Un temporale non produce soltanto lampi e rumore. Parte dell’energia del tuono può entrare nel terreno e trasformarsi in onde sismiche, abbastanza precise da permettere ai ricercatori di ricostruire la struttura del sottosuolo. Un nuovo studio pubblicato il 21 agosto 2026 su Science Advances mostra che questi “thunderquakes”, rilevati attraverso normali cavi in fibra ottica, possono essere utilizzati per ottenere immagini fino a circa 100 metri di profondità.
Il risultato è particolarmente interessante perché trasforma due elementi già presenti intorno a noi, i temporali e le reti in fibra ottica, in potenziali strumenti per studiare zone deboli del terreno, cavità, falde e altri fenomeni difficili da osservare direttamente.
Se vuoi capire prima come nasce il fenomeno che produce il tuono, su Tech iCrewPlay abbiamo già spiegato come si formano i fulmini e perché assumono il caratteristico percorso a zigzag.
Cosa sono i thunderquakes e perché fanno tremare il terreno
Un thunderquake non è un terremoto provocato direttamente da un fulmine.
Quando avviene una scarica elettrica, l’aria lungo il percorso del fulmine viene riscaldata molto rapidamente e si espande. Questa espansione genera l’onda acustica che percepiamo come tuono.
Una parte di quell’energia può raggiungere la superficie terrestre e trasferirsi al terreno. L’onda che prima viaggiava nell’atmosfera genera quindi vibrazioni sismiche che si propagano negli strati più superficiali della Terra.
Sono queste vibrazioni a essere chiamate thunderquakes.
Il nuovo studio è importante proprio perché i ricercatori non si sono limitati a rilevarle. Hanno dimostrato che contengono informazioni abbastanza coerenti da poter essere utilizzate come sorgenti per la tomografia sismica del sottosuolo.
| Dato dello studio | Risultato |
|---|---|
| Durata dei dati analizzati | Circa 2,5 anni |
| Thunderquakes selezionati | 458 |
| Sistema di rilevamento | Fibra ottica con tecnologia DAS |
| Lunghezza del cavo utilizzato | Circa 2,5 miglia, poco più di 4 km |
| Profondità raggiunta dalla ricostruzione | Circa 100 metri |
| Ambiente studiato | Area urbana con sottosuolo carsico |
| Risultato principale | Individuate zone deboli precedentemente non rilevate |
Come può un tuono mostrarci cosa c’è sottoterra?
Il principio è simile a quello utilizzato da altre tecniche di imaging sismico.
Le onde non attraversano tutti i materiali nello stesso modo. Rocce compatte, sedimenti, zone fratturate o ricche d’acqua modificano la velocità e il comportamento delle onde sismiche.
Se si riesce a misurare con sufficiente precisione come queste onde viaggiano, è possibile risalire alle proprietà del materiale che hanno attraversato.
È un po’ quello che accade in una tomografia medica: non osserviamo direttamente l’interno del corpo, ma ricostruiamo una struttura analizzando come un segnale la attraversa.
Nel caso dei thunderquakes, la sorgente del segnale non è però una macchina. È il temporale stesso.
I ricercatori hanno identificato onde di Rayleigh generate dall’accoppiamento tra l’onda acustica atmosferica del tuono e il terreno. Analizzando la loro dispersione hanno ricostruito la velocità delle onde di taglio nel sottosuolo fino a circa 100 metri.
La parte sorprendente è che il sensore era già sotto terra
Per ottenere queste misure il gruppo della Pennsylvania State University non ha installato migliaia di sismometri.
Ha utilizzato un normale cavo per telecomunicazioni in fibra ottica già presente sotto il campus di University Park.
La tecnologia impiegata si chiama Distributed Acoustic Sensing, o DAS.
Un impulso laser viene inviato lungo la fibra ottica. Piccolissime quantità di luce vengono naturalmente riflesse verso la sorgente dalle microscopiche irregolarità del vetro.
Quando il terreno vibra, anche la fibra subisce deformazioni estremamente piccole. Analizzando come cambia la luce riflessa, il sistema può misurare quelle deformazioni in moltissimi punti lungo il cavo.
Penn State spiega che il sistema utilizzato poteva effettuare centinaia di misurazioni al secondo ogni pochi metri di fibra. Un singolo cavo lungo chilometri diventa così una fitta successione di sensori.
È lo stesso principio generale che rende sempre più interessante l’impiego delle reti in fibra ottica per osservare terremoti e altri fenomeni geologici. Anche l’INGV ha sperimentato sistemi DAS sulla fibra ottica per monitorare l’attività dell’Etna.
Perché sono serviti 458 thunderquakes
Un singolo tuono non permette automaticamente di creare una mappa dettagliata del sottosuolo.
Il problema è che una sorgente naturale è molto meno controllabile rispetto a un dispositivo progettato appositamente per generare onde sismiche.
I ricercatori hanno quindi analizzato 2,5 anni di registrazioni continue, individuando 458 thunderquakes ad alta affidabilità e confrontandoli con i dati sui fulmini per confermarne l’origine.
Le registrazioni sono state poi elaborate con tecniche di interferometria, stacking e modellazione numerica.
Combinando moltissimi eventi, il rumore casuale può essere ridotto mentre i segnali che si ripetono in maniera coerente emergono con maggiore chiarezza.
È questo passaggio che ha permesso di trasformare centinaia di tuoni in una sorgente abbastanza affidabile da costruire una vera immagine tomografica.
Cosa hanno trovato sotto il campus
L’esperimento è stato effettuato in un’area caratterizzata da geologia carsica.
I terreni carsici sono particolarmente interessanti perché le rocce solubili, soprattutto quelle calcaree, possono sviluppare nel tempo fratture, zone alterate e cavità.
La ricostruzione ottenuta attraverso i thunderquakes ha mostrato diverse zone deboli che non erano state precedentemente individuate.
Questo da solo non sarebbe sufficiente a dimostrare che la tecnica funziona.
Il gruppo ha quindi confrontato i risultati con altre fonti indipendenti, tra cui registri di perforazioni, indagini ingegneristiche e misurazioni della deformazione superficiale effettuate mediante radar interferometrico satellitare.
Alcune delle anomalie individuate attraverso i tuoni coincidevano con zone nelle quali era stata osservata anche una deformazione della superficie.
È uno degli aspetti che rendono il lavoro più interessante: la mappa non ha semplicemente prodotto strutture teoriche, ma ha trovato corrispondenze con misurazioni indipendenti.
Perché usare i tuoni se possiamo creare artificialmente le onde sismiche?
Per studiare il sottosuolo esistono già tecnologie molto più controllabili.
In alcuni casi vengono utilizzati terremoti naturali. In altri i geologi generano intenzionalmente vibrazioni attraverso apparecchiature specifiche.
Un esempio interessante è proprio quello utilizzato per studiare Yellowstone. Su Tech iCrewPlay abbiamo raccontato come un camion Vibroseis sia stato utilizzato per leggere ciò che si trova sotto il supervulcano di Yellowstone.
Questi sistemi funzionano bene, ma richiedono mezzi, personale, autorizzazioni e accesso all’area da analizzare.
I thunderquakes offrono una possibilità diversa.
Il temporale fornisce gratuitamente la sorgente energetica e la fibra ottica può essere già presente sotto le strade.
Secondo Penn State, questo potrebbe risultare utile soprattutto nelle regioni con poca attività sismica, nelle città nelle quali sarebbe complicato utilizzare sorgenti artificiali e perfino in aree difficili da raggiungere.
Non significa che i thunderquakes sostituiranno le tecniche tradizionali. Potrebbero invece diventare una sorgente aggiuntiva di dati, soprattutto dove gli strumenti convenzionali sono costosi o poco pratici.
A cosa potrebbe servire questa tecnica
Il valore della ricerca non riguarda soltanto la curiosità di “vedere” sotto un temporale.
La tomografia delle parti più superficiali della crosta può essere utile in numerosi contesti.
Tra quelli citati dai ricercatori ci sono:
- individuazione e studio di sinkhole e zone soggette a cedimenti;
- analisi di aree esposte a frane;
- studio delle falde acquifere;
- valutazione di risorse minerarie;
- caratterizzazione del terreno in zone urbanizzate;
- studio di vulcani e sistemi magmatici.
La profondità di circa 100 metri raggiunta nell’esperimento è particolarmente interessante per le infrastrutture, perché è proprio nei primi strati del terreno che si concentrano fondazioni, gallerie, tubazioni e molte delle strutture che interessano direttamente le città. Penn State sottolinea inoltre che l’utilizzo di fibre già installate potrebbe ridurre la necessità di modificare l’ambiente o le infrastrutture esistenti.
I thunderquakes possono prevedere voragini o frane?
Non ancora, e lo studio non dimostra questo.
È importante distinguere la capacità di ottenere un’immagine del sottosuolo dalla capacità di prevedere quando avverrà un cedimento.
I ricercatori hanno dimostrato che i thunderquakes possono aiutare a individuare differenze nella struttura del terreno e zone con caratteristiche anomale.
Una zona debole, però, non implica automaticamente che si formerà una voragine o che avverrà una frana.
Per arrivare a sistemi di monitoraggio operativo sarà necessario capire quanto il metodo sia ripetibile in ambienti differenti e se possa rilevare cambiamenti significativi nel tempo.
Funzionerebbe durante qualsiasi temporale?
No.
L’esperimento mostra una prova di principio molto promettente, ma esistono numerose variabili.
La qualità delle informazioni dipende dalla posizione del temporale, dall’intensità dei tuoni, dalla geometria della fibra ottica, dal tipo di terreno, dalla qualità del segnale e dalla quantità di eventi disponibili.
Inoltre il test è stato realizzato in un preciso ambiente urbano e carsico.
Serviranno altre sperimentazioni per stabilire con quale precisione la tecnica possa funzionare su terreni completamente differenti e quali siano le condizioni meteorologiche necessarie per ottenere dati utili.
La stessa Penn State descrive il prossimo obiettivo in modo molto chiaro: capire se sia possibile estendere il metodo e pensare su scala maggiore.
Il prossimo passo potrebbe portarci anche fuori dalla Terra
La ricerca contiene anche una conseguenza più lontana dalle applicazioni terrestri.
Comprendere come un’onda atmosferica trasferisce energia alla superficie può essere utile per studiare l’interazione tra atmosfera e terreno su altri corpi del Sistema Solare.
Tieyuan Zhu e Nolan Roth osservano che i terremoti su altri pianeti e lune sono ancora poco conosciuti e che, in futuro, sorgenti sismiche alternative potrebbero diventare preziose.
Per ora si tratta di una prospettiva, non di una tecnologia pronta per una missione spaziale.
Ma mostra quanto sia insolita l’idea alla base dello studio: qualcosa che sulla Terra consideriamo semplicemente il rumore di un temporale potrebbe contenere informazioni sulla struttura di una superficie planetaria.
Quindi il tuono può realmente mostrarci cosa c’è sottoterra?
Sì, ma non come una fotografia.
Lo studio pubblicato su Science Advances dimostra che le onde generate dai tuoni possono essere rilevate attraverso cavi in fibra ottica e utilizzate per ricostruire le variazioni delle proprietà sismiche del terreno fino a circa 100 metri di profondità.
Il risultato è una mappa geofisica, non un’immagine nella quale possiamo vedere direttamente una grotta, una tubatura o una falda.
È però sufficiente per riconoscere strutture e zone che si comportano in modo differente dal materiale circostante.
Ed è forse questo l’aspetto più curioso della ricerca: il temporale fornisce l’energia, una fibra nata per trasportare Internet ascolta le vibrazioni e quelle vibrazioni raccontano cosa accade decine di metri sotto i nostri piedi.
La ricerca originale è consultabile nello studio pubblicato su Science Advances, mentre Penn State ha pubblicato una spiegazione del metodo e delle sue possibili applicazioni.
