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Suoni che scuotono la Terra: sai cosa causa il rumore sismico?
In geofisica, geologia e campi correlati come l'ingegneria civile, il rumore sismico si riferisce a vibrazioni del terreno relativamente durature causate da una serie di motivi. Tali vibrazioni sono spesso considerate componenti non interpretabili o indesiderate della registrazione del segnale. L'origine fisica del rumore sismico deriva principalmente da sorgenti in superficie o in prossimità della stessa ed è costituita quasi interamente da onde elastiche di superficie.
Le onde a bassa frequenza (inferiori a 1 Hz) sono spesso chiamate microsismi, mentre le onde ad alta frequenza (superiori a 1 Hz) sono chiamate picosismi.
Le principali fonti di onde sismiche includono le attività umane (come il traffico o l'attività industriale), il vento e altri fenomeni atmosferici, i fiumi e le onde dell'oceano. Il rumore sismico è rilevante per tutti i campi scientifici che si basano sulla sismologia, tra cui la geologia, l'esplorazione petrolifera, l'idrologia, nonché l'ingegneria sismica e il monitoraggio della salute strutturale.
Questo rumore spesso interrompe le attività sensibili alle vibrazioni esterne, come il monitoraggio e la ricerca sui terremoti, la fresatura di precisione, i telescopi, la rilevazione delle onde gravitazionali e la crescita dei cristalli. Tuttavia, il rumore sismico ha anche usi pratici, come la determinazione delle proprietà dinamiche a bassa deformazione e variabili nel tempo delle strutture di ingegneria civile (come ponti, edifici e dighe); la conduzione di studi sismici di strutture sotterranee di varie dimensioni, spesso utilizzando interferometria e monitoraggio ambientale, come nella sismologia fluviale.
Fonti di rumore sismico
Gli studi sulle origini del rumore sismico hanno dimostrato che la parte a bassa frequenza dello spettro (inferiore a 1 Hz) deriva principalmente da cause naturali, in particolare dall'impatto delle onde oceaniche. In particolare, il picco osservato a livello globale tra 0,1 e 0,3 Hz è chiaramente correlato all'interazione delle onde d'acqua della stessa frequenza. Nella parte ad alta frequenza (superiore a 1 Hz), il rumore sismico è causato principalmente da attività umane come il traffico stradale e il lavoro industriale; ma anche fonti naturali come i fiumi possono contribuire a questo effetto.
Al di sopra di 1 Hz, anche il vento e altri fenomeni atmosferici possono essere fonti importanti di vibrazioni del terreno.
Ad esempio, in Camerun, i "tremori ai piedi" causati dai tifosi di calcio che battono i piedi sono tra le attività non antropiche osservate durante i periodi di bassa attività sismica. Nei pressi di Bonny Bay, nel Golfo di Guinea, si verificano delle pulsazioni ogni 26-28 secondi: si ritiene che siano riflessi delle correnti sottostanti le rapide, segno della potenza delle onde.
Caratteristiche fisiche del rumore sismico
L'ampiezza delle vibrazioni del rumore sismico è in genere compresa tra 0,1 e 10 μm/s. Il modello del rumore di fondo valutato a livello globale mostra caratteristiche dipendenti dalla frequenza. Il rumore sismico comprende una piccola quantità di onde di corpo (onde P e S), ma le onde di superficie (onde di Love e di Rayleigh) sono le componenti principali perché sono preferibilmente eccitate da processi provenienti dal suolo. Queste onde sono diffuse, il che significa che la loro velocità di fase varia con la frequenza (in genere, diminuisce con l'aumentare della frequenza).
Poiché la curva di dispersione (funzione di frequenza della velocità di fase o della pigrizia, ecc.) mette in relazione la variazione della velocità delle onde di taglio con la profondità, può essere utilizzata come strumento non intrusivo per determinare la struttura sismica del sottosuolo.
Storia del rumore sismico
In condizioni normali, il rumore sismico ha un'ampiezza molto bassa e non è percepibile dall'uomo, né poteva essere registrato dalla maggior parte dei primi sismografi della fine del XIX secolo. Tuttavia, all'inizio del XX secolo, il sismologo giapponese Ōmori Fumiyoshi riuscì a registrare le vibrazioni ambientali negli edifici e a determinare la frequenza di risonanza dell'edificio. Agli albori della sismologia, si riconobbe che il rumore sismico globale di durata compresa tra 30 e 5 secondi era causato dall'oceano e nel 1950 Longuet-Higgins pubblicò una teoria completa.
Applicazioni attuali del rumore sismico
Con il progresso della scienza e della tecnologia, in particolare con l'avvento dell'interferometria sismica a partire dagli anni '90, l'applicazione del rumore sismico ha continuato ad espandersi. Ad esempio, utilizzando l'analisi delle vibrazioni ambientali e dei campi d'onda sismici casuali, gli scienziati possono caratterizzare le strutture del sottosuolo utilizzando spettri di potenza, analisi dei picchi H/V, curve di dispersione e funzioni di autocorrelazione. Il metodo a stazione singola e il metodo array hanno senza dubbio introdotto nuove prospettive alla sismologia.
Infine, il rumore sismico è anche considerato un indicatore proxy dello sviluppo economico, poiché riflette i cambiamenti nelle attività umane.
Con l'impatto dell'epidemia di COVID-19, la riduzione delle attività umane ha ridotto significativamente il rumore sismico, diventando una finestra unica per osservare l'ambiente esterno. In futuro, man mano che approfondiamo la nostra comprensione del rumore sismico, saremo in grado di svelare altri misteri dei fenomeni naturali?
