Una tempesta solare come quella che causò un blackout di nove ore in tutto il Quebec nel 1989 potrebbe avere effetti ancora più drammatici se colpisse oggi la costa orientale degli Stati Uniti. Ora, gli scienziati hanno sviluppato nuovi strumenti per rilevare queste tempeste prima che si verifichino, mappando la struttura elettrica nascosta sotto i nostri piedi e rivelando come il terreno stesso potrebbe influenzare l’impatto sulla rete elettrica.
Mappare il sottosuolo elettrico nascosto della Terra
Dopo 18 anni di lavoro e misurazioni in oltre 1.800 località in tutto il Paese, lo United States Magnetotelluric Array (USMTArray) ha completato la prima indagine completa delle proprietà elettriche sotto il continente. Nel nuovo studio, gli scienziati del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) presentano una mappa tridimensionale che traccia il flusso delle correnti elettriche attraverso rocce, fluidi e antiche formazioni geologiche sotterranee, scoprendo percorsi e strutture nascoste che modellano il Nord America dal basso.
L’USMTArray rileva le variazioni naturali dei campi elettrici e magnetici della Terra in superficie. Poiché la composizione minerale, i fluidi e le temperature influenzano il modo in cui l’elettricità si muove nel sottosuolo, queste misurazioni consentono agli scienziati di osservare ciò che si trova al di sotto della superficie: dagli strati superficiali di sedimenti alle antiche e profonde radici che ancorano il continente nordamericano da oltre un miliardo di anni.
“I dati magnetotellurici, che misurano le variazioni naturali dei campi elettrici e magnetici sulla superficie terrestre per mappare la resistività elettrica del sottosuolo, rispondono in modo molto forte a elementi come fluidi e magmatismo“, ha affermato Anna Kelbert, scienziata del progetto di scienze della Terra presso il CfA e autrice principale del nuovo studio pubblicato su Reviews of Geophysics. Kelbert ha aggiunto che l’USMTArray fornisce anche un’immagine 3D della resistività elettrica dalla superficie terrestre al mantello. “Questo ci offre una prospettiva sulla Terra fondamentalmente diversa rispetto ai dati sismici”.
Tempeste solari e rischi per la rete elettrica
Queste scoperte hanno importanti conseguenze concrete. Quando si verificano tempeste geomagnetiche, l’energia solare può generare correnti elettriche che si propagano attraverso il terreno e raggiungono le nostre linee elettriche. Il blackout del 1989 in Quebec, Canada, ne è un chiaro esempio: durante quell’evento, i campi geoelettrici generati dalla tempesta sovraccaricarono la rete elettrica di Hydro-Québec, lasciando milioni di persone senza elettricità.
Secondo Kelbert e il suo team, durante la stessa tempesta, le ampiezze del campo geoelettrico in un sito del Maine raggiunsero i 22,79 volt per chilometro. Con tale intensità, il terreno stesso conduceva elettricità a livelli ben superiori a quelli per cui sono state progettate le infrastrutture elettriche. Ciò rappresenta un serio rischio per le reti elettriche, che sono progettate per gestire la corrente alternata, non la corrente continua.
“Credo che qualsiasi valore superiore a 1 V/km sia considerato una minaccia dal settore delle reti elettriche“, ha affermato Kelbert. “Per valori di circa 20 V/km, se il campo geoelettrico di tale ampiezza fosse orientato lungo una tipica linea elettrica di 200km nel Maine, avremmo tensioni di 4.000 V, che genererebbero una forte corrente quasi continua lungo la linea”.
Se un forte e prolungato picco di corrente continua attraversa il sistema, può sovraccaricare i trasformatori, causando surriscaldamento e persino la distruzione delle apparecchiature, la cui sostituzione è costosa e richiede molto tempo. Un guasto diffuso come quello del 1989, ma su scala maggiore, potrebbe provocare un’interruzione di corrente prolungata che interesserebbe gran parte del Paese.
Dai modelli rudimentali alla mappatura in tempo reale
L’USMTArray apporta un nuovo livello di precisione alla nostra capacità di segnalare questi pericoli, ha osservato Kelbert. In precedenza, gli scienziati dovevano affidarsi a modelli semplificati e unidimensionali di come l’elettricità si muove nel terreno, ma la geologia reale sotto gli Stati Uniti è molto più complessa. I nuovi dati rivelano che i rischi geoelettrici possono variare drasticamente, anche tra località distanti solo pochi chilometri, con livelli di rischio che possono differire anche tra località distanti centinaia di chilometri.
Oggi, i dati dell’USMTArray alimentano una mappa del rischio in tempo reale, gestita dalla National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e dallo United States Geological Survey (USGS), che monitora i campi elettrici in tutto il Paese durante le tempeste. Ciò consente a scienziati e funzionari di stimare il rischio elettrico in luoghi specifici, fornendo un quadro molto più chiaro e dettagliato dei potenziali pericoli rispetto al passato.
Alla scoperta del profondo passato del Nord America
Avviato nel 2006, il progetto si è posto l’obiettivo di creare un’immagine dettagliata della struttura profonda del Nord America. Il modello elettrico tridimensionale risultante traccia i percorsi delle masse continentali che un tempo si scontravano, mappa i nuclei stabili del continente, rimasti intatti per miliardi di anni, e rivela come si è formato il Nord America. A differenza dei metodi sismici, queste misurazioni elettriche possono individuare elementi come le antiche zone di subduzione, geologicamente inattive, caratterizzate dalla presenza di materiali conduttivi come grafite e minerali solfuri, nascosti nelle profondità del sottosuolo.
Poiché questa mappa rivela sia fluidi sotterranei che minerali che sono buoni conduttori di elettricità, potrebbe anche diventare uno strumento prezioso per individuare importanti risorse, tra cui giacimenti minerari e sorgenti di calore sotterranee.
“Esiste ancora un divario tra la conoscenza dei campi geoelettrici in tempo reale e l’utilizzo di queste informazioni per prendere decisioni operative tempestive”, ha affermato Kelbert. “La previsione, non solo il rilevamento, è la prossima frontiera”.