MICROSCOPIO SEM-FIB | L’ infinitamente piccolo per comprendere l’infinitamente grande.
"A me piace pensare a una scala di semplificazione graduale. A un estremo c’è la natura con i terremoti e le eruzioni vulcaniche, all’estremo opposto della scala ci sono i principi chimici e fisici di base: la forza di gravità, la teoria della relatività, la struttura dell’atomo. In mezzo, tra questi due estremi, abbiamo diversi strumenti per studiare la natura a diversi livelli”
Grazie al progetto PNRR-MEET è stato acquisito dai Laboratori INGV un microscopio elettronico a emissioni di campo dotato di Focused Ion Beam (FIB), che entrerà anche nella rete integrata ILGE e sarà a disposizione della comunità scientifica, grazie al Transnational e National access.
“Strumenti come questi nelle scienze della terra sono estremamente rari” così il ricercatore Jacopo Taddeucci ci racconta le possibilità di questo strumento per aumentare la lente di ingrandimento sull’infinitamente piccolo delle dinamiche terrestri.
Grazie a questo nuovo strumento, piccoli campioni possono fornire informazioni dettagliate del viaggio che hanno compiuto tra le profondità della terra.
“A differenza di un ingranditore ottico -continua Taddeucci- questo tipo di microscopio elettronico genera un fascio di elettroni che interagisce con il campione e fornisce moltissime informazioni in più. Possiamo vedere i singoli minerali che compongono le diverse rocce o, a scala ancora più piccola, osservare la struttura della cenere vulcanica, ma anche, ad esempio, guardare la tessitura e la forma delle fratture in rocce di faglia.
Inoltre quando il fascio di elettroni interagisce con il campione restituisce una serie di altre informazioni come la composizione mineralogica, gli elementi chimici che lo compongono, cosa è cristallizzato e cosa no, l’orientazione spaziale del reticolo cristallino. Tutte queste informazioni ci consentono di ricostruire l’evoluzione nella crescita di questi frammenti di roccia.
Infine la tecnologia FIB permette di incidere e tagliare porzioni sottilissime del campione e isolarle per fare le stesse analisi a una risoluzione ancora maggiore; grazie a questo siamo in grado anche di ricostruire tridimensionalmente la struttura interna del campione. Questo può essere utile per noi che nei nostri laboratori generiamo rocce per condurre esperimenti in situazioni controllate perchè ci permetterà di ricostruirle con estrema precisione”.
Questo tipo di strumenti per indagare l’infinitamente piccolo riescono a dare molte informazioni sui macro fenomeni naturali.
Ogni piccolo frammento è la testimonianza del processo più grande che gli ha dato quella forma e quella composizione chimica.
“Se ci pensiamo - conclude Taddeucci- un'eruzione vulcanica è controllata da processi che avvengono alla scala piccolissima, di pochi micron, ma in volumi molto grandi, di tanti chilometri; anche i terremoti sono la moltiplicazione di processi in scala di pochi micron su una superficie lunga molti chilometri. Un’eruzione che è dovuta alla formazione, ad esempio, di 10 mila miliardi di bolle di gas può essere studiata anche osservando come si è formata la singola bolla.
Così anche per la caduta della cenere vulcanica ho tanti modi per studiare il problema: utilizzando il parametro della forza di gravità posso cercare un’equazione semplice per descrivere il moto di una particella di cenere partendo dai principi fisici, dalla forma della particella, ecc… poi posso fare un modello numerico al computer con più equazioni e molti parametri, che tenga conto della complessità fisica; posso prendere la mia particella, la porto in laboratorio e la faccio cadere ottenendo dati con ancora un livello di complessità in più perchè l’atmosfera e la particella sono quelle vere; ancora, posso far cadere centomila particelle immettendo gas diversi, ottenendo un sistema sempre più complicato che si avvicinerà sempre di più al sistema naturale, ma che sarà sempre più difficile da capire. In questo caso avrò più sorprese, vedrò cose diverse, più difficili da spiegare con i soli principi di base, ma più simili alla realtà naturale”.
In un laboratorio è possibile decidere i vincoli, ottenendo gradi diversi di controllo e diversi livelli di interpretazione, rispetto allo stato di natura.
