Uno degli aspetti più impressionanti dell'impatto dell'uomo sull'ambiente è la capacità di indurre terremoti iniettando fluidi nel sottosuolo per attività estrattiva (sfruttamento di "shale gas") o per scopi geotermici. Le zone di faglia della crosta terrestre, infatti, contengono fluidi ed è proprio su queste faglie che si originano i terremoti. È l’interazione delle rocce di faglia con il fluido ad avere effetti di tipo meccanico e chimico sulla nucleazione, propagazione e sull’arresto dei terremoti, siano essi naturali o indotti. Nonostante la rilevanza di questi aspetti, la fisica del processo di interazione fluido-roccia fino a questo momento era stata solo supposta con modelli teorici. Ora, uno studio pubblicato su Nature Communications da un gruppo di ricerca europeo di cui fa parte anche l’università di Padova, dimostra in modo sperimentale che i fluidi viscosi hanno un duplice comportamento: possono fungere da lubrificanti oppure da abrasivi in funzione di altri parametri come la pressione di fluido, la velocità di scivolamento e la rugosità inziale della superficie di contatto.

La ragione per cui la fisica del processo d’interazione fluido-roccia è rimasta per lungo tempo solo congetturata e deputata a modelli teorici è dipesa dal fatto che la tecnologia della sperimentazione in condizioni di deformazione prossime a quelle di un terremoto e in presenza di fluidi è rimasta per lungo tempo proibitiva. Grazie al contributo dei progetti europei USEMS (Uncovering the Secrets of an Earthquake: Multidisciplinary Study of Physico-Chemical Processes During the Seismic Cycle) e NOFEAR (New Outlook on seismic faults: from earthquake nucleation to arrest ), il laboratorio HP-HT dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia di Roma (INGV) si è equipaggiato di strumenti adatti a rendere possibile questa simulazione.

Insieme al Laboratory of Experimental Rock Mechanics (LEMR) dell’EPFL - École polytechnique fédérale de Lausanne e grazie al progetto europeo BEFINE (Mechanical BEhavior of Fluid-INduced Earthquakes) i ricercatori di Svizzera e Italia insieme alle università di Padova e di Durham nel Regno Unito, hanno progettato esperimenti di nuova concezione per studiare l’effetto della viscosità del fluido sulla stabilità delle faglie.

“Le faglie – spiega Elena Spagnuolo dell’INGV di Roma e coautrice dello studio – possono essere pensate come superfici di roccia in contatto di attrito. E’ l’attrito a determinare come le faglie si comporteranno, quanto grande sarà lo scivolamento e quindi la magnitudo dell’evento. In presenza di un lubrificante il terremoto può propagarsi facilmente mentre in caso contrario può originare eventi più lenti e quindi meno energetici oppure addirittura arrestarne il movimento”.

Giulio di Toro, geologo dell’università di Padova, che per anni ha diretto la sua ricerca nel campo dei meccanismi di lubrificazione delle faglie, aggiunge che “le zone di faglia hanno sempre a che fare con fluidi viscosi perché, che siano presenti o meno all’inizio del processo, si formano in ogni caso quando si scatena il terremoto e l’attrito produce talmente tanto calore da fondere le rocce a contatto. Il risultato è un fluido a viscosità variabile, a dipendere da alcuni fattori come la quantità di minerali che non hanno raggiunto la temperatura di fusione e sono rimasti in sospensione”.

In una intervista rilasciata all’EPFL news Chiara Cornelio, giovane studiosa dell’EPFL e prima autrice della ricerca, sottolinea che nel campo dello sfruttamento delle georisorse, come nel caso degli impianti geotermici, dei pozzi di iniezione e dell’estrazione, tutte le tecniche prevedono l’iniezione di fluidi ad alta pressione. "Studi come questo mostrano come una migliore comprensione delle proprietà e degli effetti dei fluidi sul comportamento delle faglie sia vitale nella prevenzione e nella riduzione della sismicità indotta. Le compagnie dovrebbero tenere in considerazione anche queste proprietà del fluido, come la viscosità, nei loro ragionamenti, anziché focalizzarsi solo sul volume e sulla pressione”.

Questo studio, comprensivo di 36 esperimenti effettuati su quattro tipi di viscosità, due litologie, diverse velocità e pressioni variabili, getta le basi per una migliore comprensione del terremoto e in generale dà una immagine più chiara sul funzionamento dei fenomeni naturali.