomografia elettrica per lo studio degli analoghi planetari: validazione del modello geofisico del “Sirente main crater” attraverso l’inversione di dataset sintetici

The thesis aims to study the main crater of the Sirente crater field. Located to the north of the Apennine ridge of Mount Sirente (2448m asl), the plateau of Prati del Sirente extends to about 1100m, dotted with numerous small sub-circular depressions. Inside the largest one, referred to in studies as "main crater, there is a seasonal pond. The main crater is in the southernmost part of the "crater field", which occupies a total area of 450m by 400m, is 140m long and 115m wide, and is delimited by a "rim", well-developed and raised of 2.2m above the surrounding plain. The sub-circular depressions are a very common feature in the Apennines, and it is indeed possible to find many in the valleys of the area: some can be attributed to karstic processes while others could be of artificial origin, used as water reserves mainly for livestock breeding and for agriculture. The main crater of the Piana del Sirente however, shows an anomalous morphology, highlighted for the first time by Jens Ormö during his studies on the area between 1999 and 2000. In the years following Ormö's studies the crater has been topic of research by many other scientists, triggering a real debate in the scientific community. Various hypotheses and theories about its origin were in fact proposed: from the anthropic one, to the impact one, to the karstic one. The scientific debate has caught the attention of the media, as the radiocarbon dating has determined an age of the deposits below the rim of about 1650 ± 40 years. Following the hypothesis of the impact, the event would be compatible with the "celestial sign" witnessed by Constantine I the night before the Ponte Milvio battle (312 AD). In addition to being topic of many articles in science programs and magazines, the crater was the main topic of a documentary produced by National Geographic entitled "The Fireball of Christ" (2011). The following thesis work is inserted in this context. With data taken from previous studies (seismic experimental data and those obtained through electrical tomography techniques), a 2D geophysical resistivity model consistent with the meteoritic impact hypothesis was developed. The crater's morphology, its filling, and the compaction structures related to the energy of the impact have been designed. Through the inversion of the synthetic dataset obtained from the first model developed it was possible, comparing the inversion results obtained from the experimental dataset, to refine the model's characteristics to find, by iterating the process, the best fitting model that could validate the impact hypothesis. A synthetic 3D model was also developed, consisting in a detail of the 2D synthetic model, on which different kind of electrode arrays were applied to evaluate their performance in terms of detection and vertical and lateral resolution, in preparation of an acquisition campaign on the field.

La tesi ha come obiettivo lo studio del cratere principale del campo di crateri del Sirente. Situato a nord della dorsale appenninica del Monte Sirente (2448m slm), si estende a circa 1100m di quota l’altipiano dei Prati del Sirente, costellato da numerose piccole depressioni sub-circolari delle quali la più grande, indicata negli studi come “cratere principale”, ospita un laghetto stagionale. Il cratere principale è posizionato nella parte più a sud del “campo di crateri”, che occupa complessivamente un’area di 450m per 400m, è lungo 140m e largo 115m ed è delimitato da “rim” ben sviluppato e sopraelevato di 2.2m rispetto alla piana circostante. Le depressioni sub-circolari sono una caratteristica molto comune negli appennini, è infatti possibile trovarne numerose nelle valli della zona, alcune attribuite a processi carsici, altre di origine artificiale, utilizzate come riserve d’acqua principalmente per l’allevamento del bestiame e per l’agricoltura. Il cratere principale della Piana del Sirente presenta però una morfologia anomala, messa in luce per la prima volta da Jens Ormö nel periodo di lavoro sull’area tra il 1999 e il 2000. Negli anni successivi allo studio di Ormö il cratere è stato oggetto di ricerca da parte di numerosi altri scienziati, scatenando un vero e proprio dibattito nella comunità scientifica, sono state infatti proposte varie ipotesi e teorie circa la sua origine: da quella antropica, a quella dell’impatto, a quella carsica. Il dibattito scientifico ha catturato l’attenzione dei media, in quanto le datazioni al radiocarbonio hanno determinato un’età dei depositi di circa 1650 ± 40 anni: nell’ipotesi dell’impatto, l’evento sarebbe compatibile col “segno celeste” a cui avrebbe assistito Costantino I la notte prima della battaglia di Ponte Milvio (312 d.C). Oltre ad essere citato in numerosi programmi e riviste di divulgazione scientifica quindi, il cratere è stato oggetto di un intero documentario prodotto da National Geographic intitolato “The fireball of Christ” (2011). In questo contesto si inserisce il presente lavoro di tesi. In particolare, presi in considerazione da studi precedenti i dati sperimentali sismici e quelli ricavati attraverso le tecniche di tomografia elettrica, è stato sviluppato un modello geofisico 2D di resistività coerente con l’ipotesi dell’impatto meteoritico: è stata delineata la morfologia del cratere, il suo riempimento e le strutture da compattazione relative all’energia dell’impatto. Attraverso l’inversione del dataset sintetico ottenuto dal primo modello sviluppato è stato possibile, confrontando l’inversione ottenuta dal dataset sperimentale, affinarne le caratteristiche al fine di trovare, iterando il processo, un modello di bestfitting che validasse l’ipotesi dell’impatto. È stato inoltre sviluppato un modello sintetico 3D, dettaglio del modello sintetico 2D, sul quale sono stati applicati diversi dispositivi elettrodici al fine di valutarne la prestazione in termini di detezione e risoluzione verticale oltre che laterale, in vista di una futura campagna d’acquisizione su terreno.