I temporali permettono di ottenere immagini sismiche del sottosuolo terrestre poco profondo

I temporali, i segnali sismici generati dai temporali, sono stati sfruttati come un nuovo strumento per l'imaging del sottosuolo poco profondo della Terra, segnando una svolta nella ricerca geofisica. Un team di scienziati guidati da Tieyuan Zhu, professore associato di geoscienze alla Penn State, ha dimostrato con successo il potenziale di queste onde acustiche atmosferiche per fornire immagini dettagliate delle strutture sotterranee.

Il cavo in fibra ottica lungo 5 miglia, originariamente installato per le telecomunicazioni, è stato riutilizzato come una rete di sensori. Utilizzando la tecnologia di rilevamento acustico distribuito (DAS), i ricercatori hanno catturato piccoli cambiamenti nelle proprietà fisiche della fibra causate dalle onde sismiche che viaggiano attraverso il terreno. Queste onde provengono da fulmini, che generano impulsi acustici a bassa frequenza che viaggiano attraverso l'aria e alla fine trasferiscono energia nel terreno, creando segnali sismici rilevabili. La capacità di tracciare questa transizione dal suono atmosferico al movimento del terreno rappresenta un'innovazione chiave nel campo della geofisica.

Le tradizionali immagini sismiche si basano su strumenti costosi e manuali o metodi passivi che dipendono dall'attività sismica naturale, come i terremoti. Tuttavia, questi approcci incontrano limitazioni in regioni con limitata sismicità, come gli Stati Uniti centrali e orientali, dove l'attività sismica è relativamente scarsa. Il metodo del tuono supera questa sfida utilizzando il costante verificarsi di temporali, che possono essere frequenti anche in zone non sismiche.

Inoltre, l'uso di infrastrutture di fibra ottica esistenti elimina la necessità di un'ampia installazione, rendendola particolarmente utile in ambienti remoti o fortemente regolamentati come l'Artico o i centri urbani. Nolan Roth, autore principale dello studio e attualmente ricercatore post-dottorato presso l'Ohio State University, ha sottolineato la complessità dei precedenti tentativi di utilizzare il tuono per le immagini sismiche. "Senza un rilevamento ad alta risoluzione, è difficile mettere insieme ciò che accade quando il tuono colpisce il terreno", ha spiegato.

Con il DAS, il team ha raggiunto un dettaglio senza precedenti registrando centinaia di punti dati al secondo lungo la fibra, consentendo loro di mappare la trasformazione dell'energia acustica atmosferica in onde sismiche con una precisione notevole. Questo livello di precisione era precedentemente sfuggito ai ricercatori che lavoravano con metodi simili. Le implicazioni di questa scoperta vanno oltre la curiosità accademica. Una migliore comprensione di come i trasferimenti di energia tra l'atmosfera e la Terra solida potrebbero migliorare la nostra capacità di monitorare i rischi geologici come i buchi e le frane. Offre anche nuove informazioni sulla valutazione delle risorse, compresi i depositi di acque sotterranee e minerali, nonché l'attività vulcanica e magmatica.

Secondo Zhu, la tecnica fornisce un'opportunità unica per esplorare le interazioni dinamiche tra la superficie terrestre e la sua atmosfera, portando potenzialmente a modelli più accurati del comportamento del sottosuolo.