Un perfetto strumento per lo studio sismico: l’elefante

Il titolo di questo articolo potrebbe sembrare una battuta, anche di cattivo gusto, ma in realtà è basato su un vero e proprio fondamento scientifico. Da parecchi anni viene studiata la capacità comunicativa degli elefanti, numerose pubblicazioni hanno accertato che questi grandi mammiferi riescono a comunicare  fra loro a distanze anche superiori a 50 km. Come ci riescono? E questo cosa c’entra con i terremoti? Questa connessione è balzata all’occhio degli scienziati dopo il grande terremoto di Sumatra del 2004, il cui tsunami causò più di 230.000 morti. Tutte vittime umane, poiché gli elefanti si misero in salvo in tempo dalla devastante onda di maremoto. Come ci riuscirono?

Registrazione acustica e sismica di un vocalizzo di elefante asiatico, (O’Connell et al., 2000)

L’immagine sopra mostra una registrazione, acustica e sismica, di un vocalizzo di un tipico elefante asiatico. Si può notare come la frequenza fondamentale si attesti su valori inferiori a 20 Hz, quindi un valore basso. Queste particolari emissioni a bassa frequenza, si uniscono con il suolo generando un tipo di onde molto utilizzato nello studio sismico: le onde di Rayleigh. Tali onde rientrano nel campo delle onde superficiali e sono generate, nel caso di un terremoto, dalla riflessione delle onde di volume P e S nel del terreno. Una particella investita da un’onda di Rayleigh si muove in piani verticali contenenti la direzione di propagazione dell’onda, seguendo un movimento ellittico retrogrado.  Quindi gli elefanti comunicano grazie alle onde sismiche, che possono ovviamente produrre anche sfruttando il loro peso con il calpestio, come mostra l’immagine seguente.

Differenze fra onde provocate nel suolo tra umano ed elefante, (O’Connel & Rodwell, 2007)

Non a caso gli elefanti molte volte per avvertire i loro simili, o per estranei, fingono delle cariche sbattendo con violenza i loro piedi sul suolo. La comunicazione attraverso onde sismiche inoltre è molto più stabile, perché non è influenzata da componenti esterne atmosferiche come ad esempio il vento e la temperatura. Ma come riescono gli elefanti a percepire le informazioni? Come codificano queste onde che viaggiano attraverso il suolo? Noi umani studiamo le onde sismiche attraverso i sismografi e sismometri nel caso di terremoti, oppure attraverso i geofoni nel caso in cui si stia eseguendo una prospezione geofisica volta a investigare le proprietà del sottosuolo, come mostra la seguente immagine.

Esempio di acquisizione di profilo geofisico (immagine da www.enviroscan.com) 

Utilizziamo perciò degli strumenti molto sofisticati che ci aiutano a comprendere la dinamica delle onde che si propagano nel suolo, ma tutto ciò, probabilmente, non sarà mai sofisticato come la zampa d’elefante! Le grandi zampe degli elefanti sono dei rilevatori naturali di onde sismiche eccellenti!  L’anatomia della zampa dell’elefante mostra come due recettori sensoriali, corpuscoli di Pacini e corpuscoli di Meissner, siano di fondamentale importanza per il grande mammifero.

Recettori sensoriali nella zampa dell’elefante (O’Connel & Rodwell, 2007)

Studi recenti hanno dimostrato come i corpuscoli di Pacini negli elefanti (foto seguente), siano sensibili a frequenze molto più basse rispetto agli stessi recettori nel corpo umano. Gli elefanti quindi si ritrovano con due recettori, Pacini e Meissner, in grado di analizzare un ampio range di frequenze, soprattutto le basse frequenze ed essere quindi in grado di “leggere” le onde di Rayleigh.

Immagine al microscopio di una zampa di elefante. Il punto P rappresenta i corpuscoli di Pacini (Rasmussen & Munger, 1996)

Una grande differenza con gli strumenti umani è data dal fatto che l’elefante non è “fisso”: possiede quattro zampe e quindi quattro sensori che l’animale orienta a suo piacimento, a seconda di dove voglia dirigere la sua attenzione. La conseguenza logica di questo è che la risoluzione spaziale dell’elefante sia molto maggiore di un normale strumento da noi utilizzato. Inoltre alcune pubblicazioni hanno sottolineato come questo “sensore” naturale degli elefanti sia in grado di risolvere i moti browniani, qualità che nessun rilevatore di manifattura umana possiede. In conclusione si può affermare che questi grandi mammiferi possiedono naturalmente un ottimo strumento per lo studio e l’analisi delle onde sismiche. Nel 2004, nel Sud-Est asiatico gli elefanti percepirono l’arrivo delle onde di Rayleigh generate dal terremoto molto prima dell’arrivo dello tsunami e si sono messi in salvo scappando verso l’interno e avvisando i loro simili sempre attraverso le onde di Rayleigh. Scapparono verso l’entroterra, in direzione opposta all’arrivo delle onde sismiche prima e del maremoto poi, perchè avevano percepito una minaccia proveniente da tale direzione. In poche parole per lo studio sui terremoti, dobbiamo riuscire a costruire una zampa di elefante artificiale perfettamente identica a quelle naturali, oppure convincere qualche elefantino ad iscriversi ad un corso di laurea in geofisica ed aiutarci con il loro sapere.

Giulio Torri

Riferimenti Bibliografici:

– Garstang, M. (2004) Long – distance, low-frequency elephant communication. J. Comp Physiol A 190:791-805ù

– Makous JC, Friedman RM, Vierck CJ. A Critical band filter in touch. J Neurosci 1995;15:2808–2818

– O’Connell‑Rodwell, C. E. Keeping an “ear” to the ground: seismic communication in elephants. Physiology (Bethesda) 22, 287–294 (2007).

– O’Connell-Rodwell, C. E., B. Arnason, and L. A. Hart. 2000. Exploring the possibility of low-frequency seismic communication in elephants and other large mammals. American Zoologist 40: 1154–1155.

– Rasmussen, L. E. L. & Munger, B. L. 1996. The sensorineural specializations of the trunk tip (finger) of the Asian elephant, Elephos maximus. Anatomical Record, 246, 127 – 134.

 

Fonte : http://www.unimeteo.org/2013/08/01/un-perfetto-strumento-per-lo-studio-sismico-lelefante/

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