Innovazione, rilevare prima i terremoti attraverso un algoritmo rivoluzionario

La rilevazione precoce dei terremoti potrebbe essere notevolmente migliorata sfruttando la rete Internet mondiale con un nuovo algoritmo rivoluzionario. Grazie ai recenti progressi tecnologici, i cavi in fibra ottica utilizzati per la televisione via cavo, i sistemi telefonici e la matrice web globale hanno ora il potenziale per aiutare a misurare i rimbombi sismici, ma sfruttare questa innovazione si e’ rivelato problematico. Un nuovo articolo pubblicato oggi sul Geophysical Journal International cerca di affrontare queste sfide adattando un semplice algoritmo basato sulla fisica per includere dati in fibra ottica, che possono poi essere utilizzati insieme alle misurazioni tradizionali dei sismografi. Questa “entusiasmante” innovazione non solo potrebbe essere integrata nei sistemi di allerta precoce sui terremoti gia’ esistenti, ma potrebbe anche aiutare a rilevare l’attivita’ sismica associata a eruzioni vulcaniche, trivellazioni geotermiche e terremoti sui ghiacciai. “La capacità di trasformare i cavi in fibra ottica in migliaia di sensori sismici ha ispirato molti approcci all’uso della fibra per il rilevamento dei terremoti. Tuttavia, il rilevamento dei terremoti in fibra ottica non e’ una sfida facile da risolvere”, ha affermato il ricercatore capo Dr. Thomas Hudson, ricercatore senior presso l‘ETH di Zurigo. “Qui, ci affidiamo alla combinazione dei vantaggi di migliaia di sensori con un semplice approccio basato sulla fisica per rilevare i terremoti utilizzando qualsiasi cavo in fibra ottica, ovunque. “La cosa entusiasmante e’ che il nostro metodo riesce a combinare misurazioni in fibra ottica e misurazioni effettuate con sismometri tradizionali, consentendo di includere il rilevamento in fibra ottica negli attuali sistemi di allerta precoce per i terremoti”. Il rilevamento acustico distribuito (DAS) e’ una tecnologia nascente che utilizza cavi in fibra ottica per rilevare segnali acustici e vibrazioni. Puo’ essere utilizzato per monitorare una varieta’ di cose, tra cui condotte, ferrovie o il sottosuolo. Ha quindi il potenziale per trasformare le reti in fibra ottica, che trasportano dati a velocità elevatissima, in misurazioni dell’attivita’ sismica che possono essere utilizzate per rilevare i terremoti.

Cio’ e’ allettante perche’ le reti in fibra ottica sono onnipresenti nelle aree popolate e attraversano persino gli oceani, offrendo la possibilita’ di reti di monitoraggio sismico molto piu’ dettagliate ed efficaci di quelle attualmente esistenti. Tuttavia, trasformare questo potenziale in realta’ e’ un’impresa molto piu’ complicata. Le geometrie delle reti in fibra ottica nel mondo reale sono spesso complesse e i sismologi non hanno alcun controllo sulla geometria. Oltre a ciò, i cavi in fibra ottica sono spesso posizionati in ambienti urbani rumorosi, rendendo difficile distinguere tra attività sismica e altre fonti nel modo in cui lo fanno i sismometri tradizionali. Un’altra sfida è che le misurazioni DAS sono sensibili solo alla deformazione nell’asse della fibra, mentre i sismometri misurano il movimento del terreno in 3D. Cio’ rende i cavi in fibra ottica di superficie molto piu’ sensibili alle onde S piu’ lente (che viaggiano solo attraverso i solidi e sono le seconde onde ad arrivare durante un terremoto) rispetto alle onde P piu’ veloci (che viaggiano attraverso liquidi e solidi), il che significa che e’ piu’ difficile rilevare i terremoti e localizzarli. Una soluzione potrebbe essere quella di combinare le informazioni provenienti sia dai sismometri tradizionali sia dai cavi in fibra ottica per rilevare i terremoti, ma cio’ non e’ semplice a causa delle diverse sensibilità degli strumenti e delle diverse unita’ di misura. L’altro problema e’ che trasformare un cavo in fibra ottica in migliaia di sensori genera molti dati. L’elaborazione di questi dati in tempo reale e’ essenziale per il monitoraggio dei terremoti, quindi sono necessari algoritmi di elaborazione dati efficienti. Il nuovo algoritmo funziona prendendo l’energia osservata nei ricevitori (canali in fibra ottica e/o sismometri) e facendola migrare indietro nello spazio e nel tempo per trovare un picco coerente di energia corrispondente a un potenziale terremoto. Si e’ scoperto che questo approccio e’ efficace anche nel rilevare terremoti presso vulcani in eruzione, fori geotermici e terremoti nei ghiacciai. “Uno dei punti di forza di questo approccio basato sulla fisica e’ che funziona bene anche in ambienti rumorosi, poiche’ il rumore e’ generalmente meno coerente del segnale di un terremoto”, ha affermato il dott. Hudson. “Puo’ anche essere applicato immediatamente a qualsiasi rete in fibra.” Ha aggiunto: “Sebbene non affermiamo di aver risolto completamente il problema dell’elevato volume di dati, proponiamo soluzioni pratiche per affrontarlo e il nostro algoritmo viene eseguito in tempo reale per i set di dati testati. “Il metodo e’ fornito in modalita’ open source, in modo che l’intera comunità sismologica possa trarne immediato vantaggio”.