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Monitorare la salute dei ghiacciai con la radiografia

Utilizzare delle radiografie speciali per monitorare lo stato di salute dei ghiacciai alpini. Questa l’idea innovativa nata dalla collaborazione tra geologi e fisici dell’Università di Berna, per studiare cosa si nasconda al di sotto dello strato di ghiaccio, il cosiddetto bedrock.

Una radiografia convenzionale si basa sul semplice principio che una sorgente di raggi X, indirizzata su una parte del corpo del paziente che si desidera analizzare, sia in grado di attraversare con più o meno facilità i tessuti a seconda della loro densità e composizione, andando a impressionare in maniera differenziale una lastra che fornisce una immagine in negativo dei materiali attraversati.

Per effettuare una radiografia ai ghiacciai è necessario sostituire ai raggi X i muoni, particelle fondamentali a carica negativa, appartenenti alla stessa famiglia degli elettroni, prodotte dallo scontro delle radiazioni cosmiche con l’alta atmosfera terrestre, dotate di velocità prossima a quella della luce e a decadimento molto rapido, nel range dei microsecondi. I muoni che non decadono prima di raggiungere la superficie terrestre possono attraversare roccia e ghiaccio, rilasciando lungo il percorso parte della loro energia, ed essere “catturati”, proprio come i raggi X, da speciali pellicole fotografiche dette emulsioni. Anche in questo caso la traccia registrata sulla lastra da muografia (detta anche radiografia a muoni tomografia muonica) – una tavola di sali di bromuro d’argento in grado di catturare i muoni – rappresenta una immagine del percorso compiuto dalla particella.

Lo studio nel dettaglio

Gli esperimenti dell’Università di Berna vengono svolti nell’Oberland bernese, regione alpina che ospita il più grande dei ghiacciai delle Alpi: il ghiacciaio dell’Aletsch. 120 chilometri quadrati di estensione e 23 chilometri di lunghezza, fortemente minacciati dal riscaldamento globale che ne sta già causando un evidente ritiro. Ai suoi bordi si innalzano diversi quattromila: l’Eiger (3.970m), il Mönch (4.107m) e lo Jungfrau (4.158 m), l’Aletschorn (4.195 m) e il Finsteraarhorn (4.274 m). Sfruttando la presenza, a decine di metri sotto lo strato di roccia e nevi perenni del ghiacciaio, di 7 chilometri di tunnel della ferrovia della Jungfrau, considerata la linea ferroviaria più alta d’Europa, gli scienziati hanno deciso di posizionare le lastre per la muografia proprio nello Jungfrau tunnel.

Il primo studio condotto con la tecnica radiografica sul ghiacciaio dell’Aletsch nel 2017 ha consentito agli scienziati di comprendere “che la struttura della roccia sottostante è abbastanza ripida – come ha spiegato in una intervista rilasciata al magazine dell’Università di Padova “Il Bo Live” il professore Antonio Ereditato, direttore del laboratorio per la fisica delle alte energie del centro per la fisica fondamentale intitolato a Albert Einstein dell’università di Berna e già coordinatore nel 2010 del progetto “Opera”, condotto presso i laboratori del Gran Sasso per confermare sperimentalmente l’oscillazione del neutrino – Questa informazione è molto importante per determinare il futuro del ghiacciaio. Quando il riscaldamento globale produrrà una ancora maggiore riduzione del ghiacciaio, ci sarà un potenziale rischio di frane che potrebbe interessare la popolazione della valle”.

Il secondo studio condotto a una decina di chilometri dal primo, nella zona del ghiacciaio dell’Eiger, utilizzando tempi di esposizione più lunghi, ovvero mesi, ha consentito di appurare che sia stato il ghiacciaio stesso a scolpire il letto di roccia su cui si colloca. In futuro si cercherà di studiare attraverso la radiografia a muoni zone specifiche dell’arco alpino, quali i punti di incontro tra ghiacciai diversi laddove, a causa dello scioglimento delle nevi perenni, si potrebbero formare dei laghi.

Accanto ai ghiacciai, la muografia è anche già in uso in zone interessate da elevata attività sismica, come il Giappone, stavolta con la finalità di studiare vulcani e condotti vulcanici. Non è da escludere, come ipotizza il professor Ereditato, che una simile tecnologia possa diventare un importante supporto nel monitoraggio delle strutture ingegneristiche come tunnel, ponti e dighe. “È una tecnica che avrà un grande futuro applicativo”.   

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