Misurare le forze inosservabili della natura non è un'impresa facile, ma può fare la differenza tra la vita e la morte nel contesto di un terremoto, o il crollo di una miniera di carbone o di un tunnel.

Per gestire il rischio di tali eventi, i ricercatori spesso si affidano alla stima di una quantità chiamata stress della roccia.

"Lo stress della roccia - la quantità di pressione subita dagli strati sotterranei di roccia - può essere misurata solo indirettamente perché non puoi vedere le forze che lo causano, " spiega Hiroki Sone, un assistente professore di ingegneria civile e ambientale e ingegneria geologica presso l'Università del Wisconsin-Madison. "Ma gli strumenti per stimare lo stress della roccia sono difficili da usare a grandi profondità, dove la temperatura e la pressione aumentano enormemente."

Affrontare questa sfida, Sone e i suoi colleghi in Cina e Giappone hanno ora spinto a nuove profondità i limiti delle misurazioni dello stress della roccia che non richiedono strumenti sensibili alla temperatura, da un precedente massimo di 4,5 chilometri (2,8 miglia) a ben 7 chilometri (4,3 miglia).

In uno studio pubblicato nel luglio 2017 in Rapporti scientifici , i ricercatori hanno utilizzato rocce campionate da un pozzo di tale profondità per dimostrare che le stime dello stress ottenute con il cosiddetto metodo di recupero della deformazione anelastica erano coerenti con un'analisi visiva delle immagini delle pareti del pozzo, un approccio affidabile ma spesso irrealizzabile che richiede uno scanner specializzato.

Gli scienziati hanno condotto il loro studio di prova di principio nel bacino del Tarim nel nord-ovest della Cina, un'area grande quasi due terzi dell'Alaska circondata dal K2, la seconda montagna più alta del mondo dopo l'Everest, e molte altre catene montuose. La regione è ben nota agli storici per la sua associazione con la Via della Seta, un'antica rotta commerciale tra la Cina e il Mediterraneo.

Oggi, oltre a storici e alpinisti, le compagnie petrolifere si sono interessate al bacino del Tarim, in quanto contiene alcune delle più grandi risorse di petrolio e gas dell'Asia centrale. Queste aziende vogliono capire la geologia della regione per valutare se la perforazione può innescare attività sismica, dato che molti terremoti minori si sono verificati nelle montagne circostanti.

Per Sone e i suoi colleghi, questo ha rappresentato un'opportunità unica per far progredire la metodologia per misurare lo stress della roccia.

"Volevamo testare l'affidabilità del metodo di recupero della deformazione anelastica fino a 7 chilometri di profondità perché il suo principale vantaggio è che è sufficiente campionare e analizzare la roccia stessa, Sone dice. "Stima lo stress indirettamente misurando quanto il campione di roccia si espande in direzioni diverse dopo che è stato recuperato".

Con quel tipo di profondità, il processo di recupero, estrazione di un campione di roccia abbastanza grande da un pozzo, può richiedere alcuni giorni, motivo per cui i ricercatori erano entusiasti di dimostrare che il metodo funzionava ancora.

Per la prima volta, hanno misurato lo stress della roccia anche quando i sensori non sono stati collegati al campione fino a 65 ore dopo il carotaggio e hanno scoperto che i risultati corrispondevano a un'analisi convenzionale dell'immagine della parete del pozzo, ottenuto con uno scanner di resistività. Mentre il metodo visivo ha funzionato anche in questo caso, può essere impossibile a tali profondità a causa dei limiti di temperatura dello scanner.

Oltre a dimostrare la validità del metodo più semplice a una profondità notevolmente maggiore, lo studio ha risolto un enigma geologico di vecchia data nel bacino del Tarim:lo stress roccioso nel guscio esterno della Terra, che consiste in molti grandi pezzi di roccia più fredda (piastre tettoniche) che galleggiano su uno strato molto spesso di magma caldo, differisce tra la periferia del bacino e la sua interno.

Altri scienziati avevano già trovato prove di questa differenza, ma lo studio attuale lo ha confermato.

All'interno del bacino del Tarim, le placche tettoniche sono relativamente stabili, anche se si schiantano e si piegano l'uno contro l'altro in periferia, spiegare l'attività sismica osservata. Ciò si traduce in un minor rischio di terremoti all'interno e informa le decisioni di una compagnia petrolifera sulla profondità alla quale i pozzi dovrebbero essere stabilizzati per ridurre al minimo il rischio di collasso strutturale.

Per gli scienziati della terra, il nuovo studio è un'importante convalida di un metodo più pratico per la stima dello stress della roccia. "Questi nuovi risultati ci danno la certezza di poter utilizzare il metodo di recupero della deformazione anelastica a profondità maggiori di quanto ritenessimo possibile, " Sone dice. "Finché la roccia si deforma nella stessa misura in direzione verticale e orizzontale, questo metodo è molto più facile da applicare quando temperature e pressioni molto elevate nella crosta terrestre sfidano le altre opzioni nella nostra cassetta degli attrezzi".