Inge Lehmann, una vita per la geofisica

Inge Lehmann è stata la prima donna della geofisica. Diventò famosa per la scoperta della suddivisione del nucleo della Terra e per il lavoro sul mantello superiore.

di Maria di Nezza

La geofisica danese Inge Lehmann non è stata solo la scienziata più longeva della storia ma anche la prima sismologa. Inoltre è stata la prima a svelare come è suddiviso il centro della Terra studiando la velocità di propagazione delle onde sismiche generate dai terremoti. Come risultato di questa importante scoperta si cominciò a studiare il nostro Pianeta in modo completamente diverso.

Oggi sappiamo che il nucleo interno è vitale nella teoria del geomagnetismo. Il suo lento accrescimento, come conseguenza del raffreddamento secolare della Terra, è il motore della geodinamo. Infatti il nucleo interno sembra giocare un ruolo importante nel generare il campo magnetico terrestre. Il nucleo interno aziona la dinamo nel nucleo esterno liquido influenzando così la convezione e quindi generando lo “scudo naturale” del Pianeta.

Sebbene l’identificazione del nucleo interno sia stata probabilmente la più straordinaria delle scoperte di Lehmann, Inge ha goduto di una lunga e illustre carriera in sismologia, rimanendo attiva anche durante il suo lungo pensionamento.

Eppure la sua unica esperienza con un terremoto avvenne all’età di 15 o 16 anni, vent’anni prima di diventare sismologa. Sarà proprio Inge a raccontare questo avvenimento nel suo ultimo lavoro “Seismology in the Days of Old”, scritto e pubblicato all’età di 99 anni.

L’attività in Europa

Inge Lehmann è nota per essere stata la prima donna geofisica.
Ereditò l’amore per la matematica dal padre e pertanto concretizzò questa passione all’Università di Copenaghen dove si laureò nel 1920. Si appassionò alla geologia e nel 1925 divenne assistente del professore di geodesia Niels Erik Nörlund.

Nörlund, direttore dal 1928 del neonato Istituto Geodetico Danese (Geodætisk Institut) le affidò l’installazione degli osservatori sismografici in Danimarca e Groenlandia. Successivamente Inge gestì, come direttrice, il nuovo Dipartimento di Sismologia presso l’Istituto geodetico danese e mantenne l’incarico fino all’anno del suo pensionamento, avvenuto nel 1953.
Nell’estate del 1927 studiò sismologia ad Amburgo sotto Beno Gutenberg. Nel maggio dell’anno successivo, conseguì il “magisterkonferens”, equivalente a un Master, in geodesia presso l’Università di Copenaghen, la seconda persona del paese.
All’indomani del terremoto avvenuto in Danimarca il 31 ottobre 1930, Inge iniziò ad interessarsi ai terremoti storici danesi. Pubblicò così nel 1956 il primo catalogo dei terremoti riconosciuti dal 1073 nel paese.
Solo lo scoppiare della Seconda Guerra Mondiale rallentò la sua attività di ricerca.
Nel 1951 ricoprì l’incarico di primo presidente del European Seismological Federation. Nell’anno successivo la federazione è confluita  nella neo nata European Seismological Commission (ESC) voluta fortemente dalla stessa ricercatrice. Infatti la Lehmann credeva nell’importanza della collaborazione internazionale nel campo della sismologia in Europa. Partecipò a numerose conferenze, come quella tenutasi al Vaticano nel novembre del 1951, dove dimostrò la relazione tra tempeste microsismiche e cicloni, come sperimentato in Groenlandia.

Il periodo statunitense

Negli Stati Uniti conseguì il dottorato honoris causa in scienze nel 1964 presso la Columbia University di New York e dall’Università di Copenaghen nel 1968. La sua ultima pubblicazione scientifica “Seismology in the Days of Old” è del 1987 quando Inge aveva 99 anni.
Morì a Copenaghen il 21 febbraio nel 1993 all’età di 104 anni avendo dedicato una vita intera alla scienza e ricerca.

La scoperta del nucleo interno

Alla fine del XIX secolo, i sismologi capirono che era possibile usare le onde generate dai terremoti per avere informazioni sull’interno della Terra. In modo molto simile a una radiografia.

Nel 1914 il sismologo Gutenberg usò questo metodo per scoprire che a una profondità di circa 2900 km, sotto la superficie terrestre, il mantello solido lascia il posto a un nucleo semiliquido.
Lehmann divenne famosa anche perché sosteneva che i sismogrammi di un gruppo di stazioni sarebbero dovuti essere letti dalla stessa persona. Ciò garantiva l’identificazione della stessa fase nelle diverse stazioni.
Lehmann analizzò i sismogrammi delle stazioni da lei installate in Europa, riferiti al terremoto avvenuto in Nuova Zelanda il 17 giugno nel 1929. In particolare studiò l’arrivo delle onde P, quelle più veloci e le prime ad essere rilevate da una stazione sismica. Rilevò alcune anomalie nella propagazione delle onde all’interno della Terra e formulò l’ipotesi secondo cui, lungo il cammino, le onde P incontrino qualcosa che ne modifica velocità e traiettoria. Successivamente nel 1936 pubblicò l’articolo intitolato semplicemente P’ dove attribuì tale anomalie alla presenza di un nucleo interno circondato da quello esterno.
Beno Gutenberg e Charles Richter (1938) nonché Harold Jeffreys (1939), i sismologi più importanti del tempo, in pochi anni riconobbero questa interpretazione.

La superficie che delimita le due porzioni del nucleo, posta a circa 5150 km all’interno della Terra, è nota oggi come “discontinuità di Lehmann”. Il nome della discontinuità è stata ufficialmente attribuita a Lehmann nel 1971 quando ricevette la medaglia William Bowie.

”Prendiamo che, come prima, la Terra consiste di un nucleo e di un mantello, ma che all’interno del nucleo c’è un nucleo interno in cui la velocità  è maggiore che in quella esterna.” (Inge Lehmann)

Altri contributi nella geofisica

Nonostante il pensionamento Lehmann continuò ad occuparsi di sismologia negli Stati Uniti collaborando con Maurice Edwing e Frank Press. Il suo interesse si concentrò principalmente sullo studio del mantello superiore della Terra. Nel 1953 pubblicò i risultati dello studio riferito ai terremoti europei. Spiegò il comportamento anomalo delle onde P e S nell’ipotesi della presenza di uno strato a bassa velocità posto ad una certa profondità al di sotto della discontinuità di Mohorovicic (o Moho). La discontinuità di Moho, situata ad una quarantina di chilometri, divide la crosta terrestre dal mantello ed è riconosciuta nel 1909.
Successivamente nel 1957, da un attento e minuzioso esame delle registrazioni sismiche dei terremoti studiati, scoprì che quelli profondi non producevano onde di taglio superficiali al contrario di quelli poco profondi.
Nel 1959 pubblicò il modello di velocità delle onde P del mantello superiore nei primi 800 km. Il modello Lehmann differisce da quello di Jeffreys proprio sotto la discontinuità di Mohorovicic. Jeffreys ottenne una velocità di 7,75 km/s mentre Lehmann 8,0 km/s ad una profondità di circa 220 km. Successivamente approfondì tale aspetto utilizzando anche i dati delle esplosioni nucleari (1962 e 1964) confermando le sue osservazioni. Infine nel 1970, osservando la velocità delle onde P, conclude che la profondità della discontinuità è molto variabile e può non essere ovunque.
Nel febbraio 2004 al simposio “Seismic Heterogeneity in the Earth’s Mantle: Thermo- Petrological and Tectonic Implications”, tenutosi alla Royal Danish Academy of Sciences and Letters di Copenhagen, è attribuita alla discontinuità nel mantello il nome di “discontinuità di Lehmann”.

Premi e riconoscimenti
Lehmann ricevette numerose onorificenze. Tra le più importanti è fondamentale ricordare la medaglia William Bowie conferita nel 1971 dalla Unione Geofisica Americana (American Geophysical Union-AGU ) prima donna a riceverla. Nonché la medaglia della  Società Sismologica Americana (Seismological Society of America) nel 1977.

• 1936-1948-Membro del Comitato Esecutivo dell’Associazione Sismologica Internazionale (International Seismological Association)
• 1938-Premio Tagea Brandt
• 1951-1954; 1957-1960-Membro del Comitato Esecutivo dell’Associazione Internazionale di Sismologia e Fisica dell’interno della Terra (International Association of Seismology and Physics of the Earth’s Interior – IASPEI)
• 1957- Membro della Royal Astronomical Society, Londra
• 1959- Membro onorario della Royal Society, Edimburgo
• 1960-Premio Harry Oscar Wood in Sismologia
• 1963-1967-Vice Presidente del Comitato Esecutivo dell’IASPEI
• 1964-Dottore di Ricerca in Scienze h.c. all’Università Colombia di New York
• 1964-Medaglia Emil Wiechert, Società Geofisica Tedesca
• 1965-Medaglia d’oro Royal Danish Academy of Sciences and Letters
• 1967-Premio Tagea Brandt
• 1968-Dottore di Filosofia h.c. Università di Copenhagen
• 1971-Medaglia Bowie assegnata dall’ American Geophysical Union (AGU) per i contributi eccezionali alla geofisica fondamentale e la cooperazione nella ricerca
• 1973-Membro onorario del European Geophysical Society (dal 2002 EGU)
• 1977-Medaglia della Seismological Society of America

Inge Lehmann continua ad essere onorata
Nel 1997 AGU stabilì la Inge Lehmann Medal. La medaglia è assegnata negli anni dispari “Per gli eccezionali contributi alla comprensione della struttura, composizione e dinamica del mantello e del nucleo terrestre”.

L’asteroide 5632 scoperto il 15 aprile del 1993 porta il nome di IngeLehmann.
Per il 127° anniversario della nascita di Inge Lehmann, Google la celebra con un doodle.

”Non c’era disciplina inutile, e non siamo stati oppressi dal pregiudizio [riguardante sesso, razza, o status sociale], che rende difficile la vita di tante persone” (Inge Lehmann).