Fibra ottica sui ghiacciai, la nuova frontiera del monitoraggio dei pericoli naturali
I cavi in fibra ottica che usiamo per navigare su Internet e telefonare potrebbero aiutare a prevedere una frana o il crollo di un ghiacciaio. Progetti di ricerca in Svizzera aprono nuove possibilità nel monitoraggio dei pericoli naturali.
Il crollo del ghiacciaio del Birch nelle Alpi svizzere, lo scorso 28 maggio, ha fatto notizia in tutto il mondo. Un’enorme frana di ghiaccio, fango e detriti ha sepolto il villaggio di Blatten, precedentemente evacuato, in quello che è stato uno dei peggiori disastri naturali della storia svizzera recente.
Eventi di questo tipo sono rari. Tuttavia, potrebbero essere più frequenti di quanto si pensi, secondo uno studioCollegamento esterno che ha analizzato le cause di precedenti crolli di ghiacciai nelle Ande, nel Caucaso e in altre regioni montane del pianeta. Non è possibile affermare dove potrebbero verificarsi, ma alcune condizioni come la pendenza della superficie del ghiacciaio possono aiutare a fare previsioni per una regione specifica, secondo lo studio.
Le frane di ghiaccio e rocce possono avere origini diverse, spesso riconducibili alle condizioni geologiche e alla topografia del territorio. Il cambiamento climatico può però accrescere la probabilità di un crollo: l’aumento delle temperature accelera lo scioglimento del ghiaccio, favorisce la formazione di crepe nei ghiacciai e rende i versanti delle montagne più instabili.
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Questo porta alla necessità di monitorare con più attenzione le zone a rischio per proteggere villaggi e infrastrutture dai pericoli naturali. Immagini satellitari, telecamere e radar consentono di osservare l’evoluzione e il movimento dei ghiacciai, come è stato il caso a Blatten. Tuttavia, queste tecnologie forniscono informazioni limitate su ciò che accade al loro interno.
Ricercatori e ricercatrici in Svizzera e in altri Stati montani come l’Alaska pensano di aver trovato una soluzione: usare i cavi in fibra ottica per rilevare micro-vibrazioni nel ghiacciaio e potenziali segnali precursori di instabilità.
La fibra ottica ci permette di rilevare eventi sismici estremamente lievi, che altre tecnologie non riuscirebbero a misurare, afferma a Swissinfo Thomas Hudson, sismologo del Politecnico federale di Zurigo (ETHZ).
“Potrebbe contribuire a perfezionare i sistemi di monitoraggio dei ghiacciai”, sostiene Hudson, che di recente, ha presentato i risultati della sua sperimentazione su un ghiacciaio svizzero alla Società Sismologica AmericanaCollegamento esterno.
Fibra ottica su un ghiacciaio alpino
Nel 2023 il gruppo di ricerca dell’ETHZ ha installato 1,2 chilometri di cavi in fibra ottica sul ghiacciaio del GornerCollegamento esterno, in Svizzera. A questi è stato collegato un dispositivo, chiamato interrogatore, che invia impulsi laser attraverso la fibra.
Le onde sismiche nel ghiacciaio allungano o comprimono la fibra ottica e gli impulsi ritornano alterati. Questo metodo, noto come Distributed Acoustic Sensing (DAS), trasforma la fibra ottica in una striscia di centinaia di sensori sismici.
Alcuni segnali sismici (o criosismi) sono generati dalle fessure che si formano nel ghiacciaio. Queste spaccature possono compromettere la stabilità del ghiacciaio perché consentono all’acqua di scioglimento di infiltrarsi in profondità. Il rischio di cedimenti aumenta e il movimento verso valle del ghiacciaio accelera.
>> Guarda le immagini del crollo del ghiacciaio del Birch in Svizzera (28 maggio 2025):
Una tecnologia per monitorare ghiacciai interi
Thomas Hudson ha registrato fino a un migliaio di onde sismiche al giorno nel ghiacciaio. Non conosce ancora l’esatto significato di questa attività sismica e non può affermare se si tratti di un’anomalia in grado di innescare un crollo. Ma in futuro, queste vibrazioni potrebbero fornire indicazioni sui cambiamenti all’interno del ghiaccio.
“Un improvviso aumento dell’attività sismica potrebbe preannunciare un crollo imminente”, dice Hudson.
Con la fibra ottica si ottengono anche informazioni sulla struttura e sulla composizione del ghiaccio. Il vantaggio rispetto a sensori sismici tradizionali, che sono collocati in punti specifici, è la possibilità di monitorare superfici molto più vaste grazie alla relativa facilità di installazione, afferma Fabian Walter, esperto di movimenti di massa presso l’Istituto federale di ricerca per la foresta, la neve e il paesaggio (WSL).
Questa tecnologia permetterebbe di monitorare interi ghiacciai, anche in zone difficilmente accessibili, secondo Walter, tra i primi ricercatori a testare l’uso della fibra ottica su un ghiacciaio. Nel 2019 aveva identificato nuovi tipi di onde sismiche nel ghiacciaio del RodanoCollegamento esterno, sempre in Svizzera.
Andreas Max Kääb, professore di geografia fisica e idrologia all’Università di Oslo e autore dello studio sui crolli di ghiacciaiCollegamento esterno menzionato all’inizio dell’articolo, considera questo approccio promettente. “È un’idea sicuramente valida. L’accelerazione delle pareti rocciose o dei ghiacciai è spesso accompagnata da un aumento delle vibrazioni”, afferma in una e-mail a Swissinfo.
Il passo successivo, prosegue, sarà interpretare correttamente i segnali registrati attraverso le fibre ottiche. “Ma non ho dubbi che le fibre ottiche saranno in grado, almeno in alcuni casi, di fornire informazioni cruciali sui processi invisibili che sono alla base dell’accelerazione del movimento dei ghiacciai”, dice Max Kääb.
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Scienza e tecnologia
Terremoti, valanghe e colate detritiche
Il rilevamento dell’attività sismica tramite la fibra ottica non è una novità. La tecnologia DAS è utilizzata da tempo nei cavi in fibra ottica sottomarini per localizzare i terremoti oceanici e le attività vulcaniche. È però solo negli ultimi anni che il suo impiego è stato esteso ad altri pericoli naturali e in questo senso “la Svizzera è tra i Paesi pionieri”, sostiene Fabian Walter.
Nel 2022 la fibra ottica è stata usata per la prima volta per rilevare delle valanghe di neve in SvizzeraCollegamento esterno. La fibra ottica ha anche permesso di misurare i piccoli distacchi di roccia che hanno preceduto la grande franaCollegamento esterno caduta nei pressi del villaggio di Brienz, nei Grigioni, nel 2023.
La ricerca, in Svizzera e in altri Paesi, si focalizza in particolare sul monitoraggio delle colate detritiche, uno dei pericoli naturali più diffusi e potenzialmente più catastrofici del pianeta.
L’aspetto interessante, osserva Walter, è che i cavi in fibra ottica per le telecomunicazioni sono già presenti nel sottosuolo lungo strade, ferrovie e in prossimità di alcune infrastrutture. Nel mondo si estendono su una lunghezza complessiva di circa quattro miliardi di chilometriCollegamento esterno.
Sarebbe sufficiente connettere un interrogatore DAS all’estremità di un filamento inutilizzato o dark fiber (un cavo di fibre ottiche contiene numerosi filamenti, ma non tutti sono operativi). Il dispositivo invierebbe impulsi laser attraverso l’intera lunghezza della fibra, trasformandola in un sistema di monitoraggio che si estende su decine di chilometri.
A differenza di un radar, che pur essendo preciso sorveglia soltanto una parte della montagna, i cavi in fibra ottica possono rilevare movimenti di materiale lungo l’intera valle. Questo li rende particolarmente utili in zone dove non è ancora stata individuata una specifica area ad alto rischio.
“Le nostre esperienze dimostrano che basta che la fibra ottica si trovi entro un chilometro dal versante instabile”, dice Walter.
Una tecnologia adatta per i Paesi in via di sviluppo
La sfida attuale è sviluppare un algoritmo basato sull’intelligenza artificiale in grado di riconoscere automaticamente i segnali rilevanti per distinguere, ad esempio, il movimento di una roccia da quello di un animale, dice Walter.
Se il sistema rileva un movimento considerevole, come quello che potrebbe portare a una frana o a un crollo di un ghiacciaio, può lanciare un allarme tempestivo, dando alle persone il tempo di reagire prima che si verifichi un disastro, afferma Madhubhashitha Herath della Uva Wellassa University, in Sri Lanka, autore di un’analisi sull’impiego della fibra ottica nel monitoraggio dei pericoli naturali.Collegamento esterno
Il cavo in fibra ottica in sé è relativamente a buon mercato e comporta bassi costi operativi e di manutenzione, dice Herath. “Questo rende la tecnologia adatta sia ai Paesi sviluppati che a quelli in via di sviluppo”, afferma in una e-mail a Swissinfo.
Monitorare i ghiacciai più pericolosi con la fibra ottica
Thomas Hudson dell’ETHZ è convinto che in futuro si potranno srotolare chilometri di fibre ottiche sui ghiacciai più instabili. “Basterebbe coprire il fronte dei ghiacciai sospesi, cioè la parte più esposta al rischio di crollo”.
Il sistema dovrà però essere calibrato in modo diverso per ogni singolo ghiacciaio, perché “ogni ghiacciaio è unico”, dice Hudson. “Qual è il numero critico di fratture oltre il quale un crollo diventa probabile? Ancora non lo sappiamo”, sottolinea.
La fibra ottica andrebbe a completare l’insieme delle tecnologie di monitoraggio esistenti, come le immagini satellitari e i dispositivi radar. “Combinando le osservazioni dei cambiamenti in superficie con quelle in profondità potremo migliorare il monitoraggio dei ghiacciai più pericolosi”, secondo Hudson.
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A cura di Gabe Bullard/vdv
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