Anno strano quest’ultimo vissuto, dove tutto si è fermato e quel poco che ci è stato concesso fare sembra essersi concentrato, fin troppo limitatamente vicino a noi. La 12VG però, come al solito, non ha mancato di farci credere in nuove sfide e di spronarci nella riscoperta di un enorme patrimonio storico.
OSSERVAZIONE DELLE TERMO-OSCILLAZIONI DI MAREA
L’idea nasce dalla necessità di risolvere alcune criticità in merito ad un progetto da me presentato poco tempo fa. In seguito alle osservazioni esposte da soci esperti e competenti mi sono convinto che si debba procedere in modo sistematico alla semplificazione di alcuni aspetti; in generale ridimensionare il progetto e poi affrontarlo a piccoli passi.
La prima tra tutte le criticità, che già avevo identificato come un problema nella stesura del progetto, era la scelta della strumentazione adatta. Nello specifico ero alla ricerca di un barometro datalogger che mi consentisse delle buone performance in termini di risoluzione (senza perdere eccessivamente in accuratezza) con elevate frequenze di campionamento, e ciò comporta in generale delle notevoli differenze di costo rispetto ad altimetri e datalogger facilmente reperibili in commercio.
Dopo una lunga ricerca (nella quale mi sono ritrovato a interagire con rivenditori poco disponibili) ho deciso di autocostruirmelo, idea decisamente arrogante e supponente ma credo che almeno in parte i risultati ottenuti mi abbiano ricompensato e dato ragione. Ciò presenta non solo problemi in termini di assemblaggio, ma di base invalida qualsiasi risultato nel momento in cui si decida per una pubblicazione ufficiale, poiché lo strumento una volta completo dovrebbe come minimo ottenere una certificazione da parte di un istituto metrologico accreditato. Purtroppo laddove i fondi scarseggiano non è facile trovare altre alternative.
Pertanto quello che andrò ad illustrarvi di seguito sarà da considerarsi, sfortunatamente, alla stregua di una chiacchierata.
Sono riuscito a scovare a prezzi contenuti un buon sensore di pressione dell’lnfineon (DPS310) e ad interfacciarlo ad un modulo Arduino compatibile, in seguito ho aggiunto uno “shield SD” per la scrittura dei dati su una memoria SD. Il funzionamento è semplicissimo: il sensore fornisce dati di pressione e temperatura inviandoli attraverso un bus I2C al microcontrollore che a sua volta apre e compila un file “.csv” che viene salvato tramite comunicazione SPI sulla scheda SD (questo viene poi continuamente aggiornato con i nuovi dati).
Il sensore può essere configurato con 8 differenti livelli crescenti di risoluzione, questo permette di decidere, in base al fenomeno da osservare, se sia meglio giocare sulla risoluzione o sul numero di misure effettuate in un determinato arco di tempo (maggiore risoluzione porta alla necessità d’avere un tempo maggiore tra una misura e l’altra). Nell’attuale configurazione, ovvero al massimo della risoluzione possibile, il sensore è capace di risolvere differenze altimetriche anche di 5 cm (circa 0,6 Pa o 0,006 mbar).
Una volta costruito e programmato il primo prototipo si rendeva necessario testare le sue potenzialità: una prima taratura dello strumento poteva venir fatta in grotta Gigante confrontando la lettura della centralina metereologica con quelle del sensore, ma vista l’applicazione futura volevo prima identificare ed in seguito analizzare componenti spettrali di specifici segnali di pressione, ovvero variazioni periodiche della pressione atmosferica al fine di comprendere se il tutto potesse funzionare o meno. Dall’imbeccata di un socio in merito ad un’attività di studio ben strutturata sulle maree atmosferiche portata avanti da Andrea Bussani, e pubblicata anche su “Atti e memorie”, nasce l’idea di testarlo proprio con questo tipo di fenomeno. Non entrerò nello specifico del fenomeno, anche se meriterebbe farlo perché estremamente affascinante, comunque per figuralo meglio lo si può intendere come l’equivalente delle maree marine ossia variazioni periodiche del livello del mare che avvengono però sull’atmosfera. Realmente queste originano da un piccolissimo contributo dovuto all’attrazione gravitazionale sole/luna (questo in relazione alla minore densità dell’aria rispetto all’acqua) e dal ben più cospicuo riscaldamento dell’atmosfera da parte del sole (termo-oscillazioni di marea).
Queste oscillazioni si propagano in tutto il mondo ed hanno un periodo di 12 ore circa (perché in realtà il fenomeno si presenta con un insieme di componenti spettrali) e vista la nostra latitudine sono anche d’ampiezza limitata rispetto a quella che avremmo all’equatore; siamo nell’ordine di qualche decina di Pascal per le componenti più ampie.
Quindi in questo caso l’elevata frequenza di campionamento non serviva a nulla, avrebbe solo aggiunto “rumore” in alta frequenza allo spettro e limitato l’autonomia del datalogger (la testerò in seguito), pertanto la prova effettuata è stata eseguita con un periodo di campionamento di 150 secondi.
Il grafico (fig. e) indica l’elaborazione dei dati grezzi ottenuti dal sensore, una rappresentazione matematicamente poco pulita (prometto che mi applicherò di più anche in tal senso) dello spettro del segnale osservato dal 13 al 28 Gennaio 2021 ed ottenuto con la trasformata di Fourier veloce (FFT – Fast Fourier Transformation). Per i meno avvezzi allo studio di segnali periodici questo grafico risulterà di difficile comprensione (ed invece i più competenti in materia inorridiranno), pertanto cercherò di spiegarvelo rapidamente: generalmente si è soliti figurarsi grafici con variazioni nel tempo come rappresentazioni di una grandezza fisica rappresentata nel dominio del tempo, ma in realtà in casi come questo l’analisi nel dominio della frequenza risulta più comoda e decisamente più leggibile. Ogni segnale può essere visto come la somma di n segnali sinusoidali a frequenze differenti, pertanto con la FFT siamo in grado di vedere e riconoscere il peso delle singole componenti sul segnale osservato.
Per concludere, conscio dei limiti della mia rappresentazione matematica e della mancata certificazione del sensore, posso tuttavia dire d’aver osservato il fenomeno delle termo-oscillazioni di marea anche alla grotta di Padriciano posizionando il sensore ad un quota di -52 m dal piano di campagna e all’incirca ad un centinaio di metri dall’ingresso. Nel grafico sono evidenziate le componenti principali relative al fenomeno delle maree atmosferiche ovvero le 12, 8, 6 e 4 ore.
Oggi grazie al contributo dei miei colleghi (di lavoro) Stefano Venica, Alex D’Este ed Eric Stabile (a lui mia personale menzione speciale), che si sono rivelati inestimabili per l’apporto tecnico e la disponibilità nell’aiu-tarmi, stiamo lavorando al secondo prototipo che, qualora risultasse valido, ci interesseremo eventualmente a far certificare e rendere poi disponibile come progetto low-cost (<30 €) ed open source per chi desiderasse cimentarsi in imprese simili alla nostra.
Igor Ardetti