Gli arresti apparenti nei grandi processi naturali

In natura molti fenomeni hanno un ritmo che li caratterizza, una sorta di battito cardiaco scandito da fasi di attività che si alternano a periodi di pausa. Ma quelli che per l’uomo possono sembrare momenti di “silenzio”, in realtà nascondono processi invisibili: l’accumulo di tensione nelle faglie sismiche, l’aumento della pressione magmatica all’interno di un vulcano, la riorganizzazione dei campi magnetici solari o le trasformazioni interne nelle strutture stellari.

“Le ‘pause’, cioè periodi di apparente quiete in un universo dominato da processi che spesso vengono descritti come grandiosi o catastrofici, caratterizzano molti processi naturali che osserviamo sul nostro Pianeta, nel Sistema solare e nell’Universo. Questi stati di quiescenza non rappresentano però un'interruzione dei fenomeni, bensì fasi della normale evoluzione di processi naturali attivi e, in alcuni casi, momenti durante i quali si accumula l'energia che alimenterà gli eventi futuri”, spiega Gianluca Norini, dirigente di ricerca dell’Istituto di geologia ambientale e geoingegneria (Igag) del Cnr.

La natura agisce su scale di migliaia, milioni o miliardi di anni. “Quelli che descriviamo come lunghi periodi di stabilità possono in alcuni casi essere solamente il frutto della nostra percezione errata, dovuta alla diversa scala temporale tra la vita umana e la memoria storica da una parte e molti processi naturali dall’altra, che si sviluppano su tempi molto più lunghi e fanno parte di un sistema - la Terra, il Sistema solare o l’Universo - che è da considerarsi sempre in evoluzione”, evidenzia il ricercatore. “Il concetto stesso di pausa nei fenomeni naturali è pertanto intrinsecamente antropocentrico. Ciò che percepiamo come un'interruzione è spesso parte integrante di un processo continuo che semplicemente si manifesta con modalità o intensità differenti. In altri termini, la natura non si ferma mai veramente, piuttosto alterna fasi di attività evidente con periodi di trasformazione meno visibile, ma ugualmente significativa”.

Silenzi sismici, minimi solari, quiescenza nell’attività vulcanica o nel moto delle placche terrestre, cicli astronomici o fasi di quiete nelle stelle. Sono tutti esempi di alternanza naturale. “Un caso emblematico di quiescenza prolungata riguarda il lasso di tempo che intercorre tra terremoti lungo una faglia attiva. Lungi dall'essere un periodo di stasi, questa ‘pausa’, definita periodo intersismico, rappresenta in realtà una fase attiva del ciclo sismico: il lento e inesorabile accumulo dell'energia che alimenterà la rottura successiva. Infatti, durante un periodo intersismico le placche tettoniche continuano il loro impercettibile movimento, sospinte dalle correnti convettive del mantello terrestre”, prosegue l’esperto. “Tuttavia, lungo specifici segmenti di una faglia, l'attrito tra le rocce impedisce lo scorrimento, facendoli così diventare giganteschi magazzini di energia, che possiamo immaginare come un elastico teso. La durata di questa pausa può variare a seconda della velocità di movimento delle placche e delle proprietà fisiche della faglia. Ma la sua fine è inevitabile. Quando la tensione accumulata supera la forza di attrito delle rocce, la faglia si frattura improvvisamente, rilasciando in pochi secondi tutta l'energia immagazzinata e scatenando un violento terremoto”.

Un esempio storico è il terremoto di Loma Prieta del 1989 in California, avvenuto in una sezione della faglia di Sant'Andrea che era rimasta quiescente per lungo tempo. “Lo studio di periodi di quiete apparente di questo tipo, monitorando la deformazione del terreno, la microsismicità e studiando il comportamento delle faglie nel passato storico e geologico, è la nostra migliore strategia per comprendere dove e quando si potrebbe scatenare la prossima, inevitabile scossa sismica potenzialmente distruttiva”, afferma Norini.

Un fenomeno analogo riguarda l’attività vulcanica. “Un vulcano quiescente può non manifestare nessuna attività significativa per secoli o millenni. Durante la quiescenza, il sistema magmatico del vulcano è tutt'altro che inattivo. Il magma può accumularsi, evolvere e interagire con le rocce e i fluidi sotterranei. Questi processi possono, su scale temporali più o meno lunghe, portare a una nuova eruzione, anche di grande magnitudo. Questo processo di riattivazione è spesso anticipato da segnali precursori, come sciami sismici, deformazioni del suolo e variazioni nella composizione dei gas emessi, indicando che la pausa sta per finire e che il magma si sta muovendo verso la superficie, preparando una nuova eruzione. In Italia, esistono numerosi vulcani quiescenti, come ad esempio Ischia, la caldera dei Campi Flegrei, il Vesuvio e Pantelleria, che, pur con lunghezza delle pause differente, si trovano tutti in uno stato di quiescenza dell’attività eruttiva, probabilmente destinato, prima o poi, a concludersi con nuovi eventi eruttivi”, ricorda lo studioso, che aggiunge: “Per restare in ambito geologico, un versante montuoso che appare stabile da generazioni può nascondere al suo interno una lenta e progressiva evoluzione verso la generazione di una grande frana. Anche in questo caso, una lunga fase di stabilità non rappresenta quindi una vera quiete, ma un periodo di incubazione, in cui il versante si indebolisce e diventa sempre più suscettibile a una possibile rottura catastrofica”.

Guardando verso il cielo, anche il Sole, che appare ai nostri occhi come una presenza costante e immutabile, è in realtà un sistema dinamico caratterizzato da periodi di intensa attività energetica che si alternano a fasi di relativa calma. “L’attività solare è caratterizzata da un’oscillazione costante, che segue un ciclo di circa 11 anni. Tuttavia, possono verificarsi periodi prolungati di attività solare estremamente bassa, pause nel normale ciclo di 11 anni, il più celebre dei quali è il Minimo di Maunder (1645-1715), durante il quale le macchie solari quasi scomparvero e la cui causa è dibattuta e oggetto di ricerca scientifica. Questa riduzione dell'attività solare coincise con un periodo di inverni particolarmente rigidi in Europa, noto come la ‘Piccola era glaciale’", continua l’esperto.

Spingendosi al di là del Sistema solare, le pause si manifestano anche in altri oggetti cosmici, mostrando come l’intero Universo sia caratterizzato da fenomeni mutevoli e come anche le stelle più lontane o i giganti del cosmo abbiano momenti di quiete. “Un esempio di ciò sono i buchi neri dormienti, cioè quelli che hanno smesso di alimentarsi perché non c’è materiale sufficientemente vicino da consumare. Sono quindi, a tutti gli effetti, buchi neri inattivi, fino a quando altra materia entra nel loro raggio d'azione”, chiarisce il ricercatore.

Dalla terra sotto i nostri piedi ai confini del cosmo, comprendere l’evoluzione dei fenomeni naturali, incluse le pause, è fondamentale. “La pausa non è quasi mai un periodo in cui non avviene nulla. È più correttamente definita come un momento di transizione o di accumulo di potenziale. Studiare e comprendere questi momenti di inattività o minore attività non serve solo per la conoscenza scientifica, ma anche per la nostra capacità di prevedere e mitigare i rischi naturali. La funzione di queste pause è intrinseca alla natura ciclica o evolutiva di questi sistemi; esse rappresentano quindi uno stato di equilibrio temporaneo o una fase di lenta preparazione per un cambiamento di stato più rapido e vistoso. Nel caso dei terremoti e dei vulcani, quindi, monitorare i segnali che caratterizzano i periodi di quiescenza è una delle chiavi per la previsione dei disastri e la mitigazione del rischio. Allo stesso modo, lo studio dei cicli climatici, dei minimi solari e di altri fenomeni correlati, come i cicli astronomici, è cruciale per affinare i nostri modelli e comprendere le dinamiche a lungo termine del clima terrestre”, conclude Norini.

Fonte: Gianluca Norini, Istituto di geologia ambientale e geoingegneria, gianluca.norini@cnr.it