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Rumori EM origine Naturale e Antropica

Caratterizzazione dell'ambiente elettromagnetico

Di Cesidio Bianchi e Antonio Meloni

2. Introduzione

Le sorgenti del rumore elettromagnetico di origine naturale esistono sin dalle origini dell’universo e, pertanto, dall’origine la vita sulla Terra si è sviluppata ed evoluta in un “mare” di rumore elettromagnetico. Il rumore elettromagnetico naturale, per esempio, è stato sempre presente e forse, in piccola parte, ha influenzato l’evoluzione dei sistemi viventi. Capire come il rumore elettromagnetico di fondo si genera e si propaga e come interagisce con il sistema vivente può contribuire ad una maggiore conoscenza sui segreti della vita sulla terra.
Nel presente lavoro prendiamo in considerazione le diverse bande di frequenza, iniziando dalle più basse frequenze che le cavità ionosferica e magnetosferica possono sostenere, fino al rumore elettromagnetico di origine galattica ed artificiale nella banda delle microonde. A seconda della frequenza, il rumore naturale all’interno della cavità magnetosferica nasce da fenomeni di interazione onda particella che si esercitano ai vari livelli nella magnetosfera. All’interno della cavità ionosferica il rumore atmosferico viene originato dall’emissione di scariche elettriche naturali che producono diversi ed interessanti fenomeni di propagazione.
Le tecnologie umane, che sono state realizzate per la distribuzione dell’energia e per le comunicazioni, sono le cause non naturali che danno il maggior contributo al rumore elettromagnetico artificiale. Altre cause del rumore artificiale sono i sistemi d’accensione degli autoveicoli, i processi termici industriali e gli strumenti per le applicazioni medicali e scientifiche. Il rumore elettromagnetico è distribuito, anche se non in modo uniforme, in tutte le bande di frequenza. Nella banda VLF-HF il rumore atmosferico è maggiore del rumore artificiale nell’ordine di qualche decina di dB nelle aree rurali ed è comparabile al rumore artificiale anche nelle aree industrializzate. A più alte frequenze il rumore elettromagnetico originato nell’atmosfera diviene meno importante ed il rumore cosmico è prevalente fino alla lunghezza d’onda millimetrica. In generale il rumore artificiale si concentra in particolari frequenze in corrispondenza delle frequenze di utilizzo dei dispositivi tecnologici.
Entrambi, sia il rumore artificiale che quello naturale, possono influenzare in diversi modi i sistemi viventi. L’esposizione del sistema biologico al campo elettromagnetico induce le correnti elettriche e le cariche superficiali e del campo all’interfaccia dei mezzi elettricamente differenti e, con l’aumento delle frequenza, gli effetti termici sono molto più evidenti. A livello fisico-matematico questo comportamento viene descritto dalle equazioni di Maxwell. Pertanto, se le proprietà elettriche dei sistemi biologici esposti sono conosciute, è possibile stabilire come essi interagiscono coi campi elettromagnetici. Un sistema biologico è praticamente trasparente al campo magnetico statico, la vita sulla Terra si è sviluppata in un ambiente dove è presente un campo magnetico naturale che va dai 20 ai 70 μT. Campi magnetici variabili nel tempo interagiscono con i sistemi viventi in funzione della lunghezza d’onda e delle dimensioni fisiche del sistema considerato. Campi elettrici statici o lentamente variabili nel tempo, all’interno del sistema biologico riducono la loro intensità di diversi ordini di grandezza. Le membrane cellulari hanno un ruolo chiave nel proteggere i sistemi biologici esposti agli ampi campi elettrici, da quello statico fino alla banda ELF. Le onde elettromagnetiche a più alta frequenza interagiscono con le molecole dell’acqua polare che generalmente costituisce una ampia frazione dei sistemi viventi. Le membrane cellulari conferiscono ai sistemi biologici peculiari proprietà elettriche specialmente alle più basse frequenze. Aumentando la frequenza decresce la permettività dielettrica ed il campo elettrico interno è paragonabile al campo esterno. A frequenze più elevate prevalgono soprattutto gli effetti termici. La caratterizzazione delle onde radio di origine naturale ed artificiale ci permette di stabilire anche come hanno interagito i sistemi biologici con i campi elettromagnetici. Attualmente è importante la caratterizzazione del rumore di origine artificiale per comprendere come la vita può essere influenzata da questi nuovi contributi che ormai, in certi ambiti, superano il rumore di origine naturale nell’ambiente (figura 1).

FIGURA 1 Rappresentazione pittorica del rumore elettromagnetico naturale e artificiale Rappresentazione pittorica del rumore elettromagnetico naturale e artificiale
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