La Magnetotellurica: una alleata contro le Tempeste Solari. Il Progetto MARGE dell’INGV

Le correnti geomagneticamente indotte, conseguenza delle tempeste solari, possono minacciare le nostre sofisticate infrastrutture tecnologiche. La Magnetotellurica può aiutarci a proteggerci da tali pericoli, consentendo una prevenzione più efficace. Su questo tipo di studi si sviluppa il progetto MARGE, finanziato dall’INGV, che punta a mettere in sicurezza il futuro delle nostre infrastrutture
di Paola De Michelis e Giovanna Lucia Piangiamore
ingvambiente.com

Negli ultimi anni è stata posta maggiore attenzione su un nuovo potenziale pericolo per le nostre infrastrutture tecnologiche: le correnti geomagneticamente indotte (GIC). Esse possono provocare danni significativi alle reti di trasmissione di energia elettrica, ai sistemi ferroviari e agli impianti per la produzione di gas e petrolio. Tuttavia, nella nostra lotta contro questa minaccia, abbiamo un alleato inaspettato: la Magnetotellurica. La Magnetotellurica è una tecnica di misura che ci permette di indagare la natura delle pericolose correnti geomagneticamante indotte, aprendo la strada alla prevenzione e alla protezione delle nostre infrastrutture tecnologiche.

L’origine di tutto: il Sole

Le correnti geomagneticamente indotte sono un fenomeno naturale che si verifica quando la Terra è investita da flussi intensi di protoni ed elettroni provenienti dal Sole. In tali circostanze, le correnti elettriche nello spazio intorno al nostro pianeta si intensificano, causando improvvisi cambiamenti nel campo magnetico terrestre (tempeste magnetiche) che inducono campi geoelettrici nel sottosuolo. Questi campi geoelettrici, a loro volta, generano correnti elettriche appena sotto la superficie terrestre in grado di propagarsi lungo vie preferenziali che sono, in genere, strutture metalliche sottili ed estese in lunghezza, come tubature sotterranee, linee ferroviarie e linee elettriche. In condizioni estreme, queste correnti possono rappresentare una minaccia per le nostre infrastrutture, in particolare per il sistema di trasmissione dell’energia elettrica. 

Ci sono stati nel passato vari episodi di questo tipo, come il caso della tempesta del 1989, in cui una tempesta magnetica causò il crollo dell’intera rete elettrica della regione del Québec, in Canada, evidenziando la pericolosità delle correnti geomagneticamente indotte. Anche la tempesta magnetica di Halloween del 2003 causò problemi alle reti elettriche svedesi. Inoltre, analisi di scenari estremi, come l’evento di Carrington del 1859, suggeriscono che una super-tempesta magnetica potrebbe causare un’interruzione diffusa e prolungata dell’energia elettrica in molti paesi, con notevoli costi economici.

Dove si osservano le correnti magneticamente indotte?

A causa della particolare configurazione del campo magnetico terrestre, le aree più suscettibili alla generazione delle correnti geomagneticamente indotte si trovano ad alta latitudine, vicino ai poli. Studi passati hanno dimostrato che tempeste geomagnetiche molto intense hanno causato danni considerevoli in queste aree. Ma i paesi a latitudini più basse, come l’Italia, possono non essere immuni a questo fenomeno. Anche il nostro territorio infatti potrebbe essere interessato da tali fenomeni e pertanto sono attualmente in corso studi approfonditi per valutare questa eventualità da parte di diversi team di ricerca, tra cui anche dell’INGV. 

Aldilà delle caratteristiche fisiche del fenomeno, anche le caratteristiche delle infrastrutture coinvolte giocano un ruolo critico: il tipo di protezione presente nei nodi della rete, lo stato di manutenzione e l’invecchiamento degli elementi della rete rappresentano fattori importanti. La ricerca può contribuire significativamente nell’individuare le aree in cui i campi geoelettrici raggiungono intensità maggiori, identificando così le aree con maggiore rischio per la presenza di intense correnti geomagneticamente indotte.

Come valutare i punti critici?

In teoria, sarebbe possibile creare una rete di stazioni fisse per monitorare il campo geoelettrico, che è il collegamento tra il Sole e il sistema di correnti indotte, in una specifica regione. Analizzando i dati  raccolti da queste stazioni, potremmo stimare i rischi geoelettrici. Tuttavia, la complessità geologica locale richiederebbe una densa rete di stazioni, il cui costo di installazione e manutenzione sarebbe però proibitivo. 

Un approccio più pragmatico per valutare questi campi geoelettrici consiste nella realizzazione di modelli matematici che ci permettano di comprendere come si sviluppano i campi geoelettrici indotti durante una tempesta magnetica. A questo scopo, diventa fondamentale determinare le caratteristiche del sottosuolo per capire quali siano le zone più o meno a rischio. 

Per svolgere adeguatamente questo compito ci viene in aiuto il metodo magnetotellurico. 

Cos’è il metodo magnetotellurico?

Per decenni, la geofisica ha focalizzato la sua attenzione sull’indagine delle onde che attraversano il nostro pianeta, cercando di svelarne i segreti. L’analisi della propagazione sia delle onde sismiche che di quelle elettromagnetiche ha contribuito a una migliore comprensione della struttura interna della Terra e delle sue proprietà fisiche. 

Recentemente, si è manifestato un crescente interesse nell’acquisire una conoscenza più approfondita della struttura tridimensionale della conducibilità elettrica del sottosuolo, ossia la sua capacità di condurre elettricità. Questa struttura è strettamente legata alle caratteristiche fisiche e chimiche delle rocce e delle formazioni geologiche presenti al di sotto della superficie terrestre. Le rocce contenenti minerali conduttori, come il ferro o il rame, mostrano una maggiore capacità di trasportare corrente rispetto a quelle contenenti minerali isolanti come il quarzo. Inoltre, la presenza di acqua nel terreno può aumentare significativamente la conducibilità elettrica, rendendo il sottosuolo ancora più conduttivo. 

Acquisire una conoscenza dettagliata della struttura di conducibilità del sottosuolo ci permette quindi di comprendere come le correnti elettriche e le correnti geomagneticamente indotte riescano a propagarsi al suo interno, rappresentando così un passo cruciale per contribuire in modo significativo alla prevenzione dei danni alle infrastrutture tecnologiche.

La conducibilità elettrica varia su molteplici ordini di grandezza e quindi rappresenta un parametro utile per identificare differenti tipologie di minerali e composti presenti nel sottosuolo (Figura 3).

Figura 3. Valori di conducibilità elettrica per vari minerali e composti presenti nel sottosuolo (rosso per i materiali molto conduttivi, blu per quelli poco conduttivi).

La magnetotellurica è una tecnica avanzata e non invasiva di analisi geofisica che utilizza le proprietà delle onde elettromagnetiche per ottenere informazioni sulla conducibilità delle rocce e dei fluidi sottostanti alla superficie terrestre. I ricercatori misurano simultaneamente i campi magnetici ed elettrici naturali presenti sulla superficie terrestre, utilizzando apposite installazioni temporanee di sensori (Figura 4). I dati raccolti vengono successivamente elaborati per determinare le proprietà elettriche del sottosuolo a diverse profondità. In particolare, la misura dell’ampiezza del campo elettromagnetico a diverse frequenze consente di ricavare la conducibilità in funzione della profondità. Questa tecnica è molto utilizzata nell’esplorazione mineraria e petrolifera e in studi di geotermia e geologia strutturale.

In che modo ci aiuta  la magnetotellurica ?

La magnetotellurica ci consente di studiare le interazioni tra il campo magnetico terrestre e le correnti elettriche che si sviluppano nello spazio circumterrestre. Utilizzando misurazioni del campo magnetico terrestre da osservatori permanenti e modelli tridimensionali di conducibilità del terreno, possiamo ricostruire i campi geoelettrici, che sono indirettamente collegati alle correnti geomagneticamente indotte. Infatti, la combinazione dei dati magnetici e dei profili di conducibilità ci fornisce informazioni sulle variazioni dei campi geoelettrici in una determinata regione dovute alle variazioni del campo magnetico. Questo ci offre un’indicazione di dove potrebbero svilupparsi… L’ARTICOLO CONTINUA QUI