MARGE è un'indagine magnetotellurica MT di lungo periodo che mira a ricostruire la struttura di conducibilità elettrica della litosfera italiana in 3 dimesioni (3D), con lo scopo di identificare e caratterizzare le principali strutture geologiche nella crosta e nel mantello superiore. I risultati dell'indagine possono essere combinati con altri set di dati disponibili, inclusi quelli sulla gravità, la tomografia sismica, la geochimica e la geologia. La combinazione di questi set di dati multidisciplinari farà avanzare la nostra conoscenza scientifica dell'architettura e dell'evoluzione litosferica della regione analizzata.
L'obiettivo finale del progetto MARGE è utilizzare la modellizzazione della conducibilità della Terra solida e dell'impedenza della superficie per mappare i campi geoelettrici indotti dalle tempeste magnetiche. Infatti, ai fini dell'analisi del rischio geoelettrico, la combinazione di tensori di impedenza e serie temporali geomagnetiche da osservatori o modelli può essere utilizzata per stimare la variazione del campo geoelettrico. Ciò consentirà lo sviluppo di competenze per la mappatura sia in tempo reale che storica del campo geoelettrico sull'Italia a seguito dei disturbi del campo geomagnetico. L'impedenza MT che mette in relazione i campi geoelettrici con i campi geomagnetici sulla superficie terrestre fornisce un pezzo mancante fondamentale per stimare le correnti geomagneticamente indotte.
Il fatto che le impedenze ottenute dal rilevamento e dalla modellizzazione MT siano esattamente il tipo di prodotto necessario per la mitigazione del rischio meteorologico spaziale, costituisce un caso davvero fortunato. Questo è anche il motivo per cui la necessità di una copertura a livello nazionale di campagne MT sta diventando più urgente. Al giorno d'oggi tali dati servono sia ai gestori della rete elettrica, sia alla comunità geofisica della Terra solida.
Il metodo di analisi magnetotellurica
La Magnetotellurica (MT) è una tecnica geofisica passiva che si può usare per valutare la distribuzione della resistività elettrica nel sottosuolo, esaminando le variazioni del campo geomagnetico e dei campi elettrici ambientali che si possono instaurare per cause naturali. Esistono diverse tipologie di strumenti per MT, che registrano serie temporali in diversi intervalli di frequenza, permettendo così un’analisi in profondità da decine di metri fino a centinaia di chilometri al di sotto della superficie.
I campi sorgente della MT possono essere prodotti da fulmini e uragani, o anche da sistemi di corrente che fluiscono nella magnetosfera e nella ionosfera a causa delle interazioni tra il vento solare e il campo geomagnetico. Tali sorgenti forniscono un ampio spettro di variazioni del campo geomagnetico, in un intervallo di frequenza che varia tra 10-5 e 104 Hz, rendendole ideali per le ricerche sulla crosta e il mantello superiore. L’intensità di tali segnali varia nell’arco di ore, giorni, settimane e in funzione del ciclo solare.
Le serie temporali delle misure elettriche e magnetiche vengono analizzate nel dominio della frequenza, con i segnali a frequenza più bassa che corrispondono a una maggior profondità di penetrazione nel sottosuolo. Per questo motivo, per poter mappare la crosta profonda e il mantello superiore, frequenze di variazione molto piccole devono essere misurate. Utilizzando algoritmi matematici di inversione, partendo da tali dati si possono elaborare modelli 3D di conducibilità elettrica.
Campagna di acquisizione dati di MARGE
La campagna di MARGE raccoglie dati MT in stazioni di misura non permanenti disposte sul territorio in una griglia con spaziatura di circa 55 km. Poiché siamo interessati a variazioni delle quantità misurate in un range molto ampio di intervalli temporali (da pochi secondi a settimane), due differenti set strumentali sono impiegati in ogni sito di misura. In dettaglio:
- Un magnetometro vettoriale (cioè in grado di misurare variazioni del campo lungo tre diverse direzioni) di tipo “fluxgate”, e dipoli con elettrodi per misurare segnali elettromagnetici continui. Questo set strumentale viene lasciato in acquisizione per 4-6 settimane in ogni sito;
- Un magnetometro a induzione di tipo “search coil” appositamente preparato per stazioni MT broadband, e relativi dipoli con elettrodi. Questo set strumentale viene lasciato in acquisizione per una settimana in ogni sito;
- Una centralina di acquisizione, che consiste in una scatola contenente un microprocessore e una memoria per l’acquisizione dei dati e il controllo da remoto, un ricevitore GPS per la sincronizzazione e una batteria da 12 V;
- Un pannello solare installato nelle vicinanze della centralina per alimentare la batteria.
Figura 1 : tipico schema di sito di misura. In arancione si vedono i tubi contenenti i magnetometri, orientati in differenti direzioni, e
sotterrati a 50 cm di profondità. In verde sono evidenziate le stese di cavo elettrico che costituiscono i dipoli per la misura del campo
elettrico.
Figura 2 : I sensori dei magnetometri, i tubi in cui vengono posti e la centralina di misura.