Le vibrazioni viaggiano attraverso il nostro pianeta in onde, come accordi che risuonano da una chitarra strimpellata. terremoti, i vulcani e il trambusto dell'attività umana eccitano alcune di queste onde sismiche. Molti altri riverberano dalle tempeste oceaniche guidate dal vento.

Mentre le tempeste agitano i mari del mondo, le onde sferzate dal vento in superficie interagiscono in un modo unico che produce colpi di pressione simili a pistoni sul fondo del mare, generando un flusso di deboli tremori che ondeggiano attraverso la Terra in ogni angolo del globo.

"C'è un'impronta di quei tre sistemi terrestri in questi dati sismici ambientali:atmosfera, Gli strati esterni rocciosi della Terra e l'oceano, ", ha affermato Lucia Gualtieri, geofisica della Stanford University, autore principale di un articolo in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze che aiuta a risolvere un enigma vecchio di decenni sulla fisica delle onde sismiche legate alle tempeste oceaniche.

Conosciuti come microsismi secondari, le piccole onde sismiche eccitate dal rombo degli oceani sono così onnipresenti e caotiche che i sismologi hanno a lungo messo da parte i dati. "Quando registri queste onde, la registrazione sismica sembra rumore casuale perché ci sono così tante fonti, uno vicino all'altro attraverso l'area estesa di una tempesta. Stanno tutti agendo allo stesso tempo, e i campi d'onda risultanti interferiscono tra loro, — disse Gualtieri. — Volete solo scartarlo.

Eppure negli ultimi 15 anni, i ricercatori hanno trovato un modo per estrarre significato da questi dati rumorosi. Analizzando la velocità con cui le coppie di onde viaggiano da una stazione sismica all'altra, hanno iniziato a raccogliere informazioni sui materiali che stanno attraversando. "Usiamo onde sismiche come i raggi X nell'imaging medico per la scansione della Terra, " disse Gualtieri, che è un assistente professore di geofisica alla Stanford's School of Earth, Scienze energetiche e ambientali (Stanford Earth).

Onde d'amore dal fondo dell'oceano

A differenza di una singola onda oceanica che rotola sulla superficie, che si estingue prima di raggiungere il mare profondo, le interazioni caotiche delle onde che viaggiano in direzioni opposte durante una tempesta possono creare un movimento oscillante su e giù sulla superficie che pulsa fino alla Terra solida sottostante. Le vibrazioni note come onde di Rayleigh viaggiano poi verso l'esterno dal polso, muovendo il terreno su e giù mentre vanno.

Per decenni, gli scienziati hanno compreso la componente verticale dei microsismi oceanici-tempesta, dove dominano le onde di Rayleigh. Ma c'è un'altra serie di vibrazioni registrate durante le tempeste oceaniche che sono inspiegabili nelle teorie accettate su come i mari in tempesta generano movimenti nella Terra solida. Queste vibrazioni, chiamate Love Waves in onore del loro scopritore del XX secolo, spingono le particelle di roccia sotterranea da un lato all'altro, perpendicolarmente al loro percorso in avanti, come un serpente strisciante. "Queste onde non dovrebbero esserci affatto, — disse Gualtieri. — Non sapevamo da dove venissero.

Gli scienziati hanno presentato due spiegazioni plausibili. Un'idea è che quando la forza verticale che scende dalla collisione delle onde oceaniche incontra un pendio sul fondo del mare, divide e forma i due diversi tipi di onde superficiali:Rayleigh e Love. "In quel caso, la sorgente delle onde d'amore sarebbe molto vicina alla sorgente delle onde di Rayleigh, se non la stessa posizione, "Ha detto Gualtieri.

Ma la ricerca di Gualtieri, co-autore con geoscienziati dell'Università di Princeton, trova che i pendii e le pendenze del fondo marino non sono abbastanza ripidi per generare la forte forza orizzontale necessaria per produrre le onde d'amore raccolte dai registratori sismici. I loro risultati, pubblicato il 9 novembre sostenere una teoria alternativa, in cui le onde d'Amore hanno origine all'interno della Terra stessa. Si scopre che quando i mari spazzati dal vento riducono la pressione fino al fondo del mare, la struttura patchwork della solida Terra sottostante risponde con un tonfo tutto suo.

"Capiamo come i terremoti creano onde d'Amore, ma non abbiamo mai capito esattamente come le creano le onde dell'oceano, ", ha affermato l'esperto di rumore sismico ambientale Keith Koper, professore di geologia e geofisica e direttore di stazioni sismografiche presso l'Università dello Utah, che non era coinvolto nello studio. "Questo è un po' imbarazzante perché le onde d'amore generate dall'oceano sono state osservate per oltre 50 anni". Il giornale guidato da Gualtieri, Egli ha detto, "fornisce prove conclusive" di come le onde oceaniche generino questo particolare tipo di vibrazione nella Terra.

Simulazione della Terra

Usando il supercomputer Summit all'Oak Ridge National Laboratory, i ricercatori hanno simulato le complesse interazioni che si verificano tra tempeste, onde oceaniche e la Terra solida per periodi di tre ore. Preciso fino a quattro secondi, ogni simulazione includeva 230, 400 sorgenti di pressione sparse in tutto il mondo. "Stiamo usando il computer come un laboratorio, lasciare che le onde sismiche si propaghino da fonti realistiche in tutti gli oceani del mondo sulla base della fisica nota su come e dove le onde sismiche sono generate dalle tempeste oceaniche, così come il modo in cui si muovono attraverso la Terra, "Ha detto Gualtieri.

Una versione del modello Terra rappresentava il pianeta come un semplicistico mondo stratificato, dove le proprietà variano solo con la profondità, come una torta a strati. L'altro, modello più realistico catturato più della variazione tridimensionale nel suo terreno sotterraneo, come un biscotto al cioccolato. Per ogni versione, i ricercatori hanno attivato e disattivato i dati di profondità sott'acqua per verificare se le caratteristiche del fondale marino come i canyon, burroni e montagne, contrariamente alla struttura più profonda, potrebbero produrre onde d'Amore.

I risultati mostrano che le onde d'amore sono scarsamente generate nel tipo di torta a strati, Terra unidimensionale. Dati circa 30 minuti e un oceano rombante, però, Onde d'amore emanate da sotto il fondale marino nel modello tridimensionale. Quando le onde di Rayleigh e altre onde sismiche generate dalle tempeste oceaniche incontrano zone più calde o più fredde e materiali diversi nel loro viaggio laterale attraverso la Terra, lo studio suggerisce che la loro energia si disperde e si rifocalizza. Nel processo, una parte del campo d'onda si converte in onde d'amore. "Se applichi quelle fonti di pressione dalle onde oceaniche che interferiscono e aspetti, la Terra ti darà l'intero campo d'onda, — Disse Gualtieri. — È la Terra stessa che genererà le onde dell'Amore.

Secondo Gualtieri, una migliore comprensione di come queste vibrazioni sorgono e si propagano attraverso la Terra potrebbe aiutare a colmare le lacune nella conoscenza non solo dell'interno del nostro pianeta, ma anche del suo clima che cambia. Le registrazioni sismiche analogiche risalgono a prima dell'era dei satelliti, e dati digitali di alta qualità sono stati registrati per diversi decenni.

"Questo database contiene informazioni sui processi ambientali, ed è praticamente inutilizzato, " lei disse.