Analizzare i vulcani per prevederne il risveglio

I geologi guidati dall’UNIGE hanno rivisto i meccanismi interni ed esterni che portano alle eruzioni vulcaniche per prevedere meglio i possibili segni di un’eruzione futura.

Una delle eruzioni stromboliane avvenute a Stromboli almeno ogni 10 minuti per 2000 anni. © UNIGE, Luca Carici

Cosa provoca un’eruzione vulcanica? Perché alcuni vulcani eruttano regolarmente mentre altri rimangono inattivi per migliaia di anni? Un team di geologi e geofisici, guidato dall’Università di Ginevra (UNIGE), Svizzera, ha esaminato la letteratura sui meccanismi intrinseci ed estrinseci che portano alle eruzioni vulcaniche. Analizzando la termomeccanica dei processi vulcanici profondi e la diffusione del magma superficiale, insieme alla chimica del magma, i geologi hanno determinato che la maggior parte del magma che sale dalle profondità non causa effettivamente un’eruzione vulcanica. Mostrano anche che i vulcani più vecchi tendono a produrre eruzioni meno frequenti, ma sono più grandi e più pericolosi. Le loro scoperte, pubblicate su Nature Reviews Earth and Environment, aiuteranno a migliorare i modelli dei processi vulcanici per ridurre l’impatto delle eruzioni vulcaniche sugli oltre 800 milioni di persone che vivono vicino a vulcani attivi.

L’attività vulcanica è ancora difficile da prevedere anche se strettamente monitorata. Perché il Monte Fuji non è scoppiato dopo il forte terremoto di Tohoku, in Giappone? Perché l’eruzione del vulcano Eyjafjallajökul ha generato una così grande quantità di cenere vulcanica? Per determinare le cause delle eruzioni vulcaniche, geologi e geofisici guidati da Luca Carici, Professore del Dipartimento di Scienze della Terra della Facoltà di Scienze dell’UNIGE, hanno ripreso la letteratura esistente e hanno analizzato tutte le fasi che hanno preceduto l’eruzione.

Il percorso del magma dalle profondità della terra

Il magma è roccia fusa che proviene da una profondità di decine di chilometri e risale alla superficie della Terra. “Durante il suo viaggio, il magma può rimanere intrappolato in serbatoi all’interno della crosta, dove può rimanere stagnante per migliaia di anni e probabilmente non eruttare mai”, spiega Meredith Townsend, ricercatrice del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università dell’Oregon (USA). . . Specializzato in modelli termomeccanici, il ricercatore americano si è concentrato sul calcolo della pressione necessaria al magma per rompere la roccia che circonda il giacimento e risalire in superficie. Eleonora Rivalta, ricercatrice del Centro di ricerca per le geoscienze di Potsdam (Germania) e dell’Università di Bologna (Italia), ha studiato la diffusione del magma mentre risale in superficie: “Se è abbastanza liquido, cioè se lo fa non contengono molti cristalli, il magma può sollevarsi molto rapidamente durante una sorta di frattura semovente”, ha riferito. Se il magma cristallizza per più del 50%, diventa molto viscoso e interrompe la sua marcia verso la superficie. Magma può anche prendere percorsi diversi, verticali, orizzontali o inclinati. Luca Carici è un chimico magmatico, che fornisce informazioni vitali sullo stato del magma prima di un’eruzione vulcanica. “La chimica del magma e dei cristalli che contiene fornisce informazioni vitali sulla sequenza di eventi che portano a un’eruzione vulcanica, che è preziosa per interpretare meglio i segnali di guardia per i vulcani attivi e per prevedere se un’eruzione è possibile”, spiega con sede a Ginevra ricercatore. Infine, Atsuko Namiki, ricercatrice presso la Graduate School of Environmental Studies dell’Università di Nagoya (Giappone), ha analizzato i fattori esterni per un’eruzione, come terremoti, maree o pioggia: “Questi da soli non possono causare un’eruzione, il magma deve essere preparato e aspettare per il grilletto”.

“Affinché si verifichi un’eruzione vulcanica, devono essere soddisfatte contemporaneamente diverse condizioni. Il magma contenente meno del 50% di cristalli deve essere immagazzinato in un serbatoio”, esordisce Luca Carici. Quindi la pressione di questo serbatoio deve essere aumentata. L’eccesso di pressione può essere il risultato di fenomeni interni come l’iniezione rigenerativa di magma o la dissoluzione di gas magmatici oppure può salire a valori critici a causa di eventi esterni come i terremoti. Infine, una volta che la pressione è sufficiente perché il magma inizi a salire, ci sono ancora molti ostacoli che possono impedire l’eruzione del magma.

L’età del vulcano come criterio di base

Questa analisi completa fa luce sul comportamento dei vulcani che possono cambiare nel corso della loro vita. “Quando un vulcano inizia ad attivarsi, il suo serbatoio è piuttosto piccolo (pochi chilometri cubi) e la crosta attorno ad esso è relativamente fredda, provocando molte eruzioni frequenti, ma piccole e abbastanza prevedibili”, spiega Luca Carici. È una storia diversa con i vulcani antichi. La loro vasca è più grande e le rocce intorno a loro sono più calde. Quando viene iniettato nuovo magma, non genera molta pressione aggiuntiva perché le rocce intorno al serbatoio si deformano e continuano a crescere”, afferma il geologo. Ad esempio, il Monte St. Helens (USA) ha iniziato a eruttare 40.000 anni fa (un lasso di tempo di standard geologici). ) E la sua ultima eruzione nel 2008 è stata piccola e non pericolosa. Al contrario, il vulcano Toba (Indonesia) ha iniziato a eruttare in modo esplosivo circa 1,2 milioni di anni fa e la sua ultima eruzione 74.000 anni fa è stata catastrofica. Ha completamente distrutto l’ambiente circostante ambientale e ha avuto un impatto sul clima globale.

Alla fine, l’accumulo di grandi quantità di magma porterà a una grande eruzione vulcanica. “Inoltre, i segnali di allarme sono molto difficili da individuare perché le alte temperature riducono l’attività sismica e l’interazione tra gas e magma ne altera la composizione, rendendo difficile capire cosa sta succedendo sotto”, dice. Maggiore è il tasso di ingresso del magma, più veloce è l'”invecchiamento” del vulcano.

Conoscere l’età del vulcano, che può essere datata analizzando gli zirconi nelle rocce, permette ai geologi di comprendere lo stadio di vita dei vulcani. Ci sono attualmente 1.500 vulcani attivi e circa 50 di loro eruttano ogni anno. Sapere se la popolazione sarà evacuata o meno è fondamentale e speriamo che il nostro studio contribuisca a ridurre l’impatto dell’attività vulcanica sulla nostra società”, continua Luca Carici. “Ci auguriamo che i nostri risultati vengano testati su vulcani ampiamente studiati, come quelli trovati in Italia, USA e Giappone, e trasferiti su altri vulcani per i quali ci sono meno dati, come l’Indonesia o il Sud America”.