Immagina una massa di 100 milioni di tonnellate di roccia, terra, fango e alberi che scivolano da una montagna a 30 miglia da una grande città e nessuno sa che è successo fino a qualche giorno dopo.
Tale è stato il caso dopo che il Typhoon Morakot ha colpito Taiwan nel 2009, scaricando circa 100 pollici di pioggia nelle regioni meridionali dell'isola nel corso di 24 ore. Conosciuta come la frana Xiaolin, chiamata per il villaggio che colpì e cancellò, il folto tappeto di detriti che lasciò alle spalle soffocò 400 persone e intasò un fiume vicino. Sebbene solo un'ora di macchina fuori dall'affollata città di Tainan, i funzionari non sapevano della frana da due giorni.
"Essere così vicini e non sapere che è successo qualcosa di catastrofico è semplicemente fantastico", osserva Colin Stark, geomorfologo dell'Osservatorio della Terra di Lamont-Doherty (LDEO). Ma ora, "la sismologia ci consente di riferire su tali eventi in tempo reale". La ricerca pubblicata la scorsa settimana su Science da Stark e l'autore principale Göran Ekström, un sismologo LDEO, dimostrano che gli scienziati armati con i dati della rete sismografica globale non possono solo individuare dove si è verificata una grande frana, ma può anche rivelare quanto velocemente ha viaggiato la massa ribollente, per quanto tempo è finita, il suo orientamento all'interno del paesaggio e la quantità di materiale spostato.
Tutto ciò può essere fatto da remoto, senza visitare la frana. Inoltre, può essere fatto rapidamente, in netto contrasto con i metodi più noiosi tipicamente utilizzati per stimare le caratteristiche di una frana. In passato, gli scienziati hanno dovuto attendere che i rapporti di una frana li filtrassero e, una volta avvisati, hanno cercato le foto e le immagini satellitari della diapositiva. Se potessero, avrebbero coordinato i viaggi verso la lingua della frana - ben dopo l'evento - per stimare la massa di roccia disturbata.
Ma il nuovo metodo mette il rilevamento e la caratterizzazione delle frane in linea con il modo in cui gli scienziati attualmente seguono i terremoti da lontano. Proprio come i sismometri tremano quando l'energia di un forte terremoto colpisce le loro posizioni, consentendo ai sismologi di determinare la posizione, la profondità e la direzione precise della rottura, nonché la quantità di energia rilasciata durante il sisma e il tipo di faglie tettoniche scorrevoli lungo, questi stessi i sismometri si muovono durante una frana. Le scosse non sono le contrazioni frenetiche tipiche dei sismografi di terremoti o esplosioni: le firme sono lunghe e sinuose.
Ekström e colleghi hanno trascorso molti anni a esaminare a fondo di dati sismici alla ricerca di firme insolite che non possono essere ricondotte a terremoti tipici. In precedenza, il loro lavoro sulle firme sismiche nella Groenlandia tettonicamente morta classificava un nuovo tipo di agitazione, chiamato "terremoti glaciali". Ma la genesi della recente ricerca sulle frane può essere fatta risalire al Typhoon Morakot.
Dopo che la tempesta ha colpito Taiwan, Ekström ha notato qualcosa di strano nelle carte sismiche globali: le loro oscillazioni indicavano che un gruppo di eventi, ciascuno con tremori superiori a un terremoto di magnitudo 5, si era verificato da qualche parte sull'isola. "Inizialmente, nessun'altra agenzia aveva rilevato o individuato i quattro eventi che avevamo riscontrato, quindi sembrava molto probabile che avessimo rilevato qualcosa di speciale", ha spiegato Ekström. Pochi giorni dopo, notizie di frane - incluso il mostro che attraversò Xiaolin - iniziarono a riversarsi, confermando ciò che gli scienziati avevano ipotizzato sulla fonte degli eventi.
Una vista tra i detriti della frana Xiaolin di Taiwan. (Foto di David Petley) Dotato di dati sismici provenienti dalla frana Xiaolin, gli autori hanno sviluppato un algoritmo informatico per cercare firme sismiche rivelatrici di grandi frane nei registri precedenti e man mano che avvenivano. Dopo aver raccolto informazioni dalle 29 più grandi frane verificatesi in tutto il mondo tra il 1980 e il 2012, Ekström e Stark hanno iniziato a decostruire le energie e le ampiezze delle onde sismiche per saperne di più su ciascuna.
I principi guida alla base del loro metodo possono essere ricondotti alla terza legge del moto di Newton: per ogni azione c'è una reazione uguale e contraria. "Ad esempio, quando la roccia cade da una montagna, la cima diventa improvvisamente più leggera", spiega Sid Perkins di ScienceNOW . La montagna "sgorga verso l'alto e lontano dalla roccia che cade, generando movimenti di terra iniziali che rivelano le dimensioni della frana e la sua direzione di viaggio."
Esaminando tutte le loro analisi, Ekström e Stark scoprono che, indipendentemente dal fatto che la frana sia stata innescata da un vulcano in eruzione o da una scarpata satura di acqua piovana, le caratteristiche della frana sono governate dalla lunghezza della montagna che si è interrotta per iniziare la frana. Questa coerenza suggerisce principi generali finora sfuggenti che guidano il comportamento delle frane, che aiuteranno gli scienziati a valutare meglio i pericoli futuri e il rischio di pendenze in pendenza.
Per coloro che studiano le frane, il documento è fondamentale per un'altra ragione. David Petley, professore alla Durham University del Regno Unito, scrive nel suo blog che "ora abbiamo una tecnica che consente di rilevare automaticamente grandi frane. Dato che questi tendono ad accadere in aree molto remote, spesso non vengono segnalati. "
Petley, che studia le dinamiche delle frane, ha scritto un articolo complementare al documento di Ekström e Stark, anch'esso pubblicato su Science, che fornisce un po 'di prospettiva ai nuovi risultati. Osserva che “la tecnica attualmente rileva in modo eccessivo frane ampie e veloci di un ordine di grandezza, richiedendo un lavoro considerevole, ad esempio, con immagini satellitari per filtrare gli eventi falsi positivi. Tuttavia, apre la strada a un vero catalogo globale di valanghe di roccia che farà avanzare la comprensione delle dinamiche delle aree di alta montagna. Può anche consentire il rilevamento in tempo reale di grandi frane che bloccano la valle, fornendo un sistema di allarme per le comunità vulnerabili a valle. "
Visualizzazioni pre e post di frane che sono scivolate nel 2010 sul ghiacciaio Siachen nel nord del Pakistan. (Immagine via Science / Ekström e Stark) Le intuizioni acquisite dal metodo di Ekström e Stark sono prontamente viste in un esempio lampante di una frana verificatasi nel nord del Pakistan nel 2010. Le immagini satellitari del flusso di detriti, che si sviluppa sui fianchi del ghiacciaio Siachen, suggeriscono che l'evento è stato innescato da uno, forse due episodi di fallimento della pendenza. Tuttavia, Ekström e Stark mostrano che i detriti sono scivolati da sette grandi frane nel corso di pochi giorni.
“Le persone vedono raramente accadere grandi frane; di solito vedono solo gli effetti collaterali ”, osserva Ekström. Ma grazie a lui e al suo coautore, gli scienziati di tutto il mondo possono ora rapidamente dare una prima occhiata.
