Algeo è in piedi sulla sinistra con un tablet mentre il suo consigliere, Lee Slater, trascina apparecchiature radar che penetrano nel terreno sulla superficie del suolo. Credito:Chris Watts, Ricerca Rothamsted.
Il radar penetrante non è qualcosa dell'ultimo film di fantascienza. In realtà è uno strumento utilizzato dagli scienziati del suolo per misurare la quantità di umidità nel suolo in modo rapido e semplice.
Come con la maggior parte delle tecnologie, sta migliorando e si stanno sperimentando nuovi modi per usarlo. Jonathan Algeo, uno studente laureato alla Rutgers University, ha trascorso i suoi studi a migliorare il radar penetrante al suolo per diversi usi, come misurare l'umidità del suolo.
"È uno strumento molto comune nella ricerca, agricoltura, ingegneria, e i militari per guardare oggetti sepolti e misurare il contenuto d'acqua, " Spiega Algeo. "Uno dei suoi principali vantaggi è che è molto veloce. Un esempio è uno strumento con una ruota che consente al radar di effettuare misurazioni mentre lo trascini sul terreno. In questo modo, puoi eseguire misurazioni molto rapidamente su un campo ampio o su una linea lunga miglia. Il radar può essere utilizzato rapidamente su una vasta area per rispondere a molte domande diverse."
La tecnologia può essere utilizzata per trovare tunnel sotterranei, roccia di fondo, o crepe di metallo nei supporti di un ponte. In termini di suolo, le domande possono variare. Quanta acqua c'è vicino alla superficie? Come varia in un sito sul campo? Il contenuto di acqua vicino alla superficie può influenzare il clima, quindi è importante anche per i modelli climatici basati su computer.
Essere in grado di misurare l'umidità del suolo in un campo può consentire agli agricoltori di ottimizzare l'utilizzo dell'acqua in modo da non usarne troppo o troppo poco, soprattutto nelle zone aride dove l'acqua è limitata. Guardare il sottosuolo molto superficiale consente agli agricoltori di testare l'efficienza dei loro sistemi di irrigazione.
Un nucleo di suolo, con i piedi dei ricercatori per dare prospettiva. Credito:Jonathan Algeo.
Come lo fa? "Il georadar utilizza due antenne. Una emette un segnale e l'altra lo riceve, " Dice Algeo. "Il segnale in uscita è simile al segnale di un microonde o di un telefono cellulare. Quel segnale viaggia in tutte le direzioni, ma la maggior parte dell'energia è diretta nel terreno. Quando c'è un oggetto sepolto o un cambiamento di materiale, il segnale radar si riflette in superficie, dove viene captato dall'altra antenna."
Aggiunge che quando c'è più acqua nel terreno, le onde si muovono più lentamente. Quando c'è meno acqua, si muovono più velocemente. Uno scienziato può utilizzare le informazioni raccolte dalle antenne dalle onde per stimare il contenuto di acqua del suolo.
Le equazioni e i metodi utilizzati dai ricercatori per stimare il contenuto di acqua sono disponibili in molte forme diverse. La recente ricerca di Algeo ha testato quali erano i migliori nella stima del contenuto di acqua. Le equazioni analizzano il segnale temporale iniziale. Queste sono le prime onde radar a tornare all'antenna ricevente dopo aver attraversato solo la parte superiore del suolo. La forza di questo segnale cambia in base al contenuto d'acqua della parte superiore del suolo. Può essere misurato anche in terreni ricchi di argilla dove il radar normalmente non sarebbe utile.
Algeo e il suo team hanno confrontato due metodi per calcolare un valore per il segnale orario anticipato per determinare quale, se entrambi, era più bravo a monitorare i cambiamenti nell'umidità del suolo. Hanno scoperto che entrambi i metodi avevano successo. Ciò offre ai ricercatori la possibilità di stimare rapidamente il contenuto di acqua in grandi siti di campo.
"Affinché un metodo si diffonda nell'industria, deve essere dimostrato oltre ogni dubbio da ricercatori come noi, " dice Algeo. "Stiamo cercando di capire tutti i dettagli di dove, come, e quando l'analisi del segnale in tempo iniziale è più utile. Ciò significa che gli utenti di radar a penetrazione del suolo avranno un altro strumento nella loro cassetta degli attrezzi quando cercheranno di misurare rapidamente il contenuto di acqua sotterranea".
"Il georadar è il mio strumento geofisico preferito perché con esso possiamo ottenere una così ampia varietà di informazioni dal sottosuolo, " aggiunge. "Se c'è una domanda sul sottosuolo, è probabile che sarà in grado di darti un'idea di cosa sta succedendo."
