Comprendere meglio i terremoti ha implicazioni dirette per la vita di milioni di persone: consente di mitigare il rischio sismico e ci avvicina al sogno di poter prevedere i fenomeni sismici. È questo lo scopo ultimo della ricerca di Luca Dal Zilio, giovane geofisico in forze al Politecnico di Zurigo, che ha dato importanti contributi alla comprensione della fisica dei terremoti grazie alla tecnica delle simulazioni numeriche. Per questo motivo, recentemente l’American Geophysical Union ha assegnato l’edizione 2023 del prestigioso Jason Morgan Award a Dal Zilio, primo italiano a ricevere questo riconoscimento di eccellenza accademica.
Attualmente è uno dei coordinatori dell'ambizioso progetto FEAR (Fault Activation and Earthquake Rupture), un'iniziativa ambiziosa finanziata dal Consiglio Europeo della Ricerca (ERC) Synergy, che coinvolge un team di scienziati provenienti dal Politecnico federale di Zurigo (ETH Zurich) in Svizzera, la Rheinisch-Westfälische Hochschule (RWTH Aachen University) in Germania e l'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) in Italia. È un gruppo di più di 35 persone. Scopo del progetto è innescare debolissimi terremoti nel Bedretto Underground Laboratory for Geosciences and Geoenergy, situato a 1500 metri di profondità sotto le Alpi svizzere, con l’obiettivo di comprendere con un dettaglio senza precedenti le complesse dinamiche dei fenomeni sismici.
Abbiamo intervistato Luca Dal Zilio per farci raccontare di FEAR, del suo lavoro e dell’importanza strategica della geofisica nella società di oggi.
Il premio Jason Morgan è uno dei più ambìti in ambito geofisico. Quali risultati nella tua carriera hanno contribuito a questo riconoscimento così prestigioso?
La mia ricerca si concentra sull'emergere di instabilità sismiche, che spaziano da eventi di scivolamento lento a sismicità lungo i grandi margini di placca, svelando proprietà rilevanti e leggi di scala. Su una scala più ampia, il mio lavoro fornisce intuizioni sul ruolo della deformazione sismica nei processi a lungo termine di convergenza delle placche e formazione delle montagne. Utilizzando diverse tecniche, dalla modellazione numerica all'analisi dei dati GPS e dei cataloghi sismici, ho dimostrato come il ciclo sismico contribuisca alla deformazione lungo il fronte di catene collisionali come il Zagros, l'Himalaya e le Alpi. In particolare, questo lavoro inserisce la sismicità delle catene montuose nel contesto della geodinamica dei margini delle placche. Sebbene ciò sia stato sempre immaginato, come questi processi si collegano tra loro su diverse scale è rimasto, finora, inesplorato. Questo insieme di studi ha un impatto cruciale sulla valutazione del rischio sismico e ha chiarito, ad esempio, la presenza di sismicità nell'Himalaya, portando a una nuova comprensione della valutazione del rischio in questa zona sismica.
Che cosa sono le simulazioni numeriche e che risultati scientifici ti hanno permesso di ottenere?
Le simulazioni numeriche sono una potente tecnica che ci consente di esplorare il comportamento complesso di sistemi fisici attraverso l'uso di equazioni matematiche e calcoli al computer. Questi modelli computerizzati ci permettono di testare ipotesi e fare previsioni.
Nel campo della fisica dei terremoti, utilizzo le simulazioni numeriche per gettare luce sui meccanismi che stanno dietro al movimento delle faglie e alla generazione dei terremoti. Questi modelli ci permettono di esplorare diverse condizioni e scenari, come variare la pressione, la velocità di scivolamento delle faglie, la composizione delle rocce e molti altri fattori. Ciò ci aiuta a comprendere meglio la complessità dei terremoti e a prevedere come si comporteranno in situazioni diverse. Per esempio, possiamo simulare cosa accadrebbe se una faglia si muovesse più lentamente o se le rocce fossero più o meno resistenti.
Queste simulazioni forniscono preziose informazioni per la prevenzione e la mitigazione dei rischi sismici, aiutandoci a progettare edifici più sicuri e a prepararci meglio agli eventi sismici.
Come funziona esattamente il progetto FEAR?
L'obiettivo di FEAR è comprendere meglio come iniziano e si fermano i terremoti, un mistero che da sempre affascina la comunità scientifica. Per fare ciò abbiamo scelto di condurre esperimenti nell'unico e straordinario BedrettoLab. Il nucleo dell'idea è quello di utilizzare la stimolazione idraulica per modificare lo stress nelle rocce sotterranee e innescare piccoli terremoti controllati, con una magnitudo di circa 1.0, su faglie candidate vicine al tunnel di Bedretto. È come se volessimo studiare da vicino come una piccola crepa si sviluppa e si trasforma in un piccolo terremoto.
Per catturare tutti i dettagli di questo processo utilizzeremo una fitta rete di sensori multidisciplinari che registreranno la fase di preparazione della rottura, la rottura stessa e la risposta successiva delle rocce. Questi esperimenti ci forniranno una visione senza precedenti della fisica dei processi sismici.
A quali domande nello specifico ci aspettiamo di rispondere con FEAR?
Un problema fondamentale è la previsione dei terremoti. Nonostante gli sforzi degli scienziati, non esiste ancora un metodo per prevedere con certezza quando e dove avverrà un terremoto di grande magnitudo. Questo è un ostacolo importante per l'uso su larga scala dell'energia geotermica da risorse profonde, che potrebbe essere una fonte di energia virtualmente inesauribile con un impatto ecologico ridotto.
Con FEAR vogliamo andare al cuore della questione. Vogliamo attivare una faglia naturale nelle Alpi svizzere, una zona dove il rischio sismico è una preoccupazione reale, per osservare da vicino i processi sismici. Questo ci consentirà di rispondere a domande specifiche: come inizia un terremoto, come si propaga, come si ferma ecc. Attraverso esperimenti accurati e l'uso di avanzate tecnologie di monitoraggio speriamo di ottenere una visione senza precedenti dei dettagli di questi processi naturali complessi.
Quali potranno essere le applicazioni nell'ambito dell'ingegneria geotermica?
L'energia geotermica è considerata una fonte di energia rinnovabile e a basse emissioni di carbonio, ma il suo utilizzo su larga scala è limitato da alcune sfide tecniche. Spesso l'energia geotermica viene estratta da serbatoi geotermali profondi, dove le rocce sono calde ma poco permeabili. Questo significa che, per estrarre l'energia, è necessario iniettare fluidi a pressione per stimolare il flusso termico. Tuttavia, questa pratica può influenzare lo stress nelle rocce sotterranee, aumentando il rischio di eventi sismici indesiderati.
Qui entra in gioco FEAR. Studiando come i terremoti si generano e si propagano, possiamo acquisire una comprensione più approfondita delle dinamiche delle rocce sotterranee. Questo può aiutare gli ingegneri geotermici a progettare sistemi di iniezione di fluidi più sicuri e a prevenire l'attivazione indesiderata di faglie sismiche. In altre parole, possiamo contribuire a garantire che l'energia geotermica sia sfruttata in modo sicuro ed efficiente.
Quindi FEAR non è solo una missione scientifica volta a svelare i segreti dei terremoti, ma anche un passo avanti per sfruttare l'energia geotermica in modo responsabile, contribuendo così alla transizione verso fonti di energia più sostenibili.
La geofisica interagisce con molte questioni chiave della nostra società (energia, clima ecc.). In base alla tua esperienza pensi che questa sia una disciplina la cui importanza sia compresa dal grande pubblico?
Negli ultimi anni ho notato un crescente interesse nei confronti della geofisica e delle scienze della Terra in generale. Questo è stato alimentato da una serie di fattori, tra cui una maggiore consapevolezza dell'importanza delle scienze della Terra per affrontare le sfide globali.
La geofisica è una disciplina cruciale che si interseca con molte questioni chiave della nostra società. Per esempio, la comprensione dei processi sismici è essenziale per migliorare la sicurezza sismica delle comunità e per sviluppare fonti di energia geotermica più sostenibili. Inoltre, la geofisica è fondamentale per studiare i cambiamenti climatici, la gestione delle risorse idriche e persino la ricerca di risorse naturali come il petrolio e il gas.
La geofisica può sembrare un campo specialistico, ma la sua importanza è in costante crescita e il suo impatto sulla nostra società è sempre più evidente. Credo che con la giusta comunicazione e divulgazione possiamo continuare a suscitare interesse e consapevolezza su questa disciplina vitale per il nostro futuro.
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