Una tecnica di telerilevamento in grado di rilevare i cambiamenti in tempo reale negli ambienti del sottosuolo è stata testata con successo nel deserto appena fuori dal campus KAUST a Thuwal, Arabia Saudita.

Per evitare l'impatto lungo e distruttivo della perforazione, i geologi si stanno rivolgendo sempre più a un approccio noto come imaging sismico. Questa procedura utilizza sorgenti sonore in molti luoghi diversi per inviare onde acustiche in profondità nel sottosuolo e quindi misura quanto tempo impiegano le onde a tornare ai ricevitori in superficie. Il tempo di percorrenza delle onde dipende da proprietà quali la durezza o la porosità dei materiali che attraversano, e quindi questo metodo può facilmente identificare caratteristiche uniche del sottosuolo, come sacche d'acqua.

Però, l'imaging sismico convenzionale è ancora troppo lento per rilevare eventi geologici in tempo reale, osserva il geofisico di KAUST Gerard Schuster. "Per un esperimento sismico convenzionale, sono necessarie molte viste angolari diverse per stimare con precisione le proprietà di ciascuna sottostruttura, che richiede molte ore per dispiegare ed eccitare sorgenti sismiche in centinaia di luoghi diversi, " lui dice.

Negli ultimi 20 anni, Schuster ha lavorato a una soluzione a questo problema concentrandosi sul modo in cui i modelli ciclici delle onde acustiche iniziano a ritardare o conducono l'un l'altro dopo aver attraversato un materiale sotterraneo. Questi cambiamenti, note come differenze di fase, può essere invertito mediante interferometria sismica per fornire informazioni strutturali ad alta risoluzione richiedendo molte meno sorgenti audio.

"Questo approccio richiede molto meno sforzo, " dice Shuster. "Prendere le differenze di tempo tra le fasi consente di rispondere a domande sulla durezza e la morbidezza della geologia con pochi esperimenti invece di centinaia".

Nel loro ultimo lavoro, Schuster e colleghi hanno eseguito un esperimento time-lapse controllato per convalidare le capacità della loro tecnologia di interferometria sismica. Primo, il team ha installato una serie di sorgenti audio e ricevitori su una duna di sabbia asciutta. Quindi, hanno iniettato 12 tonnellate di acqua nella duna in poche ore mentre registravano quasi cento misurazioni interferometriche per ogni posizione della sorgente. Questi dati sono stati trasformati ogni due minuti in istantanee del flusso d'acqua sotterranea mentre percolava attraverso strati sottostrutturali diversi metri sotto la superficie.

"Le nostre simulazioni tridimensionali degli esperimenti ci hanno convinto che ciò che abbiamo visto non era una falsa lettura, " afferma Schuster. "L'impatto iniziale di questi risultati può essere utile per gli ingegneri ambientali che richiedono un monitoraggio rapido ed economico del sottosuolo, ad esempio imaging in tempo reale di dighe che perdono, o efficienti rilievi sismici marziani o lunari."