APPLICAZIONI GEOFISICHE AD ALTA RISOLUZIONE PER L'ANALISI SPAZIALE DEGLI HABITAT MARINI (POSIDONIA OCEANICA)

Negli ultimi anni la tecnologia multibeam ha avuto una progressiva diffusione nell'ambito delle applicazioni marine e delle acque interne (Bosman et al., 2015; Colbo et a., 2014), soprattutto a seguito della produzione di nuovi sensori a footprint size ridotto accoppiati a sistemi di posizionamento di alta precisione, i quali hanno consentito di incrementare significativamente la capacità risolutiva dei lineamenti morfologici. Ciò ha permesso di ottenere elevata risoluzione dei DEM (Digital Elevation Model) delle riflettività dei fondali (backscatter) e della colonna d'acqua (water column). Benché questi tre data-set rappresentino un importante sistema d'indagine conoscitivo per la comprensione dei processi fisici e biologici che interagiscono sui fondali, non risultano tuttavia ad oggi sfruttati al massimo delle loro potenzialità. In questo lavoro vengono presentati i primi risultati ottenuti da uno studio condotto con tecnologia multibeam ad alta risoluzione integrato a rilievi UAV (Unmanned Aerial Vehicles) nell'ambito di un progetto di ricerca per la mappatura dell'habitat prioritario 1120. Il progetto di durata biennale si pone l'obiettivo di mappare la distribuzione delle praterie di Posidonia oceanica (P.o.) nei mari della Calabria Tirrenica e Ionica relativamente alle aree dei Siti d'Interesse Comunitario. Inoltre, i dati raccolti sono stati analizzati ed elaborati al fine di stimare il carbonio intrappolato sotto forma di CO2, contenuto dalle biomasse presenti nelle aree marine investigate. Ad oggi non esistono ancora standard metodologici utili alla determinazione delle bio masse e dei relativi volumi di CO2 prodotti. Vengono quindi illustrati i risultati preliminari ottenuti mediante elaborazione di dati geofisici multibeam ad alta risoluzione integrati con dati acquisiti tramite fotogrammetria digitale UAV al fine di cartografare l'estensione dell'habitat 1120* e per determinarne lo stato di conservazione della praterie di P. oceanica (Villareal et al., 2016). Inoltre, sono state condotte elaborazioni volte in primo luogo alla determinazione dei volumi potenziali della biomassa epigea costituita dalla caznopy fogliare i cui valori sono fondamentali per la quantificazione dello stato di degrado e/o di conservazione delle praterie di P. oceanica, e poi per quantificare il carbonio prodotto dalla crescita vegetativa della prateria da utilizzare come potenziale standard nelle attività di quantificazione del Carbon Sink ossia i "Serbatoi" costituiti dal Carbonio blu immagazzinato come riserva (Rende et al., 2015; Rende et al., 2015; Dattola et al., 2018). Il Blue Carbon è il carbonio immagazzinato negli ecosistemi marini sotto forma di CO2. La Posidonia oceanica è in grado di sequestrare e trattenere il 34% di Carbonio presente nella biomassa vegetale prodotta mediante il processo di fotosintesi, con una capacità di immagazzinamento della CO2 pari a 10 volte quella delle foreste temperate e 50 volte quella delle foreste tropicali. In particolare, per il Mediterraneo, il ruolo primario di questa forma di sequestro di CO2 viene svolto dalle Fanerogame marine di Posidonia oceanica, in grado di immagazzinare considerevoli quantità di Carbonio organico sotto forma di foglie, e soprattutto rizomi e matte. La regressione delle fanerogame marine genera anche impatti significativi in termini di emissioni globali di CO2. Tali implicazioni ad oggi sono molto importanti ai fini della mitigazione nei mari italiani dei cambiamenti climatici attraverso la conservazione e il ripristino degli ecosistemi marino costieri. Acquisizione: i dati batimetrici sono stati raccolti mediante un MBES Kongsberg EM2040-04 (300 kHz, pulse length 108-324 µs, footprint size 0.5° x1°), con sistema Seapath 300 equipaggiato di Differenziale HP (20 cm di accuratezza) e sistema inerziale RMU 5, sonde di velocità del suono in continuo e verticale Valeport. Le attività di rilievo sono state precedute da linee di calibrazione ad hoc per il patch test per la verifica dei parametri di allineamento dei trasduttori (roll, pitch, yaw e time delay) con analisi di velocità del suono in sito. I rilievi batimetrici, condotti nelle 12 aree SIC (Fig. 1), hanno previsto 3 campagne di ricerca in mare condotte tra luglio e ottobre 2018, per un totale di 535 mn e una copertura di 81 km2 su bassi fondali compresi tra 15 m e 50 m di profondità. Processing: i dati multibeam (bathymetry, backscatter e water column) sono stati elaborati separatamente. Per la componente batimetrica è stato eseguito un ray-tracing dei segnali, assegnando valori di velocità del suono in funzione della distanza e del tempo, e successivamente una calibrazione per correggere i parametri di allineamento dei trasduttori. L'elaborazione ha previsto le correzioni di marea estrapolate dalle stazioni permanenti della Rete Mareografica Nazionale (www.mareografico.it), seguita da un editing manuale degli spikes e successivo impiego di filtri geometrico-statistici, sino alla generazione di DEM a 20-30 cm di risoluzione. Per la componente di backscatter del fondo mare è stato realizzato un mosaico a 5 cm di risoluzione dopo aver corretto i segnali mediante shading correction, TVG, e filtri a medie mobili per l'eliminazione di rumori ad alta frequenza. Infine, per quanto riguarda la componente del backscatter della colonna d'acqua si è proceduto ad una serie di correzioni di offset relativi alla geometria dei sensori (GPS antenna and transducers), seguiti da filtri passa banda (-65 dB -30 dB) per estrapolare le informazioni relative alle biomasse. La successiva classificazione dei DEM e degli orto mosaici è stata eseguita mediante SW dedicati alla segmentazione dei dati (DEM and backscatter) al fine di estrapolare le informazioni relative alla distribuzione della P.o.. In conclusione, le indagini condotte in collaborazione tra il CNR e l'ISPRA hanno permesso di mappare, per la prima volta, la distribuzione della P.o. nelle 12 aree SIC della Calabria Ionica e Tirrenica con tecniche geofisiche ad alta risoluzione e voli costieri con sistemi autonomi UAV. La realizzazione di DEM ad alta risoluzione trattati in post processing ha permesso di determinare, oltre alla mappatura planimetrica, i volumi della matte discriminando la parte superficiale relativa all'apparato fogliare, entrambe necessarie per determinare la componente di CO2 sequestrata ed immagazzinata dalle fanerogame marine. Le mappe di distribuzione prodotte nell'ambito delle attività di studio potranno essere utilizzate per comparazioni multitemporali volte a verificare regressioni e/o ripopolamenti della Posidonia oceanica. Infine, si può affermare che, la prospezione geofisica ad alta risoluzione condotta da natanti, integrata ai sistemi UAV di telerilevamento ottico, rappresentano, ad oggi, il sistema più performante ed efficace per la mappatura, caratterizzazione e controllo della componente fisica e biologica dei bassi fondali.