Limiti e prospettive della geofisica applicata ai beni culturali

La carriera professionale dell’Ing. Raffaele Persico, ricercatore dell’Istituto per i Beni Archeologici e Monumentali del Consiglio Nazionale delle Ricerche (presso la sede di Lecce), ha inizio a Napoli.

Laureato in Ingegneria Elettronica nel 1996 presso l’Università Federico II, con una tesi sulla “diffusività dei semiconduttori”, ha successivamente conseguito il Dottorato di Ricerca in Ingegneria dell’Informazione presso la Seconda Università degli Studi della medesima città.

La sua attività nel mondo della ricerca ha inizio all’interno del Consorzio di Ricerca per Sistemi di Telerilevamento Avanzato (CO.RI.S.T.A.), seguita poi dall’esperienza all’interno dell’Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente (IREA CNR) fino al gennaio 2007, anno in cui ha ottenuto il trasferimento presso la sede IBAM di Lecce, dov’è tutt’ora in servizio.

All’interno dell’Istituto ha preso parte ad alcuni importanti progetti di ricerca, quali ad esempio AITECH e PROMETEOS, ma non solo. Fra le innumerevoli esperienze professionali, conta l’organizzazione, nel 2010, della tredicesima conferenza mondiale del georadar che lo vede ancora membro dell’International Advisory Committee.

Nel novembre 2016, insieme con i colleghi G. Leucci e L. De Giorgi, ha preso parte all’organizzazione della Conferenza nazionale annuale della geofisica (GNGTS). E’ inoltre Editor Associato di riviste internazionali, quali Near Surface Geophysics e Geophysical Prospecting, oltreché membro del Comitato Direttivo della European GPR Association e Presidente dell’Associazione Italiana del Georadar.


Due casi studio a confronto: alcuni dei risultati raggiunti grazie alle attività di studio e di ricerca svolta negli anni:


Co-cattedrale di San Giovanni a Valletta (Malta)

I casi studio sono stati ovviamente tanti, alcuni per così dire ordinari, altri rilevanti per la particolare rinomanza del sito o del monumento… altri ancora per l’originalità o quantomeno la non immediatezza del risultato raggiunto.

Prospezioni geofisiche

Fra i casi rilevanti per l’importanza del sito, mi torna in mente la co-cattedrale di San Giovanni a Malta, patrimonio dell’UNESCO e sede di due superbi capolavori di Caravaggio, luogo in cui é stata indagata tramite prospezioni geofisiche la cappella Aragonese e in cui è mia intenzione ritornare in futuro nell’ambito di una serie di attività frutto della già consolidata collaborazione con l’Università  di Malta.

In questa cappella, e in tutta la chiesa (che oggi è un museo), il pavimento è composto da una sequenza di lapidi disegnate; le indagini georadar svolte, hanno rivelato che non tutte le lapidi corrispondono a sepolture vere e proprie confermando le ipotesi già formulate.

Le misurazioni hanno quindi rivelato una scacchiera ancora diversa rispetto a quanto si credeva sulla base delle testimonianze documentarie edite (abbastanza tarde rispetto alle date di morte), pertanto, gli esiti di tali indagini hanno fornito importanti contributi alla storia di questo monumento, che non attende altro che essere (almeno in parte) riscritta.

Parco archeologico di Egnazia (Brindisi)

Un caso invece che mi ha sorpreso particolarmente per la qualità del risultato raggiunto è quello relativo all’indagine svolta, su un’area di 900 metri quadrati, all’interno del sito archeologico messapico e poi romano di Egnazia, in provincia di Brindisi. In questo straordinario contesto eseguimmo misure con due georadar diversi più un magnetometro, sovrapponendo poi i risultati e combinando le misure dei tre strumenti utilizzati. Altri esperti avevano già fatto cose simili nella letteratura scientifica ma si erano limitati a sommare i dati normalizzati (per dato normalizzato si intende il dato misurato da ciascuno strumento diviso per la massima intensità di segnale da esso misurata). Noi dimostrammo che la semplice somma dei dati non sempre corrisponde alla soluzione plausibilmente ritenuta migliore (la questione ricade comunque in un ambito probabilistico), poiché ne consegue una combinazione opportuna di somme o differenze di dati normalizzati.

Quale fu il risultato raggiunto?

Mappammo in pianta le mura di uno o due grossi edifici d’età romana che stimiamo giacciano a circa mezzo metro rispetto al piano attuale.


Quali competenze sono necessarie a fornire risposte efficaci e talvolta risolutive alle problematiche che più frequentemente vengono riscontrate durante lo sviluppo di indagini conoscitive su un manufatto architettonico, in termini di caratterizzazione e qualificazione del degrado?


Le competenze utili al raggiungimento di tali obiettivi sono naturalmente di tipo multidisciplinare e non possono essere possedute tutte da una sola persona, per cui il coinvolgimento di diverse professionalità è sempre auspicabile, anche se non sempre di fatto possibile. In particolare, quando si parla di monumenti è opportuno interfacciarsi con strutturisti e con esperti che conoscano, per quanto possibile, la storia del monumento (specialmente le variazioni architettoniche e i cambi d’uso intercorsi negli anni o nei secoli). Le stesse attività di diagnostica, che può declinarsi come diagnostica non invasiva in situ (geofisica, termografia ai raggi infrarossi, etc.) o come analisi di campioni di materiale (microscopia su sezioni sottili, analisi ai raggi X, etc.), richiedono un approccio multidisciplinare.

Una metodologia assoluta non esiste. Pertanto, la risposta che fornisco con i risultati delle mie indagini si limita necessariamente alle possibilità che si hanno. Ad esempio, sarebbe utile in qualche caso eseguire indagini gravimetriche o di tomografia muonica, ma in mancanza degli strumenti necessari è utile ingegnarsi per ottenere i risultati desiderati perseguendo altre tipologie di indagini […] Venendo quindi a considerazioni più specifiche e circostanziate, penso che un buon modo di procedere consiste nello sfruttare a meglio le potenzialità della multisciplinarietà, talvolta ritornando sul sito dopo l’elaborazione dei primi dati per concepirne altri tipi di riscontri , quali quelli “ortogonali”, utili a comprendere la natura delle anomalie riscontrate in prima istanza, soprattutto quelle la cui interpretazione appare più oscura.

Chiesa di Santa Croce (Gravina di Puglia)

Questa esigenza ha spinto me e il collega G. Quarta, ad esempio, a ritornare nella cappella dello Spirito Santo a Lecce, dopo aver eseguito delle indagini georadar. Grazie ad un’indagine visiva e a nuove analisi, che nel caso specifico ci permisero di misurare la temperatura superficiale e l’umidità, giungemmo ad un’interpretazione più precisa di una certa anomalia, riscontrata in precedenza.. E così fu anche per la chiesa di Santa Croce a Gravina in Puglia (Bari), dove dopo indagini georadar, per dipanare un dubbio circa l’eventuale presenza di tubature o cavi elettrici sotto l’intonaco del soffitto a volta cilindrica, insieme ai colleghi E. Geraldi e M. Sileo, effettuammo delle misurazione con termocamera a raggi infrarossi.


Limiti, prospettive e futuro nel settore della geofisica applicata ai beni archeologici e monumentali:


Individuare il futuro di una tecnica è sempre un esercizio insidioso: sappiamo dall’800 ad oggi che tutti quelli che hanno voluto prevedere il futuro di una tecnologia in modo sistematico si sono poi sbagliati, perché sono sorte sempre cose nuove non previste che hanno cambiato le carte in tavola. Ma a parte i dubbi posti su un piano puramente razionale, prendo questa domanda “con le pinze” anche su un piano più emozionale, perché con il passare degli anni sono diventato un po’ diffidente verso certi racconti profetici che talora sentiamo circa un mondo tecnologicizzato dove tutto sarà cambiato già fra cinque anni, dove bisognerà saper cogliere le solite nuove grandi sfide, di cui mai c’eravamo accorti prima ed altre romanticherie del genere (forse c’è in questo un’indelebile radice di napoletanità…).

Proverò comunque a rispondere a questa domanda con il beneficio del dubbio e dalla prospettiva di chi fa ricerca.

Per le impressioni che riesco ad avere allo stato dell’arte attuale, prevedo che ci sarà spazio per un moderato ma continuativo sviluppo del settore. L’entità di questo sviluppo dipenderà da vari fattori, economici ma anche basati sui miglioramenti progressivi che si riusciranno ad avere in termini di qualità del risultato. In tal senso, sarà importante proporre nuove soluzioni per l’hardware dei sistemi e per le elaborazioni dei dati, ma non è facile avere tempo per seguire questi aspetti, ed è ancor meno facile catturare l’attenzione e la disponibilità del mercato su questi punti. In particolare, algoritmi di data processing innovativi hanno bisogno di studi basati sulla fisica dei problemi, che nella maggior parte dei casi non c’è il tempo di fare perché il sistema della ricerca in generale ci spinge (obbliga?) a produrre in termini numerici e finanziari, per cui ci si limita di norma ad applicare le tecniche già acquisite. Questo porta a delle diligenti attività di servizio, ma naturalmente non si tratta di ricerca in senso autentico. D’altro canto, è vero anche che la fisica di base sottostante le tecniche in questione è in molti casi ben ha raggiunto una maturità tale,  dalla prima metà del secolo scorso o anche prima, per cui nulla lascia prevedere che possa esserci spazio per un miglioramento eclatante dei risultati ottenibili. Ciò detto, ritengo anche possibile ottenere dei “miglioramenti minori” per i quali valga la pena perseguire le indagini. C’è forse uno spazio ancora maggiore per quanto riguarda ciò che c’è da scoprire in termini di hardware dei sistemi di misura, ma va anche detto a tal proposito che il mercato è caratterizzato in genere da pochi produttori, per lo più restii a rischiare di lanciare sul mercato prodotti nuovi che non siano l’evoluzione dei precedenti, elaborati nei loro stessi laboratori. In particolare, si cerca per lo più di rendere le strumentazioni facili da usare per un largo pubblico di utenti e si cerca di aumentarne innanzitutto la potenza quantitativa, cioè il numero di misure che si riescono a prendere nell’unità di tempo. Almeno questa è la mia diretta esperienza. Il mio punto di vista, ripeto, non è improntato al pessimismo, ma è dettato semplicemente dall’esigenza di cercare di fare bene quel molto o poco che è nelle nostre possibilità e nelle nostre corde di poter fare, e da questo prima o poi arrivano anche le nostre piccole o grandi soddisfazioni tecnico-scientifiche. La questione in generale non è però soltanto tecnica poiché il settore delle prospezioni geofisiche ha bisogno (o meglio sarebbe dire: avrebbe) di regolamentazioni: nel bene e nel male non esiste un ordine professionale dei geofisici applicati e chiunque oggi in Italia può comprare uno strumento, “smanettarci” un po’ sopra e mettersi sul mercato. Questo non aiuta la credibilità (e quindi la crescita nel lungo periodo) del settore. Anche per questo, pur consapevoli dei nostri stessi limiti e dei nostri errori, abbiamo dato vita all’Associazione Italiana del Georadar.


Il sistema GPR per la prospezione di un particolare elemento strutturale: la colonna.

Il team coinvolto nelle fasi di studio e progettazione, le funzioni dello strumento, i risultati raggiunti…


Si tratta di un sistema per investigare la parte interna di una colonna. E’ un lavoro in fieri ancora, basato essenzialmente sul fatto che a rigore l’investigazione di una colonna non può procedere come quella del suolo o di una parete muraria, per il semplice fatto che gli algoritmi di elaborazione dei dati che sono ampiamente assestati per il suolo o per le murature tengono il conto il fatto che la superficie di separazione fra aria e mezzo investigato è piatta, e che la traiettoria lungo la quale stiamo muovendo lo strumento è rettilinea.

Quando la superficie dell’oggetto investigato e la linea di misura diventano curve occorre fare uso di una diversa formulazione del problema (anche se la fisica delle onde elettromagnetiche è sempre la stessa, basata sulle equazioni di Maxwell che come detto hanno oltre 150 anni).

La richiesta di brevetto avanzata vede anche il coinvolgimento dei colleghi dell’IREA CNR, esperti di algoritmi di elaborazione dati per superfici curve, nonché dell’azienda esterna proprietaria del sistema complessivo, che è stato realizzato nell’ambito del progetto PROMETEOS.

I colleghi interni coinvolti nella realizzazione del medesimo brevetto, oltre me, sono Giovanni Leucci e Giovanni Quarta. Abbiamo realizzato un sistema in grado di eseguire scansioni sia verticali delle colonne che orizzontali, a tutto tondo e fissate a diverse quote, mediante un sistema di movimentazione meccanica, e abbiamo un algoritmo di elaborazione dati per superfici circolari. Abbiamo anche testato il sistema su un “prototipo” appositamente realizzato, costituito da due colonne con vari oggetti incastonati all’interno, ottenendo risultati discreti, ma che ritengo possano essere migliorati in futuro.


Intervista all’Ing. Raffaele Persico, ricercatore presso la sede IBAM CNR di Lecce.

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