LASERSCANNER CYCLOSTRATIGRAPHY. A REMOTE SENSING APPROACH FOR THE EXTRACTION OF LONG TIME SERIES FROM LARGE OUTCROPS

I Terrestrial Laser Scanners (TLSs) permettono di creare modelli tridimensionali di affioramenti, nella forma di nuvole di punti. Ogni punto di una nuvola di punti è il risultato di un’operazione di campionamento sulla superficie dell’affioramento, fatta usando un raggio laser. Questa operazione registra le coordinate 3D del punto e l’energia retroriflessa del laser, detta intensità. Potenzialmente, l’intensità può essere convertita in una riflettanza ed essere usata per discriminare matteriali differenti. Quando si considera una serie composta da alternanze di calcari e marne, l’intensità può essere usata come proxy per la litologia e venir convertita in log di intensità, questi si sono dimostrate essere promettenti serie temporali per l’analisi ciclostratigrafica. Questa tesi prende il via da questo risultato, ed ha avuto l’obiettivo principale di esplorare i metodi necessari a produrre serie temporali lunghe, che sono essenziali per studiare cicli Milankoviani di lungo periodo (> 1 Myr) nei sedimenti. In questa prospettiva le seguenti tematiche sono state sviluppate: a) L’effetto di argilliti e selci sull’intensità misurata. Calcare, argilla e selce formano infatti la maggior parte dei sedimenti nelle successioni di acqua pro- fonda. b) L’identificazione di un metodo semplificato per la normalizzazione delle intensità, per minimizzare gli effetti della distanza dall’affioramento e dell’angolo di incidenza del raggio laser. c) La creazione di un pacchetto soft- ware, composto da una libreria C++ e da una Graphical User Interface (GUI) per semplificare l’interazione dell’utente con i dati, che è necessaria per generare le serie temporali. Tre casi studio dagli Appennini dell’Italia Centrale sono stati considerati: I) La sezione di Smirra (Scaglia Rossa Fm. e Scaglia Variegata Fm. ), composta da una omogenite calcarea pelagica, questo caso è stato usato per comparare le intensità del TLS a calcimetrie ottenute da campioni dell’affioramento. I risultati dimostrano che il TLS puó essere usato come proxy per il contenuto in CaCO 3 , anche quando la serie è caratterizzata da variazioni litologiche minime. II) La sezioni dei Mulini (Maiolica Fm.). La sensitività alla selce è stata in- vestigata, comparando misure di riflettanza ottenute in laboratorio con l’intensità del TLS. Si dimostra che la bassa riflettanza della selce può essere impiegata per distiguerla dal calcare. Un metodo basato su un classificatore Support Vector Machine (SVM) è stato implementato per permettere il riconoscimento semi automatico della selce sulle nuvole di punti da TLS. III) La Cava Vispi (Maiolica Fm., Marne a Fucoidi Fm., Scaglia Bianca Fm.). In questo affiormanento è esposta una sezione stratigrafica continua di quasi 200m in spessore, che va dalla parte superiore della Maiolica Fm. fino al Livello Bonarelli, e rappresenta ca. 20 Myrs. Questo affioramento ha fornito il caso ideale per affrontare il problema di ottenere serie temporali lunghe per le analisi ciclostratigrafiche. Una metodologia originale e un software dedicato sono stati sviluppati per questo compito. Con questi strumenti è stato possibile produrre una serie di 150m a risoluzione centimetrica, partendo da ∼ 30 nuvole di punti. I metodi e gli algoritmi introdotti per l’estrazione di serie temporali da nuvole di punti sono stati implementati in una libreria C++ , detta SPC . Un accesso facilitato alle strutture dati e ai metodi definiti in SPC viene invece fornito da una GUI, sottoforma di una toolbar per il software CloudCompare. Il toolkit proposto è disponibile in internet all’indirizzo https://github.com/luca-penasa .