Le
modificazioni geofisiche del suolo contengono spesso indicazioni
misurabili che possono essere studiate allo scopo di evidenziare
segnali che, se correttamente interpretati, possono essere annoverati
tra i precursori sismici.
Tra le modificazioni che coinvolgono l'elettromagnetismo, vi
sono modificazioni della conduttività, variazioni locali del
campo magnetico e altre manifestazioni legate alle emissioni
di radioonde.
La capacità della roccia di emettere radioonde varia tra frequenze
che partono dalle ULF, fino a frequenze dell'ordine delle UHF.
Sono numerosi gli studi specifici in questo campo, e alcuni
effettuano il monitoraggio di ben precise frequenze ritenendole
più promettenti come probabili precursori.
Le diverse caratteristiche degli strati rocciosi e delle profondità
ipocentrali, pongono seri limiti alla ricerca in questo campo,
infatti caratteristiche geologiche diverse possono rispondere
al fenomeno in modalità anch'esse diverse, vanificando l'esportabilità
dei risultati di studi effetuati su detrminate aree.
L'esportazione quindi dei risultati delle ricerche in questo
campo può dimostrarsi non facile né offrire certezze. Tuttavia,
la possibilità di effettuare misurazioni con strumenti semplici
e di basso costo e la realizzazione di una rete sperimentale
amatoriale, può essere un'ottima occasione per effettuare della
ricerca applicata, essendo le apparecchiature e le energie necessarie
messe interamente a disposizione di appassionati.
La possibilità inoltre di avvalersi di studi di carattere universitario
dai quali partire e di rendere partecipi gli enti ufficiali
nello studio dei possibili risultati, rende particolarmente
valido questo tipo di approccio sotto molti punti di vista.
Lo studio proposto comprende il monitoraggio del rumore di fondo
della banda delle onde VLF (tra 0,03 e 300 KHz e le variazioni
dovute alle emissioni di radioonde provocate dal fenomeno della
dilatanza delle rocce sottoposte a compressioni di origine sismica.
Introduzione
L'idea
su cui sta lavorando il gruppo della FESN è quella relativa
alla realizzazione di una rete di rilevamento dei precursori
sismici elettromagnetici.
Numerosissimi sono stati in passato gli studi su questo campo,
ma la difficoltà di rendere associabili agli eventi sismici
le rilevazioni di questi segnali hanno limitato molto le possibilità
di utilizzo a scopo di preallertamento.
E' noto infatti che i segnali in banda VLF e ELF vengono generati
da diverse fonti che comprendono, tra le altre, alcune interazioni
del vento solare con la magnetosfera, le scariche elettriche
atmosferiche (fulmini), battimenti di apparecchiature civili
di varia natura, il sole stesso.
Tuttavia una diversa fonte è quella costituita da fenomeni
legati ai movimenti tellurici, o meglio alla fratturazione
di strati cristallini. E' noto infatti che il fenomeno conosciuto
come dilatanza, può precedere l'inizio di un evento sismico.
Il fenomeno succitato si può riassumere così come segue:
Nella prima fase gli sforzi dovuti al movimento delle zolle
si accumulano lungo le zone critiche (faglie) causando la
compressione delle rocce interessate. Questa fase dura generalmente
diversi anni ed è comunque attualmente monitorata dagli enti
ufficiali, nelle zone maggiormente a rischio, mediante il
posizionamento di sensori basati sulla tecnologia GPS in grado
di misurare i minimi spostamenti del terreno (vedi rete GPS
dell'OGS).
Quando la compressione supera la capacità elastica della roccia,
si formano delle microfratture che causano una deformazione
aumentando il volume della roccia stessa (dilatanza).
Le microfratture si dispongono in genere parallelamente all'asse
di massima compressione.
La dilatanza avviene in media, con uno sforzo che corrisponde
a circa la metà di quello necessario a generare la frattura
conseguente all'evento sismico.
L'acqua presente nella vicina falda proprio a causa della
dilatanza, tende a penetrare all'interno della roccia fratturata
tendendo a saturare la roccia, tuttavia il tempo necessario
all'acqua per saturare la roccia è piuttosto lungo e il processo
che genera nuove microfratture è più veloce di quello che
ne permette la saturazione. L'interazione continua tra i due
processi rende le rocce sottosature.
L'acqua riesce infine a saturare la roccia e a questo punto
gli sforzi di compressione sono tali che la roccia microfratturata
satura, non è più in grado di sostenerli in quanto l'acqua
presente all'interno degli interstizi, essendo quasi incompressibile,
riduce la capacità elastica della roccia.
E'
a questo punto che inizia e si propaga la frattura che genera
l'evento sismico.
La
dilatanza quindi tende a ritardare il manifestarsi del terremoto
aumentando l'elasticità della roccia, mentre l'acqua nel momento
in cui riesce a saturare le rocce, ripristina la trasmissione
integrale della compressione, riducendo il tempo necessario
al raggiungimento della forza di rottura e quindi dell'evento
sismico.
Durante il fenomeno della dilatanza, che può durare da alcune
ore a diversi giorni, si possono modificare alcuni parametri
fisici misurabili, come la resistività elettrica, l'altezza
della falda, l'emissione di gas radon o di gas idrogeno, possono
verificarsi anche sciami microsismici.
Studi nel campo delle bande ULF (tra 0.1 e 10 Hz), ELF e VLF
(tra 10 Hz e 30 kHz) sono attualmente in corso negli USA,
ma non si ha notizia di rilevamenti correlabili ai terremoti,
anche se nel campo delle ULF si sono riscontrate delle anomalie
che potrebbero essere considerate precursori.
La rilevazione di modifiche dell'ampiezza del rumore di fondo
rilevabile mediante semplici apparati radio ha stimolato studi
specifici in questo campo.
Alcune evidenze, segnalate anche da radioamatori durante i
giorni antecedenti le forti scosse dell'Umbria, hanno spinto
il prof. Ezio Roberto Mognaschi dell'Università di Pavia,
Dipartimento di Fisica "A. Volta", radioamatore con nominativo
IW2GOO, recentemente scomparso, a effettuare studi specifici
e a ipotizzare un meccanismo fisico per la produzione di onde
elettromagnetiche da parte delle rocce cristalline, nonché
a verificare in laboratorio la veridicità dell'ipotesi avanzata.
Affinché si possa verificare l'emissione elettromagnetica,
delle rocce è indispensabile che queste siano di tipo cristallino.
A tal proposito va ricordato che in Friuli, pur mancando,
o essendo presenti in misura molto limitata, graniti o rocce
di origine vulcanica, oltre al basamento posto in profondità,
sono presenti diverse rocce a carattere cristallino (marmi)
derivanti dalla parziale fusione del calcare.
L'ipotesi del prof. Mognaschi comprende il seguente meccanismo:
- Qualche
tempo (da alcune ore a qualche giorno) prima del sisma distruttivo,
il fenomeno della dilatanza aumenta in modo esponenziale,
causando microfratture che si propagano in modo ramificato
all'interno del materiale cristallino.
- La
rottura dei legami cristallini, se il materiale non è un buon
conduttore (come la roccia appunto), produce intensi campi
elettrici. Questi infatti vengono generati dal disequilibrio
provocato dalla rottura delle strutture molecolari cristalline
con conseguente formazione di ioni di segno opposto che vengono
a trovarsi l'uno di fronte all'altro a piccola distanza. Questa
condizione, genera dei piccoli dipoli elettrici che rimangono
in vita durante il periodo di rilassamento della roccia a
seguito della frattura. Il tempo di vita dei dipoli elettrici
è molto limitato, dell'ordine di 10-4
secondi e dipende dalla resistività della roccia e dalla sua
costante dielettrica, tuttavia, pur essendo un temo brevissimo,
è sufficiente a far generare dai dipoli un campo elettromagnetico.
Gli atomi posizionati su un lato della roccia microfratturata,
essendo sottoposti alle forze elettromagnetiche di richiamo
di quelli posti sulla faccia opposta, causano un'oscillazione
dei dipoli elettrici che a loro volta generano onde elettromagnetiche.
Tuttavia i dipoli sono troppo piccoli rispetto alla lunghezza
d'onda emessa per poter essere efficienti, inoltre gli strati
di roccia tra l'ipocentro e la superficie scherma parzialmente
i segnali, quindi il rumore irradiato si limita ad essere
rilevabile solo nelle zone circostanti l'epicentro.
Descrizione
del software e del sistema di ricezione
Allo scopo della rilevazione
dei precursori sismici elettromagnetici e al fine di rilevare
la zona di emissione degli stessi è stato messo a punto
un software e un ricevitore unito ad un digitalizzatore
da alcuni radioamatori della provincia di La Spezia, fra
cui:
- Roberto Violi (IK1XHH) ha ideato scritto e compilato
il software;
- Giuliano Sandal (I1SAF), Bruno Grassi(IK1WVG) e Adamo
Mancini (IK2SBB) hanno messo a punto la parte ricevitore-digitalizzatore.
Il dispositivo ha come scopo principale, ma non unico
quello di TENTARE una previsione del fenomeno sismico
con un certo anticipo sull'evento indicando la zona di
provenienza del precursore sismico elettromagnetico (PSE)
e stimando possibilmente anche l'intensità del segnale
emesso nella zona di origine.
Dalla versione iniziale del programma a quella utilizzata
attualmente, le funzionalità si sono arricchite di nuove
e più sofisticate funzioni che riguardano l'acquisizione
dei dati attraverso dispositivi particolari quali la soglia
dinamica e la butterfly cross line, la visualizzazione
in tempo reale mediante grafici, la possibilità di estrarre
dai files potenziali PSE sia in via automatica che con
scelta manuale, la possibilità di confrontare dati provenienti
da stazioni di rilevazione diverse, dispositivi software
per la taratura del ricevitore, ecc.
All'iniziale scopo del programma (rilevazione e memorizzazione
dei dati) è andato affiancandosi nel tempo un altro più
ambizioso obiettivo e cioè l'elaborazione dei dati, attraverso
opportuni modelli matematici, al fine di determinare il
luogo di provenienza del PSE e di stimare l'intensità
del fenomeno elettromagnetico al momento dell'emissione.
E' resa possibile dal programma la gestione di una rete
di rilevazione potenzialmente illimitata nel numero delle
stazioni componenti il sistema. La gestione di questo
aspetto e' particolarmente complesso coinvolgendo carte
geografiche con diverse scale, il posizionamento delle
stazioni nella rete e loro modifiche nel tempo, il loro
eventuale utilizzo a fini previsionali con aggancio ai
modelli matematici relativi.
Il programma, infine, cura anche l'aspetto dell'elaborazione,
della classificazione e della ricerca dei dati al fine
di approfondire la conoscenza dei fenomeni PSE.
L'antenna
L'apporto della FESN per
questo tipo di ricerca, è stato quello di studiare e realizzare
un tipo adatto di antenna facilmente riproducibile amatorialmente
con materiali di semplice reperibilità, ma con caratteristiche
finali adeguate alle aspettative.
E'stata messa a punto infatti un'antenna realizzata in
tubolare di alluminio al cui interno è posto l'avvolgimento
costituito da cento spire di filo flessibile.
Al fine di evitare dispersioni, l'avvolgimento è stato
distanziato dalla schermatura metallica per l'elettricità
statica, mediante supporti in legno.
L'antenna è in grado di ricevere la componente magnetica
del segnale da inviare al ricevitore a banda larga, e
data la direttività che l'antenna possiede se posizionata
sul piano verticale, si è stabilito di montare l'antenna
con polarizzazione orizzontale al fine di evitare errori
di calcolo della zona di emissione. La FESN è in procinto
di posizionare n. 6 stazioni di rilevamento in regione
nelle seguenti località Pozzuolo del Friuli, Manzano,
Gorizia, Cabia di Arta Terme, Gaiarine (TV), Malnisio.
I dati significativi eventualmente rilevati saranno dapprima
condivisi con l'OGS di Trieste e successivamente messi
a disposizione sul sito del gruppo www.fesn.org mediante
relazioni periodiche.
Caratteristiche e dimensionamento:
Profilo di alluminio di mm 40x40
Distanziatori in legno spessore mm 10
Lunghezza del lato interno dell'antenna cm 75
Avvolgimento ottenuto con 10 spire di piattina formata
da 10 fili accoppiati
Interruzione della schermatura sul lato opposto al punto
di presa distanza mm 2
La
rete di monitoraggio dei precursosi eletromagnetici della
FESN
La FESN è in procinto di
posizionare n. 6 stazioni di rilevamento in regione nelle
seguenti località:
- Pozzuolo del Friuli
- Manzano
- Gorizia
- Cabia di Arta Terme
- Pian del Cansiglio
- Tarcento
I dati significativi eventualmente rilevati saranno dapprima
condivisi con l'OGS di Trieste e successivamente messi
a disposizione su questo sito mediante relazioni periodiche.
Software
e Hardware
La FESN è in procinto di
posizionare n. 6 stazioni di rilevamento in regione nelle
seguenti località Pozzuolo del Friuli, Manzano, Gorizia,
Cabia di Arta Terme, Gaiarine (TV), Pian del Cansiglio.
I dati significativi eventualmente rilevati saranno dapprima
condivisi con l'OGS di Trieste e successivamente messi
a disposizione su questo sito mediante relazioni periodiche.
Il software, il manuale e i dettagli della parte hardware
sono scaricabili al seguente indirizzo:
I. L. Nersesov
e A. N. Semonova in Physical Basis of Foreshocks, Nauka,
Mosca, (1969)
P. Varotsos e K. Alexopoulos, Tectonophysics, 110, 73
(1984)
J. W. Warwick, C. Stoker e T. R. Meyer, J. Geophys. Res.,
87, 2851 (1982)
A. C. Fraser-Smith et al., Geophys Res. Lett., 17, 1465
(1990)
J. Y. Dea, P. M. Hansen e W.-M. Boerner, Phys. Earth Planetary
Interiors, 77, 109 (1993)
F. Bella et al., comunicazione alla XXI General Assembly
della IUGG, Boulder, (1995)
F. Bella et al. in Electromagnetic Phenomena Related to
Earhtquake Prediction, Terra Scientific Publishing Company,
Tokyo, (1994)
E. Mognaschi, Radioonde, 8, 2 (1997)
E. Mognaschi, Radiorama, 12/97, pag. 34
M. Eleuteri, comunicazione privata C. H. Scholz, J. Geophys.
Res., 73, 1417 (1968)
L'Astronomia n. 287 pag. 35 - Luglio (2007)
La Rete Sismica Sperimentale del Friuli (F.E.S.N.) e' una
rete privata amatoriale.
I dati forniti sono provvisori e quindi suscettibili di
modifiche.
Nel caso di loro utilizzo, si prega di citare la fonte.
