Eruzione solare in corso: rischiamo un blackout?

Nel passato, alcune eruzioni solari hanno avuto effetti tangibili a terra danneggiando sistemi di distribuzione dell’energia elettrica, impianti militari, satelliti, sistemi di navigazione, condotte idriche. In che modo questo può avvenire?

di Roberta Tozzi, Igino Coco, Paola De Michelis, Fabio Giannattasio

Il Sole è una stella viva e, di tanto in tanto, si esibisce in manifestazioni piuttosto evidenti della sua attività, alcune delle quali possono produrre fenomeni visibili anche a terra. Tra questi, i più noti sono certamente le aurore, che si osservano alle alte latitudini. Ci sono però altri fenomeni, meno noti ma non per questo meno importanti, come le correnti geomagneticamente indotte, o brevemente GIC (dall’inglese Geomagnetically Induced Current). Queste correnti elettriche possono, in rari casi, danneggiare alcuni elementi degli impianti di distribuzione dell’energia elettrica dando luogo a lunghi ed estesi blackout.

Come hanno origine le GIC?

Il Sole emette continuamente un flusso di particelle cariche, il vento solare. Il vento solare deforma il campo magnetico posseduto dalla Terra confinandolo in una cavità detta magnetosfera. Talvolta, sul Sole avvengono vere e proprie eruzioni solari: enormi quantità di particelle sono espulse nello spazio circostante ad altissima velocità. Il materiale espulso dal Sole viaggia nello spazio interplanetario e, arrivando in prossimità della Terra, interagisce col campo magnetico terrestre.

Questa interazione consiste sia in una sorta di compressione della magnetosfera, sia nell’ingresso di una porzione delle particelle cariche emesse dal Sole all’interno della magnetosfera, dove rimangono intrappolate. Tali particelle, muovendosi, danno luogo a correnti elettriche che generano intense e rapide variazioni del campo magnetico terrestre (note come tempeste e sottotempeste geomagnetiche).

A loro volta, le variazioni di campo magnetico inducono nella crosta terrestre, che è conduttiva, delle correnti elettriche: le GIC, appunto. Infatti, ogni qualvolta un corpo conduttore si trovi immerso in un campo magnetico che varia nel tempo o che si trovi in moto in uno spazio in cui sia presente un campo magnetico, si generano delle correnti elettriche indotte.

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Una espulsione di massa coronale dal Sole si dirige verso la Terra e interagisce con il campo magnetico terrestre, l’area in viola rappresenta la magnetosfera. Credits: Nasa

In che modo le GIC possono causare dei blackout?

I trasformatori del sistema di distribuzione dell’energia elettrica sono collegati a terra; ciò che accade è che le GIC, fluendo dentro i trasformatori, possono determinarne il surriscaldamento fino alla rottura e dunque alla interruzione della distribuzione della corrente elettrica.

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Trasformatori della rete di distribuzione elettrica del Sud Africa, danneggiati a seguito della tempesta magnetica dell’Ottobre 2003. Credits: Eskom, Makhosi, T., G. Coetzee.
Che impatto possono avere le GIC?

L’intensità delle GIC è legata alla intensità della tempesta geomagnetica che le ha prodotte. Tempeste geomagnetiche estreme possono addirittura provocare dei blackout su aree estese. Il caso più eclatante è stato sicuramente il blackout avvenuto nella regione canadese del Quebec nel 1989, quando milioni di persone rimasero al buio per giorni in seguito a una forte tempesta geomagnetica che causò la rottura di alcuni trasformatori nevralgici per il funzionamento dell’intera rete.

Fortunatamente, la ricorrenza di “supertempeste” non è molto alta, parliamo di una ogni diverse decine di anni, dunque la probabilità che si verifichino danni estesi e permanenti ai sistemi di distribuzione dell’energia elettrica è abbastanza bassa. Inoltre, sebbene nel mondo nessuna regione possa considerarsi esente dal rischio di danni dovuti alle GIC, i paesi più a rischio sono certamente quelli situati a latitudini superiori a circa 55°.

Oltre al sistema di distribuzione dell’energia elettrica, altre strutture vulnerabili sono le linee ferroviarie e le tubazioni metalliche interrate quali gli oleodotti e i gasdotti e in generale tutte le strutture metalliche lunghe e posizionate in prossimità del terreno.

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Le correnti geomagneticamente indotte. Credits: R. Tozzi, INGV
Come proteggersi?

Il primo passo è acquisire consapevolezza del rischio. Per proteggersi dagli effetti delle GIC sulle reti elettriche si procede su due strade parallele. Da un lato c’è la ricerca scientifica che dedica moltissimi sforzi allo sviluppo di metodi per la previsione dell’instaurarsi di GIC potenzialmente dannose. Dall’altro c’è sicuramente una buona manutenzione degli apparati della rete di distribuzione elettrica e l’utilizzo di alcuni dispositivi in grado di limitare il flusso di correnti “parassite” in ingresso ai trasformatori.

In che modo l’INGV si occupa delle GIC?

Allo scopo di acquisire consapevolezza del rischio, di recente è stata fatta una stima preliminare del rischio di possibili danneggiamenti/malfunzionamenti a cui la rete elettrica nazionale potrebbe andare incontro, in seguito all’instaurarsi delle GIC. Analizzando circa 20 anni di dati degli osservatori magnetici gestiti dall’INGV è stato calcolato un indice di rischio di GIC. Ne è emerso che, nell’intervallo di tempo considerato, solo una tempesta geomagnetica, quella del 29 ottobre 2003, ha prodotto un livello di rischio considerato “moderato”, che equivale a una probabilità del 35 – 65 % che si verifichino danni o malfunzionamenti sulla rete. Alle nostre latitudini, ci si aspetta che solo gli eventi estremi, cioè tempeste magnetiche d’intensità straordinaria, possano provocare GIC potenzialmente dannose ma la probabilità che eventi di tale intensità si verifichino, come già detto, è estremamente bassa.

Lo studio effettuato, comunque, è da considerarsi preliminare poiché numerosi ulteriori fattori vanno valutati più in dettaglio quali, per esempio:

  • gli effetti della conducibilità elettrica del suolo, soprattutto nelle regioni costiere, dove la presenza del mare può intensificare il rischio di GIC;
  • le caratteristiche tecniche specifiche della rete italiana, il suo stato di usura e le protezioni già operanti nelle cabine di snodo;
  • lo storico dei guasti occorsi alla rete in funzione dell’attività magnetica, necessario per poter meglio calibrare l’indice di rischio.

Questo studio è stato reso possibile dalla disponibilità di un esteso e continuo database di misure magnetiche eseguite presso gli osservatori di L’Aquila e Castello Tesino (TN), evidenziando dunque l’importanza del mantenimento delle preziose infrastrutture che sono gli osservatori geomagnetici. A oggi, sul territorio italiano, l’INGV ne gestisce tre, da Nord a Sud: Castello Tesino (TN), Duronia (CB), Lampedusa (AG).


Approfondimenti

  1. In “Le Scienze”, Il ritorno della grande aurora.
  2. Space Weather Prediction Center, National Oceanic and Atmospheric Administration (USA), Education and Outreach
  3. Tozzi R., Coco I., De Michelis P., Giannattasio F., 2018. Latitudinal dependence of geomagnetically induced currents during geomagnetic storms
  4. Tozzi R., De Michelis P., Coco I., Giannattasio F., 2019. A Preliminary risk assessment of geomagnetically induced currents over the Italian territory
  5. Comunicato stampa INGV