Lucia Gualtieri, un ricercatore post-dottorato in geoscienze presso la Princeton University, sovrapposta un'immagine del sismogramma che registra un ciclone tropicale sopra un'immagine satellitare che mostra la tempesta in movimento attraverso l'Oceano Pacifico nordoccidentale. Gualtieri e i suoi colleghi hanno trovato un modo per monitorare il movimento e l'intensità di tifoni e uragani esaminando i dati sismici, che ha il potenziale per estendere di decenni il record globale di uragani e consentire una risposta più definitiva alla domanda, "Gli uragani stanno diventando più forti?" Crediti:illustrazione fotografica di Lucia Gualtieri, immagine satellitare per gentile concessione della NASA/NOAA
Ai climatologi viene spesso chiesto, "Il cambiamento climatico sta rendendo gli uragani più forti?" ma non possono dare una risposta definitiva perché il record globale di uragani risale solo agli albori dell'era dei satelliti. Ma ora, un incrocio di discipline:sismologia, scienze dell'atmosfera, e oceanografia—offre una fonte di dati non sfruttata:la registrazione sismica continua, che risale agli inizi del XX secolo.
Un team internazionale di ricercatori ha trovato un nuovo modo per identificare il movimento e l'intensità degli uragani, tifoni e altri cicloni tropicali monitorando il modo in cui scuotono il fondo marino, come registrato dai sismometri sulle isole e vicino alla costa. Dopo aver esaminato 13 anni di dati dall'Oceano Pacifico nordoccidentale, hanno trovato correlazioni statisticamente significative tra i dati sismici e le tempeste. Il loro lavoro è stato pubblicato il 15 febbraio sulla rivista Lettere di Scienze della Terra e dei Pianeti .
Il gruppo di esperti è stato riunito da Lucia Gualtieri dell'Università di Princeton, un associato di ricerca post-dottorato in geoscienze, e Salvatore Pasquale, uno studioso di ricerca associato in scienze atmosferiche e oceaniche.
La maggior parte delle persone associa la sismologia ai terremoti, detto Gualtieri, ma la stragrande maggioranza della registrazione sismica mostra movimenti a bassa intensità da una fonte diversa:gli oceani. "Un sismogramma è fondamentalmente il movimento del suolo. Registra terremoti, perché un terremoto fa tremare la terra. Ma registra anche tutti i piccoli altri movimenti, " dal passaggio dei treni agli uragani. "I tifoni si presentano molto bene nel record, " lei disse.
Perché non c'è modo di sapere quando colpirà un terremoto, i sismometri funzionano costantemente, sempre pronta a registrare il drammatico arrivo di un terremoto. Tra questi eventi sconvolgenti, seguono il rombo di sottofondo del pianeta. Fino a circa 20 anni fa, i geofisici hanno liquidato questo brontolio a bassa intensità come rumore, ha detto Gualtieri.
"Cos'è il rumore? Il rumore è un segnale che non capiamo, " disse Pasquale, che è anche ricercatore associato presso il Laboratorio di dinamica dei fluidi geofisici della National and Oceanic and Atmospheric Administration.
Proprio come gli astronomi hanno scoperto che la statica tra le stazioni radio ci fornisce informazioni sullo sfondo cosmico, i sismologi hanno scoperto che il "rumore" di basso livello registrato dai sismogrammi è la firma delle tempeste oceaniche guidate dal vento, l'effetto cumulativo delle onde che si infrangono sulle spiagge di tutto il pianeta o si scontrano tra loro in mare aperto.
Un'onda oceanica che agisce da sola non è abbastanza forte da generare una firma sismica alle frequenze che stava esaminando, ha spiegato Gualtieri, perché le tipiche onde oceaniche colpiscono solo i pochi metri più alti del mare. "Il moto delle particelle decade esponenzialmente con la profondità, così in fondo al mare non vedi niente, " ha detto. "Il meccanismo principale per generare anomalie sismiche da un tifone è avere due onde oceaniche che interagiscono tra loro." Quando due onde si scontrano, generano una pressione verticale che può raggiungere il fondo marino e far oscillare un sismometro vicino.
Quando una tempesta è abbastanza grande - e le tempeste classificate come uragani o tifoni lo sono - lascerà un record sismico della durata di diversi giorni. Precedenti ricercatori hanno tracciato con successo singole grandi tempeste su un sismogramma, ma Gualtieri è arrivato alla domanda dalla parte opposta:può un sismogramma trovare qualche grande temporale nella zona?
Gualtieri e i suoi colleghi hanno trovato un accordo statisticamente significativo tra il verificarsi di cicloni tropicali e quelli di grande ampiezza, segnali sismici di lunga durata con brevi periodi, tra tre e sette secondi, chiamati "microsismi secondari". Sono stati anche in grado di calcolare la forza dei tifoni da questi "microsismi secondari, " o piccole fluttuazioni, che hanno correlato con successo all'intensità osservata delle tempeste.
In breve, la registrazione sismica aveva dati sufficienti per identificare quando si verificavano i tifoni e quanto erano forti.
Finora, i ricercatori si sono concentrati sull'oceano al largo delle coste asiatiche a causa dei suoi potenti tifoni e della buona rete di stazioni sismiche. I loro prossimi passi includono il perfezionamento del loro metodo e l'esame di altri bacini di tempesta, a cominciare dai Caraibi e dal Pacifico orientale.
E poi affronteranno il record storico sismico:"Quando avremo un metodo ben definito e avremo applicato questo metodo a tutte queste altre regioni, vogliamo iniziare a tornare indietro nel tempo, ", ha detto Gualtieri.
Mentre le informazioni sulle tempeste globali risalgono solo ai primi giorni dell'era dei satelliti, tra la fine degli anni '60 e l'inizio degli anni '70, i primi sismogrammi moderni furono creati nel 1880. Sfortunatamente, i documenti più antichi esistono solo su carta, e pochi documenti storici sono stati digitalizzati.
"Se tutti questi dati possono essere resi disponibili, potremmo avere dischi che risalgono a più di un secolo fa, e poi potremmo provare a vedere qualsiasi tendenza o cambiamento di intensità dei cicloni tropicali oltre un secolo o più, " ha detto Pascale. "È molto difficile stabilire le tendenze nell'intensità dei cicloni tropicali, per vedere l'impatto del riscaldamento globale. I modelli e le teorie suggeriscono che dovrebbero diventare più intensi, ma è importante trovare prove osservative".
"Questa nuova tecnica, se si può dimostrare che è valido in tutti i bacini soggetti a cicloni tropicali, allunga efficacemente l'era dei satelliti, " ha detto Morgan O'Neill, un TC Chamberlin Postdoctoral Fellow in geoscienze presso l'Università di Chicago che non è stato coinvolto in questa ricerca. "Estende il periodo di tempo durante il quale abbiamo una copertura globale del verificarsi e dell'intensità dei cicloni tropicali, " lei disse.
La capacità dei ricercatori di correlare i dati sismici con l'intensità della tempesta è vitale, disse Allison Wing, un assistente professore di terra, scienze oceaniche e atmosferiche presso la Florida State University, che non è stato coinvolto in questa ricerca. "Quando si tratta di comprendere i cicloni tropicali, ciò che controlla la loro variabilità e la loro risposta al clima e ai cambiamenti climatici, è meglio disporre di più dati, in particolare dati che possono dirci di intensità, che il loro metodo sembra fare. ... Ci aiuta a limitare la gamma di variabilità che l'intensità degli uragani può avere".
Questa connessione tra tempeste e sismicità è iniziata quando Gualtieri ha deciso di giocare con i dati degli uragani nel suo tempo libero, lei disse. Ma quando ha sovrapposto i dati dell'uragano ai dati sismici, sapeva che era a qualcosa. "Ho detto, 'Oh, c'è qualcosa di più di un semplice gioco. Rivolgiamoci a qualcuno che può aiutarci".
Il suo team di ricerca alla fine è cresciuto fino a includere un secondo sismologo, due scienziati atmosferici e uno statistico. "La parte più difficile è stata stabilire comunicazioni con scienziati di diversa provenienza, " disse Pascale. "Spesso, in diversi campi della scienza, parliamo dialetti diversi, diversi dialetti scientifici."
Una volta sviluppato un "dialetto condiviso, " Egli ha detto, cominciarono a fare scoperte entusiasmanti.
"Così si evolve la scienza, " disse Pascale. "Storicamente, è sempre stato così. Le discipline prima si evolvono all'interno del proprio regno, allora nasce un nuovo campo."
