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GEOLOGIA/ Per capire i terremoti bisogna guardarli al microscopio

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Immagine d'archivio (Fotolia)  Immagine d'archivio (Fotolia)

Ogni giorno il nostro pianeta è scosso da innumerevoli sommovimenti della crosta terrestre, alcuni impercettibili, altri enormi e distruttivi. Da quando la tettonica a zolle come meccanismo all’origine dei movimenti della crosta terrestre è diventata molto più di una ipotesi, è chiaro agli studiosi come gli eventi più catastrofici avvengano in corrispondenza delle linee di contatto fra due placche. È proprio lo scorrimento di due placche in sensi inversi ciò che provoca le immani tragedie di cui periodicamente il mondo è spettatore o vittima. I movimenti delle placche sono infatti lentissimi, e i materiali ai bordi di due placche adiacenti nel tempo tendono a unirsi sempre di più: proprio per questo, quando l’unione diventa molto forte anche l’attrito dovuto al crescere dell’età di contatto cresce, e con esse l’energia immagazzinata, che viene liberata in modo repentino e devastante. È in questi casi che si hanno i terremoti più gravi.

Eppure, anche se il meccanismo responsabile dei terremoti più distruttivi è abbastanza chiaro nelle sue linee macroscopiche generali, manca la conoscenza scientificamente dettagliata della sua origine. Non si sa infatti in che modo due corpi adiacenti stabiliscano un legame così forte da dover essere spezzato da una forza tanto distruttiva e di che tipo siano i legami che si stabiliscono fra materiali omologhi o differenti.

L’aiuto in questa ricerca è venuto da un gruppo di fisici e ingegneri meccanici, guidati da Robert Carpick del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Scienze Applicate della Università della Pennsilvanya, dai due geologi della Brown University, Terry Tullis e David Goldsbye, e da Qunyang Li, Professore Associato alla Scuola Aerospaziale dell’Università di Tsinghua, Cina, che ha curato tutta la parte di modellizzazione e sperimentale.  L’eterogeneità del gruppo è dovuta al fatto che i fisici e gli ingegneri si sono trovati a lavorare insieme dopo un incontro fortuito di Carpick con Tullis durante un convegno. È stato lì che si sono resi conto che le conoscenze di un gruppo potevano servire all’altro.

Quello che si conosce del fenomeno dell’aumento dell’attrito nel tempo è riassumibile in due immagini differenti del fenomeno: una quantitativa e una qualitativa. La prima si genera partendo dall’ipotesi che due corpi a contatto stabiliscano un legame uno con l’altro in punti a livello microscopico, e che questi legami siano innumerevoli; secondo questa ipotesi, perciò, la resistenza allo scorrimento crescerebbe perché cresce il numero di punti che si uniscono fra le due facce di due corpi a contatto. Nella seconda immagine, invece, si ipotizza che la resistenza cresca nel tempo perché cresce la forza dei legami microscopici che si stabiliscono.

Il gruppo dei meccanici-fisici possiedono infatti uno strumento di misura che si è rivelato perfetto per indagare a livello microscopico quello accade a due superfici che aderiscono l’una all’altra: il microscopio a forza atomica, che funziona come il braccio di un vecchio giradischi, con una sottilissima punta sensibile alle forze molecolari. L’esperimento condotto dal gruppo per studiare l’evoluzione temporale della connessione fra materiali, omologhi e non, ha portato a risultati molto interessanti. Invece di usare vere e proprie lastre di materiali, hanno realizzato una punta di silice del microscopio e l’hanno pressata a contatto con superfici di materiali diversi -silice, grafite e diamante- andando a verificare il grado di frizione che sperimentava nello scorrimento.



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