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Il procedimento usato da EMusic per estrarre il suono della Terra, si basa su un metodo geofisico (TEM ovvero ElettroMagnetismo nel dominio del Tempo), da tanti anni adottato dai geologi per la ricerca nel sottosuolo di risorse idriche e minerarie. Tramite esso è possibile ricostruire la stratigrafia del terreno, senza ricorrere a perforazioni o scavi, utilizzando come parametro fisico diagnostico la resistività elettrica.

Ogni roccia è caratterizzata da un particolare valore di resistività: i calcari e le lave sono più resistive (ovvero lasciano passare più difficilmente la corrente elettrica), mentre le argille e i depositi saturi di acque salate sono decisamente meno resistivi. Quindi, in base a come varia la resistività elettrica lungo la verticale dell’area indagata, possiamo ricostruire la sequenza dei vari strati geologici, sino a profondità di centinaia di metri.

Per capire come è strutturata una traccia musicale ricavata da un sondaggio TEM, che sta alla base di un concerto E-Mago, è necessario capire il funzionamento dello strumento che registra i dati geofisici. Innanzitutto si distende sul terreno un cavo elettrico (di dimensioni variabili da pochi a centinaia di metri, a seconda della profondità di esplorazione richiesta) dentro il quale immettiamo una corrente elettrica di intensità variabile da 2 ad oltre 20 Ampere. Il periodo di tempo durante il quale circola questa corrente, viene chiamato On-time e dura pochissimi millesimi di secondo (Fig. 1). Ad esso segue un egual periodo durante il quale la corrente viene azzerata (Off-time).

Fig.1

E’ proprio durante questo secondo tratto (sempre di durata nell’ordine di pochi millisecondi) che viene registrata la risposta del terreno (Fig. 2), in forma di scarica di voltaggio (chiamato transiente).

Fig. 2

Questo segnale che tende ad attenuarsi molto rapidamente è dovuto alla propagazione di correnti elettriche nel sottosuolo, che scendono in profondità più o meno rapidamente, a seconda della resistività delle rocce attraversate: più sono resistive e più il segnale va veloce. Allo stesso tempo la potenza del segnale sarà massima quando vengono attraversate rocce meno resistive e viceversa. Questo significa che il transiente registrato sopra un’argilla mostrerà valori di voltaggio più alti rispetto a quello su di un calcare.

Il transiente viene campionato tramite una serie di canali di acquisizione (“gates”), che si aprono a tempi via via maggiori, indagando così zone sempre più profonde, visto che col passare del tempo le correnti indotte penetrano sempre più. Siccome il segnale si attenua con la profondità, è necessario allungare progressivamente le finestre di ricezione di ciascun gate (Fig. 2), così da aumentare la capacità di “ascolto” dello strumento. E’ come se uno volesse captare la musica suonata da una banda che ci passa sotto casa: all’inizio, quando sta proprio sotto la nostra camera (ovvero quando il segnale proviene dagli strati più superficiali), è sufficiente tenere aperta la finestra (l’analogia è tutt’altro che casuale !) per poco tempo, perché il suono è ben distinto. Man mano che la banda si allontana (ovvero man mano che il segnale scende in profondità), siamo costretti a tenere aperta la nostra finestra per più tempo, perché iniziamo ad avere difficoltà a distinguere la musica.

Tenendo a mente quanto detto, è ora chiaro come vengono definiti i due parametri che descrivono la sonificazione dei dati elettromagnetici: altezza e tempi di attacco delle note musicali.

La prima è direttamente proporzionale al valore di voltaggio del transiente, e quindi è legata alla resistività delle rocce: poiché il segnale è minore per le rocce resistive, ne consegue che queste saranno caratterizzate da suoni più gravi. In una tastiera del pianoforte, ci troveremmo sul lato prevalentemente sinistro. Al contrario, terreni argillosi produrranno suoni più acuti, prevalentemente sul lato destro della tastiera. In tutto questo però avremo sempre e comunque note via via più basse in altezza, visto che il transiente deve necessariamente attenuarsi col passare del tempo. Cambierà invece la nota di inizio che sarà più acuta se siamo su un deposito argilloso, e più bassa se su un rilievo calcareo. E ancora: se le argille sono molto spesse, le note tenderanno a raggrupparsi nella parte destra della tastiera, per cui la traccia musicale tende a svilupparsi tutta sulle note alte, mentre se, in profondità il segnale intercetta un basamento calcareo, ecco che iniziamo a registrare note separate da intervalli ampi, tanto che in poco tempo ci troviamo nella parte sinistra della tastiera, con repentini salti di ottave.

L’attenuazione del segnale con la profondità è reso poi più intuitivo dalla progressiva diminuzione del volume delle note.

Il secondo parametro, i tempi di attacco delle note, ricalcano fedelmente la posizione dei gates di ricezione dello strumento. E’ però necessario applicare preventivamente una dilatazione dei tempi, altrimenti il brano musicale si esaurirebbe nel giro di pochi millisecondi.

La Fig. 3 mostra un esempio di conversione dati, ricavati da un sondaggio TEM realizzato appena fuori le mura del centro storico de L’Aquila, per l’Università degli studi della Basilicata.

Fig. 3

A sinistra è riportato il transiente e le note associate a ciascuna finestra di ricezione. A destra le stesse note sono state distribuite alle profondità relative, che abbiamo potuto stimare mediante complessi calcoli.

E’ evidente il valore didattico della sonificazione: prima di tutto le note tendono via via verso toni sempre più bassi, concordemente con la diminuzione del voltaggio (questo al netto di un effetto “eco” che è stato introdotto per rendere più musicale la sonificazione).

L’attacco poi delle varie note segue fedelmente la posizione dei gates di ricezione dello strumento, dopo aver applicato una dilatazione di 100 mila volte, cosicché l’ultimo gate utile è posto a circa 610 secondi, corrispondenti in realtà a 6,1 millisecondi.

Il brano inizia con un suono dato dall’impulso che energizza il terreno (Fig. 1), al quale non è associato alcun valore specifico di voltaggio=frequenza sonora. Dopodiché iniziano ad arrivare i segnali relativi al transiente, con il La# che è stato suonato tra 35 e 44 secondi. Poi viene il Sol che è stato registrato tra 44 e 56 secondi, e via via tutte le altre note. Si riporta una tabella che mostra la corrispondenza tra tempi dei gates, note e profondità:

Possiamo poi associare i vari strati geologici alle varie note: tutta la prima parte si riferisce ad un pacco limoso-sabbioso, per poi raggiungere uno strato più argilloso (intorno ad 1 min e 40 sec) e, alla penultima nota (ad oltre 8 minuti), il basamento conglomeratico a 230 m di profondità. Tutti i depositi posti sopra quest’ultimo sono quelli che hanno subito l’amplificazione sismica, determinando gli effetti più devastanti del terremoto.

Praticamente abbiamo fatto un viaggio nel sottosuolo a cavallo delle correnti indotte dalle onde elettromagnetiche!