Uno "Scudo" di metamateriali per proteggerci dai terremoti.

Recentemente un gruppo di ricercatori ha proposto un nuovo approccio per affrontare il problema. In un articolo pubblicato recentemente sulla rivista New Journal of Physics, gli scienziati hanno analizzato la fattibilità di una strategia di isolamento passivo dalle onde sismiche basata sull’utilizzo di metamateriali meccanici di grande scala, analizzando simulazioni numeriche della propagazione di vari tipi di onde sismiche (di superficie e guidate), tenendo conto anche di effetti di dissipazione del suolo.

I metamateriali — strutture artificiali che presentano straordinarie proprietà vibrazionali — potrebbero venire in soccorso delle zone minacciate dai terremoti. Il comportamento vibrazionale di questi materiali è fondamentalmente controllato dalla loro struttura, piuttosto che soltanto dai materiali di cui sono composti.

Attualmente le grandi strutture quali ponti e gli edifici come i grattacieli sono protetti contro i terremoti grazie all’utilizzo di strategie di isolamento dalle vibrazioni che prevedono sistemi installati nelle fondamenta. Tuttavia questi approcci sono impossibili da implementare su strutture esistenti come gli edifici storici e sono efficaci solo su una singola struttura.

La schermatura degli edifici vulnerabili attraverso l’impiego di "scudi" di metamateriali (materiali sintetici compositi che inibiscono la propagazione delle onde sismiche in arrivo attraverso effetti di interferenza) potrebbe contribuire a proteggere un'area molto più ampia senza alcuna modifica diretta agli edifici esistenti in essa.

La realizzazione più semplice di scudo sismico proposto dal team implica di scavare nel suolo 3-4 file di cavità a forma di croce spaziate opportunamente.

«Le dimensioni esatte dipenderanno dal tipo di suolo e dall’intervallo di frequenza dello scudo» scrive Marco Miniaci ricercatore presso l’Università di Torino e il LOMC (Laboratoire Ondes et Milieux complexes) dell’Università di Le Havre, Francia.

«In caso di suoli sabbiosi ed eccitazioni sismiche a bassa frequenza, la larghezza, la spaziatura e la profondità delle cavità (che dovrebbero essere rivestite di uno strato di calcestruzzo per impedire il collasso del terreno circostante), potrebbero raggiungere 10 metri» aggiunge il ricercatore.

Per estendere le prestazioni della struttura protettiva, i ricercatori propongono di aggiungere un numero di cavità cilindriche risonanti più piccole di circa 2 m di diametro. Inoltre possono essere eseguite ulteriori modifiche. Riducendo le dimensioni e spaziatura delle cavità le proprietà dello scudo potrebbero essere indirizzate verso problemi simili che si verificano a frequenze più elevate.

Gli scenari includono la prevenzione delle vibrazioni in prossimità delle reti ferroviarie ad alta velocità o linee tranviarie. La protezione contro le esplosioni potrebbe essere un'altra potenziale applicazione.

«I prossimi passi dovrebbero implicare l’esecuzione di prove sperimentali attraverso l’utilizzo di modelli in scala presso laboratori specializzati nel settore della geotecnica sismica e nell’analisi delle vibrazioni» scrive Miniaci. «Questo potrebbe fornire una convalida aggiuntiva delle strutture proposte e aiutare a portare ad ulteriori passi avanti in questo settore».

Al progetto partecipano altri ricercatori: Anastasiia Krushynska e Federico Bosia dell'Università di Torino, Nicola Pugno dell'Università di Trento, della FBK (Fondazione Bruno Kessler) Trento e della Queen Mary University of London.

Carbonio dallo spazio: Una nuova teoria sulla provenienza del carbonio terrestre.

Miliardi di anni fa, l'impatto della Terra primordiale con un pianeta allo stato embrionale simile a Mercurio ha arricchito il mantello terrestre di carbonio, ponendo le basi per lo sviluppo della vita. Lo dimostra un modello sviluppato da simulazioni in laboratorio in condizioni di temperatura e pressione elevate, simili quelle presenti all'interno dei pianeti.

Il nostro pianeta era appena milionario, giovanissimo in termini astronomici, quando si è scontrato con un oggetto molto simile a Mercurio: un urto violentissimo, che ha provocato la fusione dei due nuclei e dei due mantelli.

Si tratta di un quesito fondamentale, dal momento che lo sviluppo della vita sul nostro pianeta è legato proprio a questo prezioso elemento. La cui presenza è però ancora oggi un mistero: in base alle sue caratteristiche, il carbonio avrebbe dovuto evaporare nelle prime fasi di sviluppo terrestre, o al limite rimanere bloccato nel suo nucleo.

A partire dal 2013, in particolare, gli sforzi di questo gruppo di ricerca sono stati dedicati a capire in che modo possa diminuire l'affinità del ferro per il carbonio. E quindi a spiegare perché questo elemento non è rimasto confinato nel nucleo. L'ispirazione è venuta dalla constatazione che Marte ha un nucleo ricco di zolfo, e che quello di Mercurio è ricco di silicio. Da qui l'ipotesi che questi elementi possano essere presenti anche nel nucleo terrestre, sfidando la visione corrente secondo cui esso sarebbe costituito solo da ferro, nichel e carbonio.

Gli esperimenti hanno dato ora i loro frutti. Hanno infatti rivelato che il carbonio potrebbe essere stato escluso dal nucleo e relegato nel mantello di silicati se le leghe di ferro nel nucleo fossero state ricche sia di silicio sia di zolfo. “I dati cruciali hanno mostrato in che modo la ripartizione del carbonio tra le porzioni metalliche e di silicati dei pianeti di tipo terrestre cambia in funzione di variabili come temperatura, pressione e contenuto di zolfo e di silicio”, ha aggiunto Li.

Una volta spiegato come si distribuisce il carbonio tra nucleo e mantello, non restava che trovare una fonte plausibile per l'abbondanza osservata di questo elemento.

“Uno scenario che spiega il rapporto tra carbonio e zolfo e l'abbondanza del carbonio è quello di un pianeta embrionale simile a Mercurio, che aveva già un nucleo ricco di silicio, entrato in collisione con la Terra, da cui alla fine è stato assorbito”, ha concluso Dasgupta. “La dinamica dell'evento è stata tale che il nucleo di questo pianeta potrebbe essere finito direttamente nel nucleo della Terra, mentre il mantello ricco di carbonio si sarebbe miscelato con quello del nostro pianeta”

Lo scontro, avvenuto circa 100 milioni di anni dopo la formazione del Sistema Solare, avrebbe visto la Terra letteralmente inghiottire l’altro pianeta, il cui nucleo ricco di silicio si sarebbe fuso con il nucleo terrestre mescolando così anche i due mantelli e arricchendo di carbonio quello terrestre.

Questa teoria viene descritta in un articolo appena pubblicato su Nature Geoscience, dove gli autori spiegano come sono arrivati a ipotizzare lo scontro a partire dalla composizione terrestre.


( Fonti: Le Scienze, Nature, Inaf, Asi )