Archivio News - 2024

Come previsto, l'iniezione ha innescato un alto livello di microsismicità: il nostro flusso di lavoro di monitoraggio in tempo reale ha rilevato diverse migliaia di piccoli terremoti. I due eventi più grandi hanno raggiunto una magnitudine di circa -1,0. Ciò equivale a quando le rocce si rompono in un'area di un metro di diametro e si spostano fino a 1 millimetro.
L'esperimento è stato condotto secondo un protocollo precedentemente studiato. Con il nuovo sistema di controllo remoto, l'intero esperimento e il monitoraggio hanno potuto essere condotti da una sala di controllo del Politecnico di Zurigo e dal Barracke vicino all'ingresso del tunnel di Ronco, senza che nessuno si trovasse nel tunnel.
Ora il team è impegnato nell'analisi del ricco set di dati e nella preparazione dei prossimi esperimenti che si terranno a novembre e dicembre 2024.

Questo approccio aiuterà a determinare se le caratteristiche di sismicità rimangono coerenti o differiscono dall'esperimento precedente, che prevedeva diversi giorni di precondizionamento dell'ammasso roccioso a pressioni intermedie (15 MPa).
I rischi potenziali associati a questi esperimenti sono considerati bassi. Tuttavia, sono state implementate misure di sicurezza, tra cui circuiti di pompaggio controllati a distanza che consentono di condurre gli esperimenti senza la presenza di personale nel tunnel. Inoltre, soglie predefinite per la magnitudo e il movimento del terreno faranno scattare l'arresto dell'iniezione per evitare che si verifichino moti nel suolo pericolosi.

Due sistemi di monitoraggio in tempo reale, basati sul framework SeisComP, monitorano sia la sismicità di fondo che gli esperimenti di iniezione, utilizzando una gamma di sensori con frequenze di campionamento variabili. Le fasi standard di elaborazione dei dati  includono il picking automatico, l'associazione automatica delle fasi, la localizzazione dell'evento, la stima della magnitudo, la rilocalizzazione tramite doppie differenze e la rilevazione di terremoti tramite correlazione delle forme d'onda, facilitando nuovi metodi nella sismologia.

Link al documento:

Maria Mesimeri, Luca Scarabello, Eric Zimmermann, Thomas Haag, Emil Zylis, Linus Villiger, Philipp Kaestli, Men-Andrin Meier, Antonio Pio Rinaldi, Anne Obermann, Marian Hertrich, John Clinton, Domenico Giardini, Stefan Wiemer; Multiscale Seismic Monitoring in the Bedretto Underground Laboratory for Geosciences and Geoenergies (BULGG). Seismological Research Letters 2024; doi: https://doi.org/10.1785/0220240128

Il granito presenta quattro principali classi di strutture di deformazione, indicando una sequenza di zone di taglio fragili e duttili. Questi risultati sono cruciali per i progetti attuali e futuri al BedrettoLab, poiché mostrano che il quadro strutturale del granito di Rotondo è definito principalmente da antiche faglie e fratture fragili, piuttosto che solo da zone di taglio duttili. Comprendere questa complessa storia di deformazione fornisce importanti spunti per la nostra ricerca e per i progetti che mirano alla riattivazione delle zone di faglia.

Link al documento:

Ceccato, A., Behr, W. M., Zappone, A. S., Tavazzani, L., & Giuliani, A. (2024). Structural evolution, exhumation rates, and rheology of the European crust during Alpine collision: Constraints from the Rotondo granite—Gotthard nappe. Tectonics, 43, e2023TC008219. https://doi.org/10.1029/2023TC008219

Finora non sono state offerte al pubblico molte possibilità di visitare questa infrastruttura di ricerca unica nel suo genere. Grazie alla collaborazione con il vicino Museo Sasso San Gottardo, quest’anno sarà possibile accedere al BedrettoLab nelle seguenti date:

• Sabato 20 luglio 2024
• Sabato 3 agosto 2024
• Sabato 28 settembre 2024
• I tour iniziano a ogni data: 11.00, 12.00, 14.00, 15.00

In ciascuna di queste giornate saranno proposte quattro visite guidate in lingua tedesca e italiana. Gli interessati possono consultare online le fasce orarie riservate per la rispettiva lingua. Le visite guidate possono essere prenotate da subito sul sito web del Museo Sasso San Gottardo (www.sasso-sangottardo.ch/bedrettolab) al costo di 25 franchi a persona.

Che cosa comprende la visita guidata?

La visita dura circa due ore, si effettua a piedi e comprende un percorso di circa 4,5 chilometri. Di conseguenza i partecipanti devono essere in grado di camminare per tale distanza su un terreno accidentato. Il BedrettoLab ospita un connubio di geologia e ricerca: le guide del Museo Sasso San Gottardo condurranno visitatrici e visitatori attraverso la galleria nella roccia nuda in cui è situato il BedrettoLab, mostrando e spiegando vari fenomeni geologici altrimenti difficili da identificare. Visitatrici e visitatori avranno inoltre l’opportunità di accedere all’ambiente di test sperimentale sulla geotermia del BedrettoLab per conoscere le attività di ricerca attualmente condotte dall’ETH di Zurigo.

Link diretto per l’acquisto dei biglietti: www.sasso-sangottardo.ch/bedrettolab

Ulteriori informazioni sulle visite guidate: www.bedrettolab.ethz.ch/en/about/visit/

Alle Infos auf Deutsch: www.bedrettolab.ethz.ch/en/about/visit/public-visits-info-DE/

Inoltre, le sue analisi degli esperimenti di stimolazione idraulica suggeriscono il taglio idraulico delle fratture preesistenti come probabile meccanismo di riattivazione. I dati relativi alla pressione e alla portata e la loro interpretazione saranno utili per la futura integrazione e interpretazione dei dati di monitoraggio della sismicità, della deformazione e della pressione, nonché per il miglioramento dei modelli numerici per le stimolazioni idrauliche.

Per la sua tesi di dottorato, Kai si è avvalso di una vasta esperienza acquisita nel BedrettoLab, dove aveva già completato la sua tesi di Master su "Stress in-situ e caratterizzazione dell'ammasso roccioso tramite prove di mini-frammentazione presso il BedrettoLab".

Oltre al suo eccellente lavoro scientifico, Kai ha partecipato alla creazione e allo sviluppo del BedrettoLab fin dall'inizio. Noi, l'intero team del BedrettoLab, ci congratuliamo con lui per il completamento della sua tesi di dottorato e siamo felici che continui il suo lavoro nel BedrettoLab come ricercatore post-dottorato presso il Centro di Idrogeologia e Geotermia dell'Università di Neuchâtel.

Per ulteriori approfondimenti, accedi qui alla tesi di dottorato di Kai intitolata "From stress field heterogeneity to hydraulic stimulation mechanisms: Insights from a hectometer-scale fractured rock mass".

In un terremoto di questa entità la roccia si sposta lungo un piano di circa 1-2 millimetri su un'area di circa 5 per 5 metri. Questa rottura dura solo un millisecondo e irradia onde sismiche che i nostri sensibili sistemi di monitoraggio sono progettati per catturare. Le onde sono troppo deboli per essere percepite in superficie.
Il team di sismologia utilizza queste registrazioni dettagliate di un evento così piccolo per studiare i processi fisici che si verificano durante un terremoto. Una migliore comprensione di questi processi può portare in futuro a miglioramenti nella mitigazione e nella gestione del rischio sismico. Inoltre contribuisce a migliorare la gestione della sismicità indotta legata ai progetti di energia geotermica profonda. Attualmente il team sta analizzando e modellando i dati raccolti e preparando la prossima iniezione a lungo termine prevista per l'autunno.

Negli esperimenti passati, il maggiore tra i microterremoti osservati ha toccato una magnitudo pari a -2: nel prossimo test M0 il team punta a raggiungere una magnitudo pari circa a 0. Un evento di questo tipo avrebbe un’ampiezza circa 100 volte maggiore e rilascerebbe approssimativamente 1000 volte più energia rispetto a un terremoto di magnitudo -2. Tale sisma produrrebbe una frattura di circa un centimetro su un’area di circa due metri per due, consentendoci di studiare dove e quando un microterremoto del genere ha origine, in che modo avviene la rottura e quando si ferma. Per fare un confronto, un terremoto naturale di magnitudo 6 con un tempo di ritorno in Svizzera compreso tra i 50 e i 150 anni produce una frattura di un metro su un’area di dieci chilometri per dieci, rilasciando circa un miliardo di volte più energia.

Eventi di magnitudo 0 si sono già verificati naturalmente nelle vicinanze della galleria; tali microterremoti rimangono ad ogni modo da 100 a 1000 volte troppo piccoli per essere percepiti dalla popolazione della Val Bedretto a una distanza di diversi chilometri. La probabilità di eventi indotti di maggiore entità che potrebbero essere rilevati nella valle rimane estremamente bassa. Ad ogni modo, anche microterremoti di magnitudo compresa tra 0 e 1 possono essere percepiti a una distanza fino a qualche decina di metri. Al fine di escludere anche il minimo rischio per le persone che si trovano nella galleria, gli esperimenti non solo saranno monitorati con estrema attenzione, ma per la prima volta saranno anche completamente controllati a distanza. Durante l'iniezione principale non sarà ammessa la presenza di nessuna persona nella galleria. La possibilità di sfruttare il controllo remoto acquisirà un’importanza ancora maggiore in una fase successiva del progetto FEAR, quando si punterà a interessare aree di 10 metri. 

Durante la parte principale dell’esperimento, per sette giorni circa 20 membri del team del BedrettoLab lavoreranno con la massima concentrazione con turni estesi sulle 24 ore. Il loro compito primario sarà monitorare in tempo reale la pressione, la portata, la deformazione e il comportamento della sismicità. Anche la risposta geobiologica e geochimica del giacimento sarà tenuta sotto stretto controllo, per esempio per rilevare possibili precursori di fratture notevoli. Come già per i test precedenti, l’esperimento sarà regolato da due sistemi semaforici: se le vibrazioni osservate o la magnitudo supereranno soglie predefinite, l’esperimento sarà interrotto immediatamente e sarà avviato lo spurgo; gli esperimenti condotti in passato hanno evidenziato che così facendo la sismicità diminuirà nettamente in un tempo compreso tra qualche minuto e qualche ora.

Il consorzio del progetto è composto da scienziati del BedrettoLab, del gruppo Geothermal Energy and Geofluids dall’ETH di Zurigo, da ricercatori della SUPSI e da esperti del settore dell'Azienda Elettrica Ticinese (AET) e di Geo-Energie Suisse (GES).

BEACH svolgerà un ruolo chiave nell'affrontare le sfide della transizione energetica svizzera, dimostrando una nuova tecnologia per l'immagazzinamento e il recupero di energia nel sottosuolo. Con lo spostamento della rete energetica verso le energie rinnovabili, come l'energia eolica o solare, le fasi stagionali del surplus di domanda energetica richiedono una soluzione efficiente e sostenibile per l'accumulo di energia. Mentre l'immagazzinamento di energia termica in sedimenti non consolidati (ad esempio nei Paesi Bassi) è ben affermato, l'immagazzinamento di calore nelle rocce dure e fratturate più comuni in Svizzera rimane in gran parte inesplorato. Il progetto BEACH esplorerà il cosiddetto accumulo di energia termica fratturata nella limitata permeabilità delle rocce cristalline del BedrettoLab.

Per dimostrarne la fattibilità, l'acqua calda (30-70 °C) sarà iniettata nelle fratture esistenti, dove sarà immagazzinata e mantenuta calda dalla roccia circostante fino a quando non sarà nuovamente recuperata. In uno scenario di implementazione reale, il calore potrebbe essere convertito in energia o utilizzato per il teleriscaldamento.

I test sono accompagnati da un monitoraggio completo in tempo reale e da simulazioni numeriche per ottimizzare il sistema di energia geotermica. In ultima analisi, la tecnologia sarà proposta a livello cantonale e nazionale per siti su scala reale che saranno realizzati da partner industriali come parte aggiuntiva del progetto. Un serbatoio su scala reale in roccia cristallina potrebbe essere realizzato in prossimità di infrastrutture con un elevato eccesso e/o domanda di energia, come le aree industriali, a profondità comprese tra 1 e 3 chilometri.

Maren Brehme del Politecnico di Zurigo è a capo del progetto BEACH, premiato con un fondo di 2,96 milioni di CHF. La comunità di Bedretto e il Canton Ticino sostengono il progetto di diffusione della tecnologia a livello nazionale.

Di cosa si occupa la tua ricerca al BedrettoLab?

Il mio percorso di ricerca presso il BedrettoLab ha avuto inizio nel 2020. In generale, nel mio campo non è facile avere accesso agli «ecosistemi profondi». Il fatto di essere così vicina al BedrettoLab e di avere la possibilità quasi permanente di accedervi è quindi un’opportunità eccellente. All’inizio volevamo solo scoprire che cosa c’era nei pozzi e nell’acqua che scorre attraverso le diverse fratture. Abbiamo iniziato a prelevare diversi campioni di acqua per farci un’idea della sua origine e delle sue proprietà chimiche. Il nostro obiettivo era identificare le fonti di energia nell’acqua o sulla superficie rocciosa in grado di nutrire i microorganismi. Tra queste si annoverano ad esempio CO₂ o azoto, rintracciabili in quantità diverse in tutto il tunnel.

Una volta avuta un’idea più precisa su cosa c’era, abbiamo iniziato anche a esaminare gli effetti delle stimolazioni idrauliche sul microbioma, ossia sui microrganismi esistenti in un particolare ambiente. Durante le stimolazioni abbiamo osservato dei cambiamenti nelle proprietà chimiche dell’acqua e nelle popolazioni microbiche . Al momento ci stiamo occupando di un pozzo di monitoraggio geobiologico e «osserviamo» proprietà chimiche e biologia sul lungo periodo con diversi sistemi di misurazione permanente. In questo pozzo effettuiamo vari esperimenti per avere una migliore comprensione delle modalità con cui sopravvivono e si evolvono i microrganismi nel BedrettoLab.

Abbiamo anche installato stazioni di monitoraggio aggiuntive per scoprire se nel sistema sussistono variazioni stagionali o associate all’esperimento. L’intero progetto è stato battezzato «DELOS», acronimo di «Deep Life Observatory» (Osservatorio della vita in profondità), un tributo all’isola greca di Delo in cui è vietato morire. I microrganismi che proliferano nel DELOS di Bedretto si sono rifiutati di morire, pur vivendo a centinaia o migliaia di metri di distanza dal Sole e dalla superficie.

Quali strumenti e metodi utilizzate?

Di solito il mio team si presenta nella galleria armato di secchi e molte bottiglie. Utilizziamo questi recipienti per prelevare campioni di acqua direttamente dai pozzi o da una sorgente situata in qualche punto del tunnel. Dopodiché li riportiamo nel nostro laboratorio qui presso l’ETH di Zurigo e li analizziamo: osserviamo al microscopio le gocce d’acqua, effettuiamo analisi chimiche o, se identifichiamo microrganismi interessanti, proviamo a coltivarli e a sequenziarne il DNA. Dal momento che raccogliamo grandi quantità di dati sull’ecosistema DELOS nel suo complesso, ci avvaliamo anche di tecnologie di machine learning per combinare questi dati con le analisi del DNA. Gli algoritmi dell’apprendimento automatico ci aiutano a identificare degli schemi e, in ultima analisi, anche delle correlazioni tra l’ambiente o i cambiamenti che vi sono occorsi e hanno comportato delle mutazioni nei microrganismi, ad esempio batteri, e la presenza di determinate forme di vita.

Avete fatto delle scoperte sorprendenti nel corso delle ricerche nel BedrettoLab?

Abbiamo trovato una grande popolazione di una serie di ultramicrobatteri estremamente interessanti, caratterizzati da genomi estremamente piccoli rispetto alle forme di vita complesse come le piante: sono tra le più piccole forme di vita presenti sulla Terra. Quindi ci chiediamo perché questi batteri si ritrovino proprio qui, di cosa abbiano bisogno per sopravvivere e da dove abbiano origine.

Durante le stimolazioni idrauliche abbiamo anche scoperto un cambiamento nelle proprietà chimiche dell’acqua che molto probabilmente deriva dalle nuove fratture create nella roccia. In altre parole, quando la roccia si spezza, si innesca una reazione nella quale le molecole d’acqua si dividono e si liberano idrogeno e ossigeno. Ne risulta un liquido altamente reattivo che offre energia per la potenziale vita. Ci chiediamo se forse le prime forme di vita sulla Terra abbiano sfruttato una fonte di energia di questo genere.

Con il «Center for Origin and Prevalence of Life» (Istituto di studi sull’origine e la prevalenza della vita) hai anche volto lo sguardo ad altri pianeti e alla possibilità di vita extraterrestre. Qual è il legame tra la tua ricerca e la vita su altri pianeti?

La reazione che ho descritto prima, in cui silicati come il granito del Rotondo reagiscono con l’acqua producendo energia biochimica, è abbastanza generica. In altre parole, potrebbe avere luogo anche nel sottosuolo di altri pianeti e alimentare ecosistemi alternativi. Questo percorso di reazione rende più plausibile la presenza di vita extraterrestre, ad esempio su Marte.