L’energia dei terremoti

Da svariati anni numerosi studiosi sostengono che possa esistere un legame tra attività solare e attività sismica. L’idea è che l’attività solare possa, per mezzo di vari fenomeni quali brillamenti ed espulsioni di massa coronale, apportare energia all’interno del nostro pianeta tanto da provocare un sensibile aumento della temperatura. Ciò aumenterebbe la velocità dei moti connettivi presenti nel mantello terrestre e di conseguenza anche gli attriti e la tensione lungo i margini delle placche tettoniche (zone in cui si concentra quasi l’intera attività sismica del globo).

A sostegno di tale ipotesi vi è l’osservazione di innumerevoli forti terremoti preceduti da una intensa attività solare e da flares o CME espulsi dalla nostra stella. Ma l’apporto energetico (che da questo momento per semplicità chiamerò “surplus di energia”) per eventi sismici di moderata o forte intensità potrebbe provenire anche e non solo da questi fenomeni.

• Flare/Brillamento:
  “In astronomia, un brillamento solare o più esattamente brillamento stellare (anche eruzione solare) é una violenta eruzione di materia che esplode dalla fotosfera di una stella, con un'energia equivalente a varie decine di milioni di bombe atomiche. I brillamenti delle stelle creano delle spettacolari protuberanze solari ed emettono fasci di vento solare molto energetico.
  I brillamenti sono spesso associati alle macchie solari e sono probabilmente causati dal rilascio di energia in occasione del fenomeno di riconnessione delle linee di campo magnetico.

  I brillamenti sono classificati come A, B, C, M o X a seconda della loro luminosità nei raggi X vicino alla Terra, misurata in Watt/m². Ogni classe é dieci volte più potente di quella precedente, con X (la più grande) pari a 1012 W/m². E' inoltre divisa linearmente da 1 a 9, quindi un brillamento X2 é quattro volte più potente di uno M5. L'attività solare si trova normalmente compresa tra le classi A e C. I brillamenti C hanno pochi effetti sulla Terra, mentre i più potenti M e X possono causare danni.”




• CME (espulsione massa coronale) :
  “Un'espulsione di massa coronale (CME, dall'inglese coronal mass ejection) é una espulsione di materiale dalla corona solare, osservata con un coronografo luce bianca. Il materiale espulso sotto forma di plasma é costituito principalmente da elettroni e protoni (oltre a piccole quantità di elementi più pesanti come elio, ossigeno e ferro), viene trascinato dal campo magnetico della corona. Quando questa nube raggiunge la Terra (in questo caso viene chiamata ICME - Interplanetary CME) può disturbare la sua magnetosfera comprimendola nella regione illuminata dal Sole ed espandendola nella regione non illuminata”

Come avrete ben notato, FLARE e CME altro non sono che fasci di vento solare molto energetici.
Vento solare che a sua volta é formato dal – plasma- 95% di protoni ed elettroni e per il 5% da particelle alfa.

Queste “particelle“ (del flare o/e del CME) potrebbero cedere parte della propria energia nelle profondità del nostro pianeta, provocando così un aumento della temperatura interna del pianeta e di conseguenza un aumento dei moti connettivi e un maggiore stress tra le placche tettoniche.
Ma alcune problematiche potrebbero mettere in seria discussione questa ipotesi:

1. Le particelle dei flares/CME non hanno un raggio di penetrazione tale da poter attraversare chilometri di materia sino a giungere almeno nel primo strato del mantello terrestre (detto Astenosfera);






2. I brillamenti solari potremmo definirli come dei “prodotti” delle macchie solari.
   Macchie che a loro volta non sono presenti ogni giorno sulla superficie del sole, infatti dipende molto dall’attività solare e dalla fase che il sole “occupa” nel ciclo undecennale.

   L'attività solare viene misurata in base al numero di macchie solari che compaiono in maniera ciclica e più o meno intensa sulla superficie solare. Quando la superficie solare mostra un ampio numero di macchie, il Sole sta attraversando una fase di maggior attività e emette maggior energia nello spazio circostante.
   Il numero medio di macchie solari presenti sul Sole non é costante ma varia tra periodi di minimo e di massimo. Il ciclo solare é il periodo, lungo in media 11 anni, che intercorre tra un periodo di minimo dell'attività solare e il successivo minimo. La lunghezza del periodo non é strettamente regolare ma può variare tra i 10 e i 12 anni. Se i flares “dipendono” dalla presenza delle macchie solari e se i terremoti dipendono dai flares espulsi dal sole (e diretti verso la terra), è spontaneo pensare che nelle fasi di minimo solare l’attività sismica sia irrilevante o se non proprio assente.

In realtà non è proprio cosi...
Infatti controllando l’attività sismica dal 1906 al 2011, e considerando dal sito USGS solo i terremoti con magnitudo pari o maggiore al 7.0, pare realmente venga sprigionata più energia durante i periodi di bassa attività solare piuttosto che durante i periodi di alta attività solare.





Su 10 intervalli temporali - che hanno inizio nell’anno 1906 (in corrispondenza del massimo del ciclo solare 14) e fine nell’anno 2011 (ciclo solare 24) - in 7 intervalli vi è stata una maggiore liberazione di energia (ovvero le tonnellate di TNT) durante il periodo di bassa attività solare.





Nonostante in 7 casi su 10 sia stata liberata più energia nel periodo di bassa attività solare, bisogna comunque considerare che il periodo di analisi copre solo 105 anni e non considera se i fenomeni solare (flare e CME) fossero rivolti verso la Terra.

Il numero di terremoti pare sia leggermente più alto nei periodi di alta attività solare. Questo suggerisce che durante i periodi di alta attività solare si verifichino più eventi sismici, rispetto ai periodi di bassa attività solare in cui abbiamo meno eventi sismici ma aventi un magnitudo più alta (e quindi maggiore energia sprigionata per mezzo dell’attività sismica, nei periodi di bassa attività solare).

Ma facendo solo una media tra i valori di energia mensile sprigionata durante ogni intervallo temporale di bassa attività solare, e facendo altrettanto con i valori di energia mensile sprigionata durante ogni intervallo temporale di alta attività solare, avremmo ciò:







Negli ultimi 105 anni è stato liberato un valore energetico mensile molto più alto nei periodi di alta attività solare rispetto ai periodi di bassa attività solare.

Eppure se in questi 105 anni,nei periodi di “quiete” solare si sono verificati forti eventi sismici, e supponendo che l’ipotesi precedentemente citata sia vera - ovvero che la particelle dei brillamenti e delle espulsioni di massa coronale apportino energia nelle viscere del nostro pianeta - viene da chiedersi da chi siano stati innescati (energicamente parlando ndr.).

Nei momenti in cui il vento solare è ai minimi (il che avviene nei periodi di bassa attività solare), esso stesso fatica a “contrastare” l’arrivo dei raggi cosmici sul nostro pianeta. Raggi costituiti da protoni (per circa il 90%), da nuclei di elio (quasi il 10%) e in minima parte da elettroni, fotoni, neutrini, positroni ed antiprotoni.

Quindi sostanzialmente raggi cosmici e flares/CME sono costituiti per la maggior parte da protoni (anche se nei raggi cosmici questi sono estremamente più energetici rispetto ai protoni dei brillamenti o dell’espulsioni di massa coronale). Di conseguenza, stando a questo ragionamento, verrebbe da pensare che i raggi cosmici siano la fonte energetica per l'attività sismica nei periodi di bassa attività solare.
Ma tali particelle (i protoni dei raggi cosmici o i protoni espulsi durante i flare e le CME) non hanno un potere di penetrazione tale da giungere sino al mantello terrestre.

Infine un’altra probabile fonte energetica per l’attività sismica potrebbe essere costituita dai neutrini solari (che sono il prodotto delle reazioni termonucleari che avvengono costantemente nel sole) che continuamente vengono “rilasciati” dalla nostra stella. Particelle con una piccolissima massa che non dovrebbero interagire quasi per niente con la materia.
Ed è proprio a causa dell’ elevatissimo potere di penetrazione che i rilevatori dei neutrini sono stati costruiti in grandi profondità e solitamente sotto alcune montagne. Così facendo si riesce a schermare i raggi cosmici che hanno ovviamente un potere di penetrazione molto basso (rispetto ai neutrini).



Ma le particelle dei raggi cosmici, giunte nell'atmosfera terrestre, interagiscono con i nuclei delle molecole dell'atmosfera formando così, in un processo a cascata , nuove particelle proiettate in avanti, che prendono il nome di raggi cosmici secondari. La radiazione secondaria giunta al livello del mare risulta essere costituita da due componenti (molle e dura) che hanno diverso comportamento nell'attraversamento di mezzi molto densi.

La componente molle (circa il 30% della radiazione secondaria), composta da elettroni e fotoni ed in minima parte da protoni, kaoni e nuclei, é capace di attraversare solo pochi centimetri, mentre la componente dura (circa il 70%), composta da muoni, riesce a penetrare spessori di materiali assorbenti di oltre un metro o decade quasi sempre in un elettrone, antineutrino elettronico e neutrino muonico. In particolare il protone dei raggi cosmici (o anche di un flare o di un CME) se dotato di un’energia di almeno 290 MeV, urtando con un nucleo d'ossigeno o di azoto dell'alta atmosfera, genera neutroni, protoni, antineutroni, antiprotoni, kaoni,iperoni e pioni neutri o pioni carichi. I pioni neutri decadono elettromagneticamente in due fotoni, mentre i pioni carichi possono interagire con altri nuclei presenti nell'atmosfera o decadere in leptoni (mu)- che a loro volta decadendo daranno come prodotto un neutrino muonico o un neutrino elettronico - e neutrini elettronici.



Potete capire meglio da qui :
http://it.wikipedia.org/wiki/File:Radiazione-cosmica.jpg


Come avrete certamente notato uno dei prodotti finali é il NEUTRINO.
Tale meccanismo potrebbe avvenire anche per i protoni dei brillamenti o di una CME (essendo formati per la maggior parte da protoni) purché essi siano sufficientemente energetici. Ovviamente più è energetico il protone di partenza e maggiore saranno i pioni carichi e neutri generati, ma soprattutto più energetici saranno i neutrini prodotti dal decadimento del pione carico e dal decadimento del muone o antimuone generato dal decadimento del pione carico.

Ora è chiaro come sia i protoni dei brillamenti, delle espulsioni di massa coronale e dei raggi cosmici, se sufficientemente energetici, attraverso varie reazioni potranno generare indirettamente i neutrini.
Quest’ultime particelle, per via del alto potere di penetrazione, giungeranno negli strati interni del nostro pianeta e urtando contro i nucleoni (protone o neutrone) degli atomi presenti nel pianeta, cederanno in buona parte la propria energia.

Inoltre l’interazione del neutrino con la materia dipende unicamente dalla sezione d’urto (che può essere definita come l’area misurata attorno ad una particella bersaglio – nel nostro caso il nucleone - all'interno della quale la presenza di una seconda particella genera fenomeni di interazione tra i due corpi),e maggiore sarà il valore di quest’ultima (che aumenta quanto più è energetico il neutrino considerato) e tanto maggiore sarà la probabilità di interazione tra il neutrino e il nucleone.

Basti pensare che ogni secondo il nostro pianeta assorbe quasi 4*10^17 neutrini,provenienti dal flusso solare e che cederanno buona parte della propria energia. I neutrini non hanno carica elettrica né carica di colore, interagiscono solo attraverso la forza nucleare debole e la forza di gravità ma non risentono l'interazione nucleare forte o la forza elettromagnetica.
Esistono tre tipi differenti di neutrino: il neutrino elettronico ve, il neutrino muonico v(mu) e il neutrino tauonico v(tau), in diretta relazione rispettivamente con i leptoni del modello standard (elettrone, muone e tauone).

La prima modalità di interazione é quella che in gergo si chiama una corrente neutra ovvero lo scambio di un bosone Z, che é appunto elettricamente neutro. Il neutrino trasferisce un po' della sua energia, per esempio ad un elettrone o ad un quark di un nucleo della materia che attraversa, senza mutare le sue proprietà o della particella. In questo caso il neutrino resterà invisibile o se ha trasferito tanta energia all’altra particella con cui ha interagito verrà prodotto un segnale visibile. Nel caso abbia interagito con un quark di protone o un neutrone di un nucleo atomico, potrebbe spezzare il nucleone in questione e persino tutto il nucleo, dando luogo a una cascata di protoni , neutroni, e altri adroni.

L'altra modalità di interazione viene chiamata, corrente carica, ovvero lo scambio di un bosone W, che ha invece carica elettrica. In questo caso, oltre a trasferire una parte della sua energia, alla particella con cui interagisce, il neutrino muta nel leptone che gli corrisponde, e anche la particella con cui ha interagito cambia tipo (ad esempio un quark down diventa up). Anche in questo caso notiamo la cascata di protoni,neutroni, e altri adroni.


Una cascata di neutroni, innesca il processo di attivazione neutronica.
Il processo di attivazione neutronica consiste nell'induzione secondaria di radioattività in materiali sottoposti a un flusso di neutroni e avviene quando i nuclei atomici catturano i neutroni liberi, diventando così più pesanti e passando ad uno stato eccitato. Il nucleo eccitato spesso decade immediatamente per l'emissione di particelle come neutroni, protoni, oppure particelle alfa.
La cattura neutronica, anche dopo qualsiasi decadimento intermedio, spesso risulta nella formazione di un isotopo instabile. Questi nuclei radioattivi possono esibire tempi di dimezzamento che vanno da piccole frazioni di un secondo fino a molti anni. Questo fa capire che il surplus di energia è ottenuto con l’energia ceduta dai neutrini del flusso solare o dai neutrini atmosferici (prodotti dal decadimento dei pioni carichi, prodotti a sua volta dall’urto dei protoni solari e cosmici, sufficientemente energetici, con i nucleoni delle molecole presenti in atmosfera), ma anche con l’energia ottenuta dal decadimento di nuclei atomici eccitati tramite il processo di attivazione neutronica.

Altra plausibile fonte energetica per l’attività sismica potrebbe essere data nuovamente dai brillamenti ed espulsioni di massa coronale. Infatti queste perturbando il campo magnetico terrestre, farebbero variare il flusso del campo magnetico (per un breve lasso temporale creando le cosiddette CORRENTI DI EDDY all’interno del nucleo esterno.
Le correnti parassite o correnti di Foucault o correnti di eddy sono delle correnti indotte in masse metalliche conduttrici (come il nucleo esterno composto prevalentemente di ferro e solfuro di ferro) che si trovano immerse in un campo magnetico variabile o che, muovendosi, attraversano un campo magnetico costante o variabile. Le correnti parassite generano perdite di energia riscaldando il conduttore (il nucleo esterno stesso e più in generale il pianeta). L’intero surplus di energia (ottenuto per mezzo dell’energia ceduta dai neutrini solari, dai neutrini atmosferici, dal processo di attivazione neutronica e dalle correnti di Eddy), provocherebbe un sensibile aumento della temperatura interna del pianeta.

Tale incremento termico aumenterebbe la velocità dei moti connettivi presenti nel mantello e, di conseguenza, gli stress e le tensioni lungo i margini delle diverse placche tettoniche, aumentando cosi la probabilità che possa innescarsi un evento sismico.

Giovanni Borgia - BORJA