Anche le grandi montagne vibrano come ponti e grattacieli. Un team internazionale di ricercatori ha misurato ora queste vibrazioni di risonanza presso il Cervino, rappresentandole poi graficamente tramite simulazioni informatiche.
Il Cervino ha l’aspetto di una montagna massiccia e immutabile, che da migliaia di anni svetta sul paesaggio attorno a Zermatt. Uno studio appena pubblicato sulla rivista scientifica «Earth and Planetary Science Letters» rivela tuttavia che questa impressione è ingannevole. Un team internazionale di ricercatori ha dimostrato infatti che il Cervino è in leggero ma costante movimento. In circa due secondi la vetta compie un’oscillazione di pochi nanometri o al massimo micrometri sulla spinta delle onde sismiche del terreno. Queste ultime sono prodotte da sorgenti naturali come maree, frangenti, vento e terremoti oppure da attività umane.
Quando viene stimolato, qualsiasi oggetto vibra a determinate frequenze, come un diapason o le corde di una chitarra. Le cosiddette frequenze naturali dipendono in primo luogo dalla geometria dell’oggetto e dalle caratteristiche dei materiali che lo compongono. Questo fenomeno si osserva anche su ponti, grattacieli e addirittura monti. «Volevamo sapere se queste vibrazioni possono essere rilevate anche su una montagna grande come il Cervino», afferma Samuel Weber, che ha svolto lo studio durante un post-dottorato all’Università tecnica di Monaco (TUM) e attualmente lavora presso il WSL Istituto per lo studio della neve e delle valanghe SLF. A suo dire, particolarmente importante per il successo di questo progetto è stata la collaborazione interdisciplinare con i ricercatori del Servizio Sismico Svizzero con sede all’ETH di Zurigo, del laboratorio di ingegneria informatica e reti di comunicazione (TIK) dell’ETH di Zurigo, così come del gruppo di ricerca sui georischi dell’Università dello Utah (USA).
Strumenti di misurazione d’alta quota
Per lo studio gli scienziati hanno installato diversi sismometri sul Cervino: uno di questi è stato posto direttamente sulla cima a 4470 metri sul livello del mare e un altro al bivacco Solvay, un alloggio di emergenza sulla cresta nordorientale, meglio nota come Hörnligrat. Un’ulteriore stazione di rilevamento al piede del monte è servita come riferimento. La grande esperienza di Jan Beutel (ETH Zurigo / Università di Innsbruck) e Samuel Weber con i dispositivi per la misurazione dei movimenti di roccia in alta montagna è stata utile al team al momento di allestire la rete di rilevamento. Oggi i dati vengono trasmessi automaticamente al Servizio Sismico Svizzero e utilizzati per analisi specifiche.
I sismometri hanno registrato ad alta risoluzione tutti i movimenti del monte. Accelerandole di 80 volte, le vibrazioni registrate sono state rese udibili per l’orecchio umano (esempio sonoro). (esempio sonore 1 vibrazinoi di fondo, esempio sonore 2 terremoto). Sulla base dei dati di misurazione, il team ha determinato frequenza e direzione delle vibrazioni di risonanza. I rilevamenti dimostrano che il Cervino oscilla con una frequenza di 0,43 Hertz all’incirca in direzione nord-sud e con una seconda frequenza simile sull’asse est-ovest (vedere l'animazione qui sotto).
Vibrazioni più forti in vetta
Rispetto alla stazione di riferimento al piede della montagna, i movimenti rilevati sulla vetta erano fino a 14 volte più forti, pur limitandosi anche lì – a fronte della stimolazione dovuta al rumore sismico – a un range di pochi nanometri o tutt’al più micrometri. L’amplificazione dei movimenti del terreno con l’aumentare dell’altitudine si spiega con il fatto che la vetta può oscillare liberamente, mentre il piede della montagna è fisso. La situazione è simile a quella di un albero, dove la chioma si muove maggiormente rispetto al fusto. Tale amplificazione dei movimenti del terreno sul Cervino ha potuto essere rilevata anche durante terremoti. L’analisi del rumore sismico e delle stimolazioni dovute ai terremoti viene impiegata per esempio per valutare le instabilità di rocce e pendii rispetto al loro comportamento in caso di sisma. Jeff Moore dell’Università dello Utah, che ha dato il via allo studio sul Cervino, dichiara: «La nostra ipotesi è che le aree in cui le vibrazioni del suolo vengono amplificate possano essere più soggette a scivolamenti e crolli di rocce qualora il monte venga interessato da un terremoto».
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| Oscillazioni naturali del Cervino eccitate dai movimenti del sottosuolo: il Modo 1 oscilla a 0,43 Hertz in direzione nord-sud (sinistra), il Modo 2 a 0,46 Hertz in direzione ovest-est. In questa simulazione al computer, la deflessione è fortemente esagerata. | |
Queste vibrazioni non sono una peculiarità del Cervino. È noto che molti monti oscillano in maniera simile. I ricercatori del Servizio Sismico Svizzero hanno svolto a tal proposito misurazioni comparative sul Grosser Mythen. Questa vetta della Svizzera centrale presenta una forma simile a quella del Cervino, ma è notevolmente più bassa. Come ci si aspettava, il Grosser Mythen oscilla con una frequenza circa quattro volte superiore al Cervino: gli oggetti più piccoli vibrano infatti in linea di massima a frequenze maggiori. I ricercatori dell’Università dello Utah hanno elaborato simulazioni informatiche delle vibrazioni di risonanza del Cervino rendendole in questo modo visibili. Finora, gli scienziati statunitensi avevano esaminato soprattutto oggetti di dimensioni inferiori, come gli archi naturali del parco nazionale degli Arches. «È stato emozionante vedere che le nostre simulazioni funzionano anche per una montagna alta come il Cervino e che i risultati delle misurazioni le confermano», afferma Moore.
Contatto
Prof. Jeff Moore
University of Utah
jeff.moore(at)utah.edu
+1-801 -5 85- 04 91
Prof. Donat Fäh
Schweizerischer Erdbebendienst, ETH Zürich
donat.faeh(at)sed.ethz.ch
+41 44 63 3 2 6 58
Prof. Jan Beutel
Universität Innsbruck
jan.beutel(at)uibk.ac.at
+43 512 50 7 5 34 43
Links
Weber, S.; Beutel, J.; Häusler, M.; Geimer, P.R.; Fäh, D.; Moore, J.R., 2021: Spectral amplification of ground motion linked to resonance of large-scale mountain landforms. Earth and Planetary Science Letters, doi: 10.1016/j.epsl.2021.117295
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