Analisi acustica delle rocce per comprendere la stabilità della crosta terrestre
Ascoltare le rocce profonde
Il suono delle rocce
(METEOGIORNALE.IT) Il ritmo, l’intensità e la periodicità dei suoni emessi dalle rocce possono essere rilevati e analizzati per ottenere informazioni sulla profondità e la forza delle rocce circostanti. “Se ascoltassi le rocce, canterebbero in toni sempre più alti man mano che scendi”, afferma Matej Pec, geologo del MIT.
Pattern acustici e pressione
Pec e i suoi colleghi ascoltano le rocce per vedere se, sottoponendole a diverse pressioni, emergono pattern acustici o “impronte digitali”. Nei loro studi di laboratorio, hanno dimostrato che campioni di marmo, quando sottoposti a basse pressioni, emettono “boati” di tono basso, mentre a pressioni più alte, le rocce generano una “valanga” di crepitii di tono più alto.
Implicazioni scientifiche
Secondo Pec, questi pattern acustici nelle rocce possono aiutare gli scienziati a stimare i tipi di crepe, fessure e altri difetti che la crosta terrestre sperimenta con la profondità. Queste informazioni possono poi essere utilizzate per identificare regioni instabili sotto la superficie, dove esiste il potenziale per terremoti o eruzioni. I risultati del team, pubblicati nei Proceedings of the National Academy of Sciences, potrebbero anche contribuire a informare gli sforzi dei geologi per perforare alla ricerca di energia geotermica rinnovabile.
I rumori della crosta terrestre
La crosta terrestre e le sue caratteristiche
La crosta terrestre viene spesso paragonata alla pelle di una mela. Nel suo punto più spesso, la crosta può avere una profondità di 70 chilometri, una piccola frazione del diametro totale del globo, di 12.700 chilometri. Eppure, le rocce che formano la sottile crosta del pianeta variano notevolmente nella loro resistenza e stabilità. I geologi ritengono che le rocce vicine alla superficie siano fragili e si fratturino facilmente, rispetto alle rocce a maggiori profondità, dove immense pressioni e il calore del nucleo possono far fluire le rocce.
Transizione da fragile a duttile
Il fatto che le rocce siano fragili in superficie e più duttili in profondità implica che deve esistere un punto intermedio: una fase in cui le rocce passano da una condizione all’altra e possono avere proprietà di entrambe, in grado di fratturarsi come il granito e fluire come il miele. Questa “transizione da fragile a duttile” non è ben compresa, sebbene i geologi ritengano che possa essere il luogo dove le rocce sono più forti all’interno della crosta.
Defetti microscopici delle rocce
Pec e i suoi colleghi stanno studiando come varia la resistenza e la stabilità delle rocce, siano esse fragili, duttili o intermedie, in funzione dei difetti microscopici di una rocca. La dimensione, la densità e la distribuzione di difetti come crepe, fessure e pori microscopici possono determinare quanto fragile o duttile possa essere una roccia.
Metodo di studio: l’ultrasuono
Utilizzo dell’ultrasuono
Ma misurare i difetti microscopici delle rocce, in condizioni che simulano le varie pressioni e profondità della Terra, non è un compito semplice. Ad esempio, non esiste alcuna tecnica di imaging visivo che permetta agli scienziati di vedere l’interno delle rocce per mappare le loro imperfezioni microscopiche. Quindi, il team ha fatto ricorso all’ultrasuono e all’idea che qualsiasi onda sonora che viaggia attraverso una roccia dovrebbe rimbalzare, vibrare e riflettersi in qualsiasi crepa e fessura microscopiche, in modi specifici che dovrebbero rivelare qualcosa sul pattern di questi difetti.
Esperimenti con il marmo di Carrara
Nei loro esperimenti, il team ha testato cilindri di marmo di Carrara. “È lo stesso materiale da cui è fatto il David di Michelangelo”, osserva Pec. “È un materiale molto ben caratterizzato e sappiamo esattamente cosa dovrebbe fare”.
Risultati degli esperimenti
Il team ha scoperto che all’estremità inferiore del range di pressione, dove le rocce sono fragili, il marmo formava fratture improvvise in risposta, e le onde sonore sembravano grandi esplosioni di bassa frequenza. A pressioni più alte, dove le rocce sono più duttili, le onde acustiche sembravano un crepitio più acuto. Il team ritiene che questo crepitio sia stato prodotto da difetti microscopici chiamati dislocazioni che poi si propagano e fluiscono come una valanga.
Implicazioni future
Le caratterizzazioni delle rocce e dei loro difetti a varie pressioni effettuate dal team possono aiutare gli scienziati a stimare come si comporterà la crosta terrestre a diverse profondità, ad esempio, come le rocce potrebbero fratturarsi in un terremoto o fluire in un’eruzione. “Quando le rocce si fratturano in parte e in parte fluiscono, come si retroalimenta questo al ciclo del terremoto? E come influisce questo sul movimento del magma attraverso una rete di rocce?” si chiede Pec. “Queste sono domande di scala maggiore che possono essere affrontate con ricerche come questa”.
