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Monitoraggio dei Campi EM Naturali

Nelle bande ULF-ELF-VLF-LF (0.001 Hz - 100 kHz)

Di Paolo Palangio

5. Rumore elettromagnetico di fondo

Nella banda di frequenze che si estende da un millesimo di ciclo al secondo fino a 100000 cicli al secondo si manifestano una grande varietà di fenomeni elettromagnetici naturali che hanno accompagnato l'umanità attraverso i millenni. Per milioni di anni queste radiazioni non hanno subito apprezzabili cambiamenti; tutti gli esseri viventi sono comparsi e si sono evoluti in presenza di questa radiazione di fondo. Soltanto nel secolo scorso le emissioni artificiali hanno iniziato a sommarsi a questo fondo elettromagnetico.
Il fondo elettromagnetico naturale, osservabile in qualunque punto della superficie terrestre, è dato dalla sovrapposizione di una quantità di segnali prodotti da un numero enorme di sorgenti distribuite nella cavità Terra-ionosfera, nella magnetosfera, nella ionosfera e all'interno della Terra. Questo fondo permea lo spazio compreso tra la superficie terrestre e la ionosfera interagendo in maniera complessa con le due superfici che limitano la cavità. Alcuni di questi segnali sono:

  1. modi di oscillazione libera delle cavità magnetosferica (0.001 Hz – 0.01 Hz);
  2. modi di risonanza della cavità alfvenica (0.1 Hz 10 Hz);
  3. modi di risonanza longitudinale della cavità Terra-ionosfera (6 Hz – 50 Hz);
  4. fenomeni risonanza onda-particella trasversale (risonanza ciclotronica) e longitudinale (risonanza Cerenkov, 1 kHz – 20 kHz);
  5. emissioni legate a processi vari di instabilità nel plasma magnetosferico e ionosferico (0.001Hz – 100 kHz);
  6. segnali elettromagnetici associati al transito di meteore nell'atmosfera (300 Hz – 30 kHz);
  7. emissioni associate a impulsi radio di origine atmosferica (1 kHz – 100 kHz);
  8. emissioni che accompagnano gli impulsi gamma atmosferici (6 kHz – 50 kHz);
  9. emissioni dovute a “sprite”, “blue jet”, “red flash” ecc. nell'alta atmosfera (2 kHz – 60 kHz);
  10. emissioni secondarie generate da onde magnetoidrodinamiche prodotte all'interno della magnetosfera, eccitate da transienti EM artificiali e naturali (10 Hz – 20 kHz);
  11. emissioni prodotte dalle esplosioni nucleari (200 Hz – 10000 Hz);
  12. emissioni associate a fenomeni tettonici e vulcanici (0.001 Hz – 1000 Hz);
  13. segnali di risonanza trasversale della cavità Terra-ionosfera (800 Hz – 5000 Hz).

Nel corso dell'ultimo secolo si è avuta una proliferazione caotica dei segnali elettromagnetici artificiali in cui siamo immersi quotidianamente e il cui impatto sull'ecosistema non è ancora stato chiarito ed è oggetto di indagine da diversi anni. Negli ultimi decenni è andata sempre più aumentando la popolazione esposta stabilmente all'azione di campi elettromagnetici artificiali che, nelle aree intensamente urbanizzate e industrializzate, possono essere molto più intensi dei campi naturali. Le principali sorgenti artificiali, la cui banda di frequenze si sovrappone a quella dei segnali naturali, sono le linee ferroviarie, i sistemi metropolitani di trasporto su rotaie (metro, tram, filobus) gli impianti di distribuzione dell'energia elettrica, gli impianti industriali, ecc.. Queste sorgenti, per la loro estensione spaziale, interessano vaste aree intensamente popolate. Poi ci sono i sistemi locali di piccola estensione spaziale i cui effetti sono limitati alle aree domestiche; questi sono rappresentati da quella quantità di oggetti tecnologici di uso quotidiano diffusi oramai su scala continentale.
Il rumore elettromagnetico di fondo si è arricchito di questi segnali artificiali al punto da coprire una parte dei segnali naturali. Discriminare le sorgenti naturali diventa un problema che in alcuni casi è di una complessità insuperabile. La scelta dei siti di misura richiede quindi una preventiva conoscenza del livello di fondo artificiale locale attraverso una campagna di prospezione effettuata sul territorio.
Il rumore di fondo naturale misurato sulla superficie terrestre è dominato dal fondo atmosferico prodotto dall'insieme delle scariche elettriche che hanno luogo sull'intera superficie terrestre al ritmo di circa 60-100 al secondo con una estensione spettrale vastissima, da qualche Hz fino a diversi MHz con un massimo intorno a 300 kHz. Lo spettro intrinseco di ciascun evento viene deformato dalla presenza della cavità Terra-ionosfera, in pratica si osservano diverse finestre spettrali, la prima con un massimo intorno a 8 Hz con le relative armoniche che giungono fino a 45 Hz (risonanza Schumann), la seconda nella banda 900 Hz 5000 Hz (risonanza trasversale), la terza nella banda centrata tra 5 kHz e 12 kHz e altre meno significative per i nostri obiettivi, come quella HF e ottica, in quanto cadono al di fuori della banda di indagine. Se si prende in considerazione una singola scarica atmosferica, lo spettro osservato dipende soprattutto dalla distanza sorgente-osservatore. Da vicino ciò che si osserva è lo “spettro – sorgente”, da lontano si osserva il prodotto di convoluzione della “funzione – sorgente” con la funzione di trasferimento della cavità Terra – ionosfera. Mentre il primo osservatore vede un massimo intorno a 300 kHz, il secondo lo vede intorno a 7 kHz.

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