Le supereruzioni sono innescate dalla forza di galleggiamento
Il modo in cui i supervulcani diventano attivi era finora sconosciuto. Gli scienziati hanno ora dimostrato che la sola pressione generata dalle differenze di densità tra il magma e la roccia circostante può essere sufficiente a provocare l'eruzione di questi giganti.
I supervulcani non sono vulcani come li conosciamo. Invece di "eruttare", esplodono lasciando dietro di sé un enorme buco nella crosta terrestre, una caldera, che può raggiungere i cento chilometri di diametro. In media, i supervulcani sono attivi meno di ogni 100.000 anni; nessuno è stato attivo in epoca storica. I ricercatori possono quindi farsi un'idea vaga di questi eventi solo in base agli strati di cenere e roccia che si sono conservati.
Un team di ricercatori guidato dalla professoressa Carmen Sanchez-Valle dell'ETH ha ora identificato un fattore scatenante delle supereruzioni. Hanno determinato sperimentalmente la densità del magma dei supervulcani. Hanno così potuto dimostrare che la sovrappressione causata dalle differenze di densità nella camera magmatica può innescare una supereruzione. La camera magmatica è la camera piena di magma nella crosta terrestre sotto il vulcano. Le nuove scoperte potrebbero aiutare a valutare meglio i supervulcani "dormienti", ad esempio la velocità con cui il loro magma può penetrare nella crosta terrestre e raggiungere la superficie.
Camera magmatica troppo grande
I supervulcani più noti sono la caldera di Yellowstone negli Stati Uniti, il lago Toba in Indonesia e il lago Taupo in Nuova Zelanda. Anche i Campi Flegrei, relativamente piccoli, vicino a Napoli, fanno parte dei circa 20 supervulcani conosciuti sulla Terra.
È ormai chiaro da tempo che l'eruzione dei supervulcani - come anche quella dei vulcani convenzionali - non è innescata solo dalla sovrappressione dovuta al flusso di magma nella camera magmatica. La camera magmatica di un supervulcano può essere spessa diversi chilometri e larga fino a un centinaio di chilometri. È quindi troppo grande per mantenere una sovrappressione sufficiente attraverso il rifornimento di magma.
"Paragonabile a un pallone da calcio sott'acqua"
![Vista ingrandita: illustrazione della camera magmatica](/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2014/01/supereruptionen-werden-durch-auftriebskraft-ausgeloest/_jcr_content/news_content/textimage_1/image.imageformat.textdouble.757681697.jpg)
Finora, l'innesco di una supereruzione poteva essere solo ipotizzato. Si pensava che un possibile meccanismo fosse la sovrappressione nella camera magmatica, generata dalle differenze di densità tra il magma fuso meno denso e la roccia solida relativamente più densa dell'area circostante. "L'effetto è paragonabile al galleggiamento di un pallone pieno d'aria sott'acqua, che viene spinto verso l'alto dall'acqua circostante più pesante", spiega Wim Malfait, primo autore dello studio, fino a poco tempo fa ancora all'ETH di Zurigo e ora ricercatore all'Empa.
Affinché il magma possa sfondare la roccia crostale che si trova sopra la camera magmatica e raggiungere la superficie, ha bisogno di una pressione da 100 a 400 volte superiore a quella atmosferica (da 10 a 40 megapascal). Per determinare se le differenze di densità possono generare una pressione così elevata, è necessario conoscere la densità del magma fuso e della roccia circostante. Tuttavia, non è ancora stato possibile misurare direttamente la densità del magma fuso.
Determinata per la prima volta la densità del magma
I ricercatori guidati da Malfait sono riusciti per la prima volta a determinare la densità del magma dei supervulcani utilizzando i raggi X della European Synchrotron Radiation Facility di Grenoble. Li hanno utilizzati per analizzare le fusioni di magma prodotte artificialmente in diverse condizioni di pressione e temperatura. Secondo gli scienziati, la fusione, la pressione e la temperatura corrispondevano alle condizioni naturali di un supervulcano. I ricercatori hanno anche variato il contenuto d'acqua della fusione. Chi siamo ha formulato equazioni matematiche con le quali ha potuto modellare le condizioni di un supervulcano.
![Visualizzazione ingrandita: Lago Toba](/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2014/01/supereruptionen-werden-durch-auftriebskraft-ausgeloest/_jcr_content/news_content/textimage_2/image.imageformat.textdouble.39172787.jpg)
"I nostri risultati dimostrano che se la camera magmatica è sufficientemente grande, la sovrappressione causata dalle differenze di densità è sufficiente da sola a sfondare la crosta sovrastante e a innescare un'eruzione", afferma Sanchez-Valle. Anche i meccanismi che promuovono le eruzioni vulcaniche convenzionali, come la saturazione del magma con il vapore acqueo o le sollecitazioni tettoniche, potrebbero dare un contributo, ma non sono necessari per innescare una supereruzione, sottolineano i ricercatori in uno studio pubblicato sulla rivista "Nature Geoscience". Nello stesso numero della rivista, è apparso un altro studio indipendente in cui ricercatori dell'Università di Ginevra e di altre istituzioni hanno concluso, sulla base di calcoli con modelli al computer, che il galleggiamento del magma è effettivamente la chiave dell'eruzione dei supervulcani.
I supervulcani sono considerati una minaccia seria, anche se rara. Poiché non sono facilmente riconoscibili a causa del loro aspetto atipico, ancora oggi ne vengono scoperti di nuovi. Di norma, le eruzioni dei supervulcani portano in superficie e in atmosfera almeno 450 e spesso anche diverse migliaia di chilometri cubi di materiale roccioso e cenere. Le ceneri e i frammenti di roccia con i loro componenti chimici dannosi per l'ambiente possono salire fino a oltre 30 chilometri nell'atmosfera durante le eruzioni esplosive e avere effetti devastanti sul clima e sulla vita sulla Terra. Le spettacolari ed epocali eruzioni del Krakatau (1883) e del Tambora (1815), entrambi vulcani convenzionali nell'attuale Indonesia, sono relativamente "innocue" e le loro masse espulse ammontano solo a pochi centesimi di una supereruzione.
Riferimento alla letteratura
Malfait WJ, Seifert R, Petitgirard S, Perrillat JP, Mezouar M, Ota T, Nakamura E, Lerch P, Sanchez-Valle C: Eruzioni di supervulcani guidate dal galleggiamento del fuso in grandi camere magmatiche siliciche. Nature Geoscience, pubblicazione online il 5 gennaio 2014, doi: pagina esterna10.1038/ngeo2042
Caricchi L, Annen C, Blundy J, Simpson G, Pinel V: Frequency and magnitude of volcanic eruptions controlled by magma injection and buoyancy. Nature Geoscience, pubblicazione online il 5 gennaio 2014, doi: doi: pagina esterna10.1038/ngeo2041