• Radar Interferometry
• Pieve Fosciana
• Faulting
• Sinkhole
• Tuscany

ABSTRACT
In this thesis, the current surface deformation occurring within the Internal Northern Apennines has been studied using Synthetic Aperture Radar Interferometry (InSAR). InSAR is an established technique that allows to measure Earth’s deformation by combining two SAR satellite images acquired over the same area at different times. The combination of the two images is called an interferogram and it shows the surface deformation that occurred between the two satellite acquisitions as seen from the satellite. More recently, multi-interferogram methods have been developed to further improve the applications of InSAR. These methods allow to measure deformations on the order of only a few mm yr-1 and extract the kinematics of time-evolving deformations. Multi-interferogram methods produce maps of mean surface velocity and incremental time-series of deformations. In this thesis, the multi-interferogram method known as Small BAseline Subset (SBAS), proposed by Berardino et al. (2002) and developed by the Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente (IREA-CNR) has been used.
Interferograms have been calculated combining SAR images acquired by the European Space Agent (ESA) ENVISAT satellite between 2002 and 2010. The study area is about 75 km long and 50 km wide, covering three extensional basins: Lunigiana, Garfagnana and Viareggio. Maps of mean surface velocity and time-series of deformation have been produced from three different tracks, one ascending and two descending. Such maps have been first processed using the ESA’s Grid Processing on Demand (G-POD) platform. Subsequently, two of them have been post-processed in order to filter residual atmospheric noises and then they have been combined to retrieve the E-W and Vertical deformation components. InSAR data have been also implemented with the available seismological, geological and GPS data in order to better understand the mechanisms responsible for the deformations observed at local scale in the Internal Northern Apennines.
The current tectonic setting of the Internal Northern Apennines is characterized by extensional tectonics that is leading to the formation of several NW-SE oriented grabens. Such extensional basins are bounded by NE- and SW-dipping normal faults and are dissected by several NE-trending strike slip faults. These faults have generated large damaging earthquakes in the past. The recent-most seismic events have been the Mw 4.8 and Mw 5.1 earthquakes in the Lunigiana-Garfagnana (Northern Tuscany) area in 2013. This is the evidence that the area is one of most seismically active regions of Italy.
The InSAR analysis has shown that there are several areas characterized by higher velocities than those measured with GPS on a broader scale. The features of the identified deformation patterns suggest that such areas are experiencing subsidence. Subsidence has been measured at Pistoia, Viareggio, Sarzana, Pieve Fosciana and Camporgiano-Filicaia (Garfagnana), with rates ranging from 3 mm yr-1 to 20 mm yr-1. The higher rates seem to be due to human activity (mainly aquifer exploitation), and land-slides, rather than tectonics. While deformation at Pieve Fosciana is likely associated to the active faults.

RIASSUNTO
In questa tesi, sono state studiate le deformazioni crostali in atto nell’Appennino Settentrionale Interno usando la tecnica dell’Interferometria Radar satellitare (InSAR). L’InSAR è una tecnica che permette di misurare le deformazioni crostali combinando due immagini SAR (Radar ad Apertura Sintetica) della stessa porzione della superficie terrestre, acquisite in tempi diversi. La combinazione delle due immagini si chiama Interferogramma e mostra la deformazione della superficie terrestre avvenuta nell’intervallo di tempo tra le due acquisizioni. Più recentemente, sono stati sviluppati dei metodi multi-interferogramma che hanno aumentato le applicazioni della tecnica InSAR. Questi metodi permettono di misurare le deformazioni con una precisione nell’ordine dei millimetri e di analizzarne l’evoluzione nel tempo. Con questi metodi è possibile produrre mappe di velocità medie di movimento della superficie e serie temporali della deformazione incrementale. In questa tesi è stata usata la tecnica multi-interferogramma conosciuta come Small BAseline Subset (SBAS), Proposta da Berardino et al. (2002) e sviluppata dall’ Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente (IREA-CNR).
Gli interferogrammi sono stati creati combinando immagini SAR acquisite dal satellite ENVISAT dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) tra il 2002 e il 2010. L’area di studio è lunga 75 km, larga 50 km e copre i bacini estensionali di Lunigiana, Garfagnana e Viareggio. Le mappe di velocità media sono state prodotte da tre differenti orbite del satellite, una ascendente e due discendenti. Queste mappe sono processate inizialmente usando la piattaforma G-POD (Grid Processing on Demand) dell’ESA. Successivamente, due mappe hanno subito una fase di post-processing al fine di eliminare il rumore atmosferico residuo e sono poi state combinate al fine di ottenere le componenti della deformazione E-O e verticale. I dati InSAR sono stati poi integrati con dati sismologici, geologici e geodetici (GPS) per risalire ai meccanismi responsabili delle deformazioni osservate a scala locale.
L’assetto tettonico attuale dell’Appennino Settentrionale Interno è caratterizzato da una tettonica estensionale che sta portando alla formazione di una serie di graben orientati in direzione NO-SE. L’evoluzione di questi bacini estensionali è controllata da sistemi di faglie normali immergenti a NE e a SO, e da faglie a cinematica strike-slip con direzione NE-SO. A queste strutture è associata una sismicità intensa il cui record risale a tempi storici. Gli eventi più recenti sono i terremoti di Mw 4.8 e Mw 5.1 avvenuti nel 2013 nell’area compresa tra la Lunigiana e la Garfagnana (Toscana settentrionale). Questi ultimi eventi sono la testimonianza che quest’area è tra le zone d’Italia sismicamente più attive.
L’analisi InSAR ha rivelato che sono presenti diverse aree caratterizzate da velocità di deformazione più elevate di quelle osservate con i GPS a scala regionale. Le caratteristiche dei pattern di deformazione identificati suggeriscono che queste aree sono soggette a subsidenza. Fenomeni di subsidenza con tassi compresi tra 3 mm yr-1 e 20 mm yr-1 sono stati osservati a Pistoia, Viareggio, Sarzana, Pieve Fosciana e Camporgiano-Filicaia (Garfagnana). I tassi di subsidenza maggiori sembrano essere dovuti ad attività antropica (prevalentemente sfruttamenti di acquiferi), e frane, piuttosto che alla tettonica. La deformazione a Pieve Fosciana invece, è probabilmente legata all’azione di faglie attive.