Winter-to-spring changes in borehole seismic noise beneath permafrost in the northeastern Tibetan Plateau
Questo studio analizza il rumore sismico da foro di sondaggio sotto il permafrost nel nord-est dell'altopiano tibetano durante la transizione tra inverno e primavera, rivelando significativi aumenti della potenza del rumore e dell'entropia spettrale selettivi per frequenza guidati dai cambiamenti stagionali piuttosto che dallo scongelamento, il che sottolinea la necessità di valutare sia la potenza assoluta che la distribuzione spettrale quando si caratterizzano i fondi di registrazione delle stazioni.
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In profondità sotto il suolo ghiacciato dell'altopiano tibetano, dove la terra rimane intrappolata nel ghiaccio per la maggior parte dell'anno, gli scienziati hanno ascoltato il ronzio costante e di basso livello del pianeta. Questo ronzio, noto come rumore sismico ambientale, non è silenzio ma una vibrazione continua causata dal vento, dalle onde oceaniche e dall'attività umana. Nelle regioni fredde, il terreno stesso cambia mentre si congela e si discongela, alterando il modo in cui queste vibrazioni si propagano. Posizionando strumenti sensibili in profondità nel sottosuolo, i ricercatori possono tracciare questi sottili cambiamenti, proprio come un medico che ascolta un battito cardiaco per comprendere la salute di un paziente. L'obiettivo è capire come l'ambiente modelli il rumore di fondo che questi strumenti registrano, assicurando che, quando si verifica un vero terremoto, il segnale sia chiaro e lo statico di fondo sia compreso.
In un'area mineraria specifica nella parte nord-orientale dell'altopiano, un team di ricercatori ha installato un sismometro altamente sensibile quasi 300 metri in fondo a un pozzo di trivellazione, posizionandolo ben al di sotto dello strato locale di permafrost. Si sono posti l'obiettivo di osservare come il rumore a questa profondità cambiasse mentre la regione passava dal cuore dell'inverno ai primi giorni della primavera. Hanno analizzato le registrazioni continue da fine gennaio a metà aprile 2019, cercando modelli nella forza e nella "forma" delle vibrazioni. Il team ha utilizzato un metodo che scompone il rumore in diverse frequenze, o toni, per vedere se determinati toni diventassero più forti o se la miscela complessiva di suoni cambiasse con il mutare delle stagioni.
Ciò che hanno scoperto è stato un cambiamento distinto e selettivo nel rumore di fondo della terra. Man mano che la stagione progrediva, le vibrazioni a una specifica frequenza più alta, intorno a 3,4 hertz, sono diventate significativamente più forti, aumentando di ben 21 decibel rispetto alla quiete di fine gennaio. Tuttavia, questo aumento non è avvenuto ovunque nello spettro. Le vibrazioni a un tono molto più basso, intorno a 0,2 hertz, sono rimaste relativamente stabili, cambiando solo di una quantità minima. Questo ha comunicato ai ricercatori che il cambiamento non era un aumento generale di tutto il rumore, ma un'amplificazione specifica di certe frequenze. Inoltre, la "forma" del rumore è cambiata. Nelle prime settimane, l'energia era concentrata all'estremità molto bassa dell'intervallo che stavano ascoltando. Entro la primavera, quell'energia si era diffusa, formando una gobba più ampia centrata tra 2 e 3 hertz.
Per capire se questo cambiamento fosse semplicemente una questione di un terreno che diventava più rumoroso nel complesso, i ricercatori hanno anche misurato l'"entropia" del rumore, un modo per descrivere quanto l'energia sia diffusa o concentrata attraverso le diverse frequenze. Hanno scoperto che il rumore è diventato più diffuso, o meno concentrato, con l'avanzare della stagione. Interessantemente, hanno scoperto che la diffusione del rumore e la potenza totale non sempre si muovevano all'unisono. Durante un confronto specifico tra metà marzo e inizio aprile, la diffusione del rumore è rimasta quasi identica, eppure la potenza totale delle vibrazioni era sensibilmente più alta ad aprile. Ciò significa che guardare solo l'intensità o solo la diffusione del rumore darebbe un quadro incompleto; entrambi devono essere considerati insieme per comprendere veramente l'ambiente di registrazione.
Il team ha anche controllato la temperatura del terreno superficiale, che è salita dal freddo del pieno inverno verso il punto di congelamento, ma è rimasta al di sotto dello zero gradi Celsius durante tutto lo studio. Sebbene il terreno si stesse riscaldando, i dati non hanno mostrato che il permafrost avesse iniziato a scongelarsi alla profondità del sensore. Poiché i dati della temperatura provenivano da soli mezzo metro sotto la superficie, non potevano confermare cosa stesse accadendo a 300 metri di profondità. Di conseguenza, i ricercatori non hanno potuto affermare con certezza che il cambiamento del rumore fosse causato dallo scongelamento del terreno ghiacciato. I cambiamenti potrebbero essere stati guidati da variazioni nel vento, cambiamenti nell'attività mineraria vicina o sottili alterazioni negli strati rocciosi stessi. Lo studio ha mappato con successo il cambiamento del rumore di fondo, dimostrando che non è un ambiente statico, ma si è fermato prima di individuare la causa esatta del cambiamento, lasciando aperta la porta a future investigazioni su come la terra profonda risponda al mutare delle stagioni.
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