Rumore Ambientale e Tromografia

Come sappiamo in seguito all’emergenza COVID-19, la Presidenza del Consiglio dei Ministri ha emanato una serie di decreti, che hanno limitato progressivamente la libertà di movimento dei cittadini, per contenere la diffusione del Coronavirus.

La riduzione degli spostamenti dovrebbe avere un impatto anche sul livello di rumore ambientale prodotto dall’uomo e registrato dagli strumenti che comunemente si utilizzano in sismologia.

Si tratta del cosiddetto rumore antropico, visibile chiaramente in tutte le stazioni sismiche sufficientemente vicine a città, paesi o infrastrutture come ferrovie e strade.

Ad esempio osservando il segnale sismico giornaliero registrato dalla stazione di Orzinuovi, in provincia di Brescia ogni lunedì dal 24 febbraio al 30 marzo 2020 si nota chiaramente una differenza tra il giorno e la notte.

In questo caso i risultati sono mostrati per l’intervallo di frequenza 1 – 20 Hz, intervallo in cui il rumore ambientale è principalmente generato dall’attività antropica.  Osservando per questa stazione e per gli stessi giorni il livello di rumore diurno si nota una progressiva diminuzione in linea con le diverse misure adottate. 

Figura 1: Segnale giornaliero registrato dalla stazione sismica di ORZI, ogni rettangolo corrisponde ad un giorno di dati, all’interno di ogni rettangolo una linea orizzontale corrisponde ad un’ora di dati (ad esempio dalle ore 2:30 alle 3:30 di notte). Uno spessore maggiore di una linea significa un livello di rumore ambientale maggiore. Fonte INGV

In corrispondenza della stazione ORZI la diminuzione del livello di rumore durante il giorno non è evidente dopo l’entrata in vigore del DPCM del 23 febbraio, in quanto il decreto interessava principalmente i 10 comuni del lodigiano.

Solo in seguito al decreto dell’8 marzo, ma soprattutto in seguito al DPCM del 22 marzo, in media, il rumore ambientale registrato di giorno è diminuito in modo sostanziale.

E’ molto evidente invece la diminuzione del livello di rumore nelle finestre notturne dopo l’8 marzo.

Questo probabilmente è dovuto alla chiusura di esercizi commerciali come bar, ristoranti e, in generale, punti di ritrovo o di svago. Risultati molto simili si hanno per la stazione ubicata a Piacenza.

Qui di seguito riportiamo l’analisi effettuata da un team composto da ricercatori dell’INGV, dell’Università di Padova e del CNRS francese sui dati sismici dell’Italia settentrionale.

Gli autori mostrano come il segno distintivo delle misure di contenimento del virus sia facilmente visibile analizzando le serie temporali continue dei sismometri sparsi sul territorio nazionale.

Dal confronto tra i segnali prima e dopo il blocco (lockdown) si può caratterizzare il rumore ambientale dovuto a causa antropiche.

Gli effetti del lockdown sul rumore sismico sono particolarmente evidenti nei siti ubicati all’interno o in prossimità di città, come nel caso della stazione di Milano (MILN).

Qui, in Figura 2, mostriamo come un’analisi spettrale del segnale sismico registrato giorno dopo giorno è possibile quantificare l’energia associata al rumore sismico ambientale e monitorare come questo vari nel tempo.

La figura sotto mostra l’esempio di questo procedimento applicato al sismometro di Milano (MILN) della rete sismica INGV: la riduzione del rumore sismico è graduale, inizia a vedersi già dopo l’applicazione delle prime misure restrittive a febbraio e continua lentamente anche dopo il blocco nazionale a fine marzo.

Ripetendo questo esercizio per 140 stazioni sismiche operative in Italia settentrionale nel periodo novembre 2019 – aprile 2020, e mediando i dati su intervalli settimanali (dal lunedì al venerdì dalle 6 alle 18), si può verificare la variazione del rumore sismico nel tempo (in un intervallo di frequenze tra 3 e 5 Hz).

L’animazione sotto mostra queste variazioni settimana dopo settimana. I colori sono indicativi del livello (rosso = molto rumoroso; blu = molto tranquillo). Gli effetti del lockdown sono evidenti in tutto il nord Italia, non limitandosi alle zone urbane.

Negli ultimi 10-20 anni, i sismologi hanno imparato a usare il rumore sismico per misurare le onde di superficie e mappare così la struttura della crosta terrestre e monitorare i cambiamenti nelle proprietà elastiche in aree a elevata pericolosità.

Questo studio mostra come l’analisi del rumore può aiutarci a caratterizzare e monitorare le attività antropiche in un ampio range di frequenze.

Tutto questo ci porta a definire la Tromografia: l’utilizzo del rumore sismico è di fatto molto importante per alcuni studi della parte superficiale del suolo.

La tromografia è una branca della sismologia che studia i microtremori derivati dal rumore sismico ambientale.

È chiamato microtremore perché le oscillazioni sono molto piccole, rispetto a quelle dei terremoti.

Le frequenze oggetto di studio sono appunto comprese tra 0,1 e 20 Hz. I rumori sismici ambientali sulla Terra possono essere vari: dovuti al vento, alle onde del mare o dell’oceano, ma anche ai macchinari o ai veicoli. Le seconde sono facilmente individuabili alle alte frequenze.

La sismica passiva è efficace nel caso in cui si vogliano avere subitanee informazioni del substrato sismico di un terreno, come ad esempio le frequenze principali di risonanza, ma da questa non si evincono dati esatti riguardo alla rifrazione e non sostituisce altre prove ben più comuni.

La tecnica a “stazione singola” HVSR (o H/V) ovvero Horizontal to Vertical Spectral Ratios o analisi dei rapporti spettrali, è un esempio di sismica passiva.

In questa tecnica, viene valutato il rapporto di ampiezza fra le componenti orizzontali e verticali del moto.

Esso mette in luce le frequenze alle quali il moto del terreno viene amplificato per risonanza, ma l’ampiezza di un picco H/V, pur essendo legata all’entità del contrasto, non è correlabile all’amplificazione sismica.

In definitiva, la tecnica HVSR permette di individuare: frequenze di risonanza di un sito, frequenze di risonanza di un edificio/struttura e microzonazione sismica tramite le frequenze di picco osservate.

A cura del personale della sezione INGV di Milano e di I. Molinari (INGV-Bologna), L. Boschi (Università di Padova and INGV-Bologna), P. Poli (CNRS e ISTERRE, Francia), J. Boaga (Università di Padova), V. Cascone (Università di Padova).

Fonte Immagini e Tematiche sulla Tromografia: INGV e Wikipedia.

Daniel Gialdini

Geologo, Osservatore e Moderatore. Perito meccanico e laureato in scienze geologiche. Nutre una grande passione verso le scienze matematiche, fisiche e naturali. Si occupa dei report meteorologici relativi alla Regione Toscana e alla stesura di articoli scientifici relativi alle scienze geologiche

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