Come riconoscere meglio i vulcani pericolosi

Ci sono due domande che da tempo preoccupano i ricercatori sui vulcani: Quando esattamente avverrà la prossima eruzione di un vulcano? E come erutterà? La lava rotolerà giù dalla montagna come un flusso viscoso, o il vulcano esploderà, espellendo una nuvola di cenere alta chilometri nell'atmosfera?

Alla prima domanda, quando, si può ora rispondere con relativa precisione, spiega Olivier Bachmann, professore di petrologia magmatica all'ETH di Zurigo. Egli fa riferimento ai dati di monitoraggio del vulcano Cumbre Vieja sull'isola canaria di La Palma, dove una colata di lava si è recentemente riversata in mare. Utilizzando i dati sismici, gli esperti sono stati in grado di seguire l'ascesa della lava in tempo reale, per così dire, e di prevedere l'eruzione entro pochi giorni.

Le imprevedibili forze della natura

Il come, invece, è ancora un grosso problema per i vulcanologi. Sappiamo che i vulcani su isole come La Palma o le Hawaii non producono in genere enormi esplosioni. Tuttavia, è molto più difficile rispondere a questa domanda per i grandi vulcani che si trovano lungo le zone di subduzione, come quelli che si trovano sulle Ande, sulla costa occidentale degli Stati Uniti, in Giappone, Indonesia o anche in Italia e Grecia. Questo perché tutti questi vulcani possono eruttare in modi molto diversi senza che sia possibile prevederli.

Per capire meglio come un vulcano erutta, negli ultimi anni molti ricercatori si sono concentrati su ciò che accade nella bocca vulcanica. È noto da tempo che i gas disciolti nel magma, che poi emerge come lava sulla superficie terrestre, sono un fattore importante. Se il magma contiene molti gas disciolti, si formano delle bolle di gas quando il magma sale nella bocca vulcanica a causa della diminuzione della pressione, come una bottiglia di champagne che viene agitata. Queste bolle di gas portano a un'eruzione esplosiva se non riescono a fuoriuscire. Il magma con poco gas disciolto, invece, esce tranquillamente dalla bocca ed è quindi molto meno pericoloso per l'ambiente.

Cosa succede nella fase di preparazione?

Bachmann e il suo ricercatore post-dottorando Răzvan-Gabriel Popa si sono ora concentrati sulla camera magmatica in un nuovo studio recentemente pubblicato sulla rivista "Nature Geoscience". In un ampio studio della letteratura, hanno analizzato i dati di 245 eruzioni vulcaniche e hanno ricostruito quanto fosse calda la camera magmatica prima dell'eruzione, quanti cristalli solidi ci fossero nella fusione e quanto fosse alto il contenuto di acqua disciolta. Quest'ultimo fattore è particolarmente importante perché l'acqua disciolta forma le famigerate bolle di gas durante la risalita, che trasformano il vulcano in una bottiglia di champagne.

I dati hanno inizialmente confermato la dottrina esistente: Se un magma contiene poca acqua, il rischio di un'eruzione esplosiva è basso. Il rischio è basso anche se il magma contiene già molti cristalli. Questi ultimi, infatti, garantiscono la formazione di canali nel condotto vulcanico attraverso i quali il gas può fuoriuscire facilmente, spiega Bachmann. Se il magma ha pochi cristalli e un contenuto d'acqua superiore al 3,5%, invece, il rischio di un'eruzione esplosiva è molto alto, proprio come prevede la saggezza convenzionale.

Ciò che ha sorpreso Bachmann e Popa, tuttavia, è che il quadro cambia nuovamente con un elevato contenuto di acqua: Se il magma contiene più del 5,5% circa di acqua, il rischio di un'eruzione esplosiva diminuisce notevolmente, anche se si possono formare molte bolle di gas durante la risalita della lava. "C'è quindi un'area di rischio ben definita su cui dobbiamo concentrarci", spiega Bachmann.

I gas come tamponi

I due ricercatori sui vulcani spiegano la nuova scoperta con due effetti. Entrambi sono legati al fatto che con un elevato contenuto di acqua, le bolle di gas si formano non solo nella bocca vulcanica, ma già nella camera magmatica. Da un lato, le bolle di gas formano catene a grande profondità, rendendo più facile la fuoriuscita del gas. Il gas deflagra quindi nell'atmosfera senza alcun effetto esplosivo, per così dire. In secondo luogo, le bolle di gas nella camera magmatica ritardano l'eruzione del vulcano e quindi riducono il rischio di esplosione.

"Prima che un vulcano erutti, il magma caldo sale da grandi profondità e penetra nella camera magmatica, che si trova da 6 a 8 chilometri sotto il vulcano, aumentando così la pressione in questa zona", spiega Popa. "Non appena la pressione nella camera magmatica è sufficientemente alta da rompere la pressione delle rocce sovrastanti, si verifica un'eruzione".

Se la massa fusa nella camera magmatica contiene bolle di gas, queste fungono da cuscinetto: vengono compresse dal materiale che sale dal basso, in modo da rallentare l'accumulo di pressione nella camera magmatica. Grazie al ritardo, il magma ha più tempo per assorbire il calore dal basso. La lava è quindi più calda durante l'eruzione e quindi anche più fluida. Ciò facilita la fuoriuscita del gas dal magma nel condotto vulcanico, senza effetti collaterali esplosivi.

Corona come colpo di fortuna

Con le nuove scoperte è quindi teoricamente più facile stabilire quando ci si può aspettare un'esplosione pericolosa. L'unica domanda è: come possiamo determinare in anticipo quante bolle di gas ci sono nella camera magmatica e quanto il magma si è già cristallizzato? "Stiamo discutendo con i geofisici su quali metodi potrebbero essere utilizzati per registrare i parametri decisivi", spiega Bachmann. "La soluzione è probabilmente quella di combinare diversi parametri di misurazione, ad esempio dati sismici, gravimetrici, geoelettrici e magnetici".

Alla fine, Bachmann cita un aspetto secondario del nuovo studio: "Senza la crisi della corona, probabilmente non avremmo scritto questo articolo", dice con un sorriso. "Quando, durante il primo blocco, non siamo potuti andare sul campo e in laboratorio, abbiamo dovuto riorganizzare la nostra ricerca con poco preavviso. Abbiamo poi utilizzato il tempo libero per verificare un'idea che avevamo già, basata sui nostri dati di misura, rispetto ai dati della letteratura. Probabilmente non avremmo fatto questa ricerca approfondita in condizioni di normale operatività".