Analisi sismica passiva del ghiacciaio roccioso di Sadole (Italia)

Rock glaciers are key indicators of permafrost conditions in alpine environments and play a significant role in mountain hydrology. This thesis presents a multi-method geophysical investigation of the Sadole rock glacier, located in the Sadole Valley, eastern Trentino, Italy. The study integrates passive seismic techniques, including Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio (H/V) analysis, seismic noise interferometry, and Frequency-Time Analysis (FTAN), with Electrical Resistivity Tomography (ERT) to characterize the internal structure of the glacier. The H/V spectral ratio analysis revealed spatial variations in the thickness of the overlying subsurface debris layer within the rock glacier, with greater depths observed in the northern sector and shallower layers in the south. Group velocity maps derived from FTAN were obtained through surface wave tomography using a Reversible Jump Markov Chain Monte Carlo (RJMCMC) algorithm, revealing velocity contrasts that support the interpretation of a heterogeneous internal structure. These seismic results likely reflect variations in both the underlying bedrock topography and the presence or absence of ice-rich permafrost, as both factors significantly influence seismic velocity through differences in stiffness and impedance. ERT profiles confirmed the presence of high-resistivity anomalies in the central lobe, interpreted as ice-rich zones. Together, these datasets provide a coherent image of the glacier’s subsurface, highlighting the value of combining seismic and electrical methods in periglacial environments. The study also discusses the limitations associated with velocity picking in FTAN, particularly in the presence of multimodal surface wave propagation, which introduces uncertainty in dispersion curve extraction. Despite these challenges, the integrated approach proved effective in delineating the thickness of the overlying subsurface debris layer within the rock glacier and in identifying the underlying ice-bearing permafrost, contributing to a better understanding of permafrost dynamics in the context of climate change.

I ghiacciai rocciosi sono indicatori chiave delle condizioni del permafrost negli ambienti alpini e svolgono un ruolo significativo nell'idrologia montana. Questa tesi presenta un'indagine geofisica multimetodo del ghiacciaio roccioso di Sadole, situato nella Val Sadole, nel Trentino orientale. Lo studio integra tecniche sismiche passive, tra cui l'analisi del rapporto spettrale orizzontale-verticale (H/V), l'interferometria di rumore sismico e l'analisi frequenza-tempo (FTAN), con la tomografia di resistività elettrica (ERT) per caratterizzare la struttura interna del ghiacciaio. L'analisi del rapporto spettrale H/V ha rivelato variazioni spaziali nello spessore dello strato detritico sotterraneo sovrastante all'interno del ghiacciaio roccioso, con profondità maggiori osservate nel settore settentrionale e strati meno profondi a sud. Le mappe di velocità di gruppo derivate da FTAN sono state ottenute tramite tomografia ad onde superficiali utilizzando un algoritmo Reversible Jump Markov Chain Monte Carlo (RJMCMC), rivelando contrasti di velocità che supportano l'interpretazione di una struttura interna eterogenea. Questi risultati sismici riflettono probabilmente variazioni sia nella topografia del substrato roccioso sottostante sia nella presenza o assenza di permafrost ricco di ghiaccio, poiché entrambi i fattori influenzano significativamente la velocità sismica attraverso differenze di rigidezza e impedenza. I profili ERT hanno confermato la presenza di anomalie ad alta resistività nel lobo centrale, interpretate come zone ricche di ghiaccio. Insieme, questi set di dati forniscono un'immagine coerente del sottosuolo del ghiacciaio, evidenziando il valore della combinazione di metodi sismici ed elettrici negli ambienti periglaciali. Lo studio discute anche i limiti associati al speed picking in FTAN, in particolare in presenza di propagazione multimodale delle onde superficiali, che introduce incertezza nell'estrazione della curva di dispersione. Nonostante queste sfide, l'approccio integrato si è dimostrato efficace nel delineare lo spessore dello strato di detriti del sottosuolo sovrastante il ghiacciaio roccioso e nell'identificare il permafrost ghiacciato sottostante, contribuendo a una migliore comprensione delle dinamiche del permafrost nel contesto del cambiamento climatico.