Scoperto un lubrificante naturale nelle faglie: il grafene ossido spiega perché alcuni terremoti non avvengono

Perché alcune faglie attive producono sorprendentemente pochi terremoti di grande magnitudo pur essendo situate in una regione tettonicamente attiva? La risposta a questo mistero potrebbe risiedere in un materiale inaspettato nascosto nelle profondità della Terra. Le faglie geologiche custodiscono molti segreti che potrebbero aiutarci a rispondere a importanti domande sulla natura del nostro pianeta e su cosa accade realmente nelle profondità della Terra. Uno dei più grandi misteri si cela nel sistema di faglie di Atotsugawa, in Giappone. La particolarità di quest’area è che, pur trovandosi in una regione tettonicamente attiva dove le placche terrestri sono in costante movimento, non produce tanti terremoti di grande magnitudo quanto altre faglie principali.

Un gruppo di ricercatori dell’Università di Tohoku ha fatto luce su un aspetto sconosciuto del sistema di faglie di Atotsugawa, rivelando il motivo per cui i terremoti sono insolitamente rari in quella zona. Utilizzando un approccio innovativo che combina tecniche analitiche avanzate come la spettroscopia Raman, la spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) e la microscopia elettronica a trasmissione (TEM), i ricercatori hanno fatto una scoperta intrigante: un singolo strato di ossido di grafene, rinvenuto all’interno di questa faglia attiva, potrebbe essere la chiave per risolvere questo mistero.

Ciò che rende questa scoperta particolarmente significativa è che l’ossido di grafene, ampiamente utilizzato nelle tecnologie all’avanguardia e tipicamente prodotto sinteticamente, non era mai stato osservato in natura in una forma così ultrasottile. In questo contesto, presenta proprietà uniche, tra cui una superficie estremamente liscia che determina un attrito molto basso. La presenza di questo lubrificante naturale potrebbe contribuire a spiegare perché alcune faglie si muovono lentamente e in modo costante anziché causare terremoti improvvisi.

Lo studio

Nello studio, pubblicato sulla rivista Nature Communications, il team si concentra su due meccanismi chiave che riducono l’attrito nelle faglie. In primo luogo, i gruppi contenenti ossigeno presenti nell’ossido di grafene interagiscono con le molecole d’acqua, creando condizioni lubrificanti. In secondo luogo, i nanofogli di ossido di grafene scorrono tra i minerali presenti nella faglia, riducendo ulteriormente l’attrito.

“Riteniamo che quando le faglie si muovono, inneschino reazioni chimiche che creano ossido di grafene. In altre parole, più una faglia scorre, più genera il suo ‘nano-lubrificante’, che ne facilita ulteriormente il movimento“, ha affermato il Professor Hiroyuki Nagahama.

Questo studio suggerisce che l’ossido di grafene può rimanere stabile alle temperature presenti alle profondità in cui si verifica uno scorrimento lento delle faglie. Ciò implica che, una volta formatosi, possa continuare ad agire come un lubrificante naturale per lunghi periodi di tempo, influenzando il modo in cui le tensioni vengono rilasciate lungo la faglia. Questi risultati evidenziano il ruolo, finora sconosciuto, dei materiali a base di carbonio nella regolazione del comportamento delle faglie.

Le implicazioni della scoperta

“Se l’ossido di grafene può formarsi naturalmente nelle faglie, si aprono possibilità completamente nuove, non solo per comprendere il comportamento dei terremoti, ma anche per esplorare come le faglie si evolvono nel tempo“, ha dichiarato Tomoya Shimada, membro del team di ricerca del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Tohoku.

In definitiva, la scoperta chiarisce ulteriormente il comportamento delle faglie, evidenziando al contempo il potenziale della ricerca interdisciplinare per svelare processi nascosti all’interno della Terra. Studi come questi, che colmano il divario tra geoscienze, scienza dei materiali e tribologia, hanno il potenziale per trasformare radicalmente il modo in cui il carbonio viene studiato sulla Terra. Con il proseguire della ricerca, questi approcci potrebbero contribuire ad approfondire la nostra comprensione dei processi sismici e del comportamento delle faglie in profondità nel sottosuolo.