Un'immagine più chiara della struttura della Terra

Com'è fatta la Terra in profondità? Considerando che questa parte del mondo è completamente inaccessibile, oggi abbiamo un quadro notevolmente differenziato delle strutture nascoste sotto la superficie terrestre. Da tempo abbiamo superato la suddivisione approssimativa della Terra in un nucleo interno solido e un nucleo esterno liquido di metallo, circondato da un mantello di rocce contenenti silicio e da una sottile crosta terrestre come involucro più esterno. I geofisici stanno lavorando, ad esempio, per ricostruire in dettaglio le enormi correnti di convezione nel nucleo esterno della Terra che generano il campo magnetico terrestre. E ora sappiamo anche, ad esempio, che sotto l'isola vulcanica dell'Islanda esiste una zona calda che si estende fino a 1000 chilometri di profondità.

Questi approfondimenti sull'interno della Terra sono stati resi possibili dalle misurazioni geofisiche sulla superficie terrestre. Le onde sismiche, ad esempio, sono uno strumento importante: Quando si verifica un terremoto in qualsiasi parte del mondo, le scosse si propagano sotto forma di onde sismiche su tutta la terra. Se queste onde vengono registrate in diversi punti con appositi dispositivi di misurazione, è possibile trarre conclusioni sulle strutture che queste onde hanno attraversato all'interno della terra in base alla velocità di propagazione.

Messaggi dal rumore

Tuttavia, il metodo presenta uno svantaggio: i terremoti non si verificano in modo uniforme sulla Terra, ma preferibilmente lungo i confini delle placche tettoniche. Anche le stazioni di misurazione non sono distribuite in modo uniforme. Di conseguenza, l'immagine che abbiamo dell'interno della Terra non è ugualmente differenziata ovunque. Andreas Fichtner, professore assistente di sismologia computazionale e responsabile del Solid Earth Dynamics Network, che coordina le attività geofisiche ad alta intensità di calcolo in Svizzera, sta ora lavorando allo sviluppo di un metodo per colmare questa lacuna nell'ambito del progetto "GeoScale".

Per farlo, il ricercatore utilizza dati che a prima vista sembrano inutili: il rumore caotico di fondo che i sismometri registrano continuamente. "La maggior parte delle volte, i sismometri registrano solo vibrazioni sottili da cui non è possibile riconoscere alcun segnale chiaro", spiega il ricercatore. "Queste vibrazioni sono causate da diversi fattori: le onde dell'oceano, ad esempio, le turbolenze dell'atmosfera, ma anche l'attività umana".

Insieme alla sua dottoranda Laura Ermert, Fichtner sta ora utilizzando un trucco per filtrare un segnale da questi dati: prendono i set di dati di due stazioni e li confrontano tra loro utilizzando una funzione di correlazione. "Se si correlano i dati di una stazione con quelli di molte altre, emerge un modello come se si fosse verificato un terremoto nella stazione in questione", spiega Fichtner. "Possiamo quindi elaborare questi segnali sismici sintetici esattamente come i normali segnali sismici".

Centinaia di migliaia di correlazioni

Tuttavia, è necessario un notevole lavoro di calcolo prima che ciò sia possibile. Ogni sismometro registra un segnale 20 volte al secondo. Chi siamo, nell'arco di diversi anni, può accumulare decine di gigabyte. Queste grandi quantità di dati devono essere prima elaborate, ad esempio perché i dati di misurazione sono leggermente distorti dagli strumenti. Una volta aggiustati i valori, è necessario effettuare le correlazioni. "Se si vogliono correlare 1000 stazioni di misura a coppie, occorrono 500.000 calcoli", spiega Fichtner.

Il ricercatore è convinto che i risultati dei calcoli porteranno a un'immagine molto più accurata della Terra. "In particolare, saremo in grado di risolvere le strutture sotto regioni poco studiate come l'Africa, il Sud America o la Siberia in modo molto più preciso". Fichtner vorrebbe anche chiarire un'altra questione irrisolta. "Grazie ai nuovi dati, potremmo essere in grado di capire meglio quali fattori generano effettivamente il segnale caotico di fondo. Potremmo anche essere in grado di comprendere meglio l'interazione tra gli oceani, l'atmosfera e la Terra solida".