Fontane di lava, sbuffi di gas tossici, pennacchi acidi di acqua marina vaporizzata e coltri di cenere:questi sono solo alcuni dei pericoli che i vulcani hanno portato nelle ultime settimane, con il vulcano Fuego del Guatemala e il vulcano Kilauea delle Hawaii che producono ciascuno la sua eruzione più potente da decenni.

Decine di persone sono morte e altre migliaia sono state evacuate nell'area intorno a Fuego a causa dell'eruzione del 3 giugno. Come Kilauea, che all'inizio di maggio 2018 ha dato il via a un violento episodio di un'eruzione che dura da quasi 35 anni, Fuego era a malapena a riposo prima di quest'ultima esplosione. Spesso erutta lava e cenere più volte in un anno e può avere molte piccole eruzioni in un solo giorno.

Ma questa volta l'eruzione del Fuego è stata diversa. I danni arrivarono rapidamente e con forza in un caotico miscuglio di roccia, gas e cenere noto come flusso piroclastico - creando scene di distruzione che hanno poca somiglianza con le immagini di lava strisciante emerse dal Kilauea. Il contrasto ci ricorda che i modi in cui i vulcani diventano pericolosi possono essere vari quanto i luoghi e le comunità in cui prendono vita.

I geologi della Stanford University Gail Mahood (emerita) e Don Lowe, professori di scienze geologiche nella Scuola della Terra, Scienze energetiche e ambientali, entrambi hanno studiato i vulcani da vicino. Hanno discusso di misteri sorprendenti che rimangono per gli scienziati sui rischi vulcanici, cosa e come i ricercatori possono imparare da Fuego e da altri vulcani dopo che la cenere si è depositata e parte della scienza dietro le minacce vulcaniche.

Quali differenze hanno fatto eruttare Fuego in modo così violento rispetto a Kilauea?

DON LOWE:Abbiamo appena visto in Guatemala questa piccola città sepolta nella cenere calda. Le eruzioni nelle Americhe tendono a produrre enormi quantità di cenere, polvere, macerie e blocchi angolari, e i vulcani spesso hanno alti, coni ripidi. Dense nuvole di cenere calda e macerie rimbombano giù per quei pendii come treni merci e acquistano slancio man mano che procedono. Pioggia e temporali possono mobilitare detriti sciolti su questi ripidi pendii e creare colate detritiche fredde. I vulcani hawaiani tendono a eruttare fiumi meno violenti e fontane di lava.

GAIL MAHOOD:Tutti i vulcani dell'America Centrale e delle Cascate del Nord America sono diversi dalle Hawaii in quanto sono legati a zone di subduzione, luoghi in cui un piatto si schiaccia sotto un altro. Sono molto più esplosivi in ​​parte perché i magmi che eruttano hanno più acqua disciolta in essi, fino a 10 volte di più rispetto ai vulcani hawaiani.

Pensa al magma come a una bottiglia di champagne. Quando apri la parte superiore, si abbassa la pressione e quel gas CO2 che si era sciolto nello champagne forma delle bolle ed esce.

Acqua, CO2, gas di zolfo, il fluoro e il cloro si dissolvono nel magma quando viene immagazzinato ad alta pressione nelle profondità della Terra. Ma se il magma sale rapidamente, quegli elementi volatili escono dalla soluzione in bolle che crescono così velocemente che le pareti delle bolle si rompono. È come una schiuma di magma che si rompe in pezzi e vola via.

I magmi alle Hawaii potrebbero avere acqua che costituisce solo la metà di un punto percentuale in peso. Se hai il 4 o il 6 percento di acqua in un magma come vediamo in America Centrale, hai un potenziale molto maggiore di eruzioni esplosive.

I vulcani nelle zone di subduzione hanno anche più viscosità, magmi più appiccicosi, che forniscono più resistenza man mano che le bolle crescono. Di conseguenza, le pressioni all'interno delle bolle possono diventare molto più alte. Quindi ci sono più bolle che si rompono a causa di più acqua, e quando le bolle finalmente si rompono, lo fanno con maggiore forza.

Come si formano i flussi piroclastici dopo l'eruzione di un vulcano come Fuego in Guatemala?

MAHOOD:Questi possono formarsi direttamente da un'eruzione esplosiva, oppure possono formarsi da lava che fuoriesce e si raffredda un po', si blocca e riempie lo sfiato. Allora forse c'è un terremoto, o nuovo magma lo spinge dal basso, e quella lava che ostruisce lo sfiato esce in una cascata di blocchi caldi. Quelli continuano ad effervescente e producono cenere. Le persone intorno a Fuego vengono in gran parte uccise dai flussi piroclastici.

Hai studiato come i vulcani possono innescare pericolosi flussi non solo di lava e cenere, ma anche spessa, miscele viscose di particelle e acqua note come colate detritiche. Puoi descrivere un esempio di come inizia questo tipo di flusso, e cosa si può fare per ridurre al minimo i danni una volta che è in corso?

LOWE:Nel 1985, le colate detritiche a seguito dell'eruzione del vulcano Nevado del Ruiz in Colombia hanno ucciso circa 20 persone, 000 persone in una città chiamata Armero, 60 chilometri (37 miglia) di discesa. Questi flussi hanno avuto origine quando la cenere calda, come la roba che esce da Fuego, atterrato su un ghiacciaio intorno alla vetta. Un piccolo sbuffo di cenere ha sciolto solo una piccola parte di quel ghiacciaio e ha inviato enormi volumi d'acqua a cascata lungo i canyon.

Abbiamo appreso, osservando i depositi più vecchi nei tagli stradali intorno a questa città, che questo era stato un processo comune in passato. C'erano tutti gli elementi che avrebbero dovuto far riconoscere a un pianificatore che questo non era un buon posto per una città. Migliori studi geologici avrebbero mostrato che l'area aveva subito molte catastrofi simili in passato. Infatti, le mappe di pericolo create nei mesi precedenti l'eruzione mostravano che Armero sarebbe stato sul percorso di eventuali colate di fango (un tipo di colata detritica) innescate dal vulcano. Ma quelle mappe non erano ampiamente distribuite.

Non abbiamo ancora compreso appieno come funzionano le colate detritiche o come alcune di esse possano viaggiare così lontano su pendii molto bassi. Una teoria promettente è che l'acqua viene risucchiata sotto il flusso principale come l'aquaplaning sui pneumatici. Un'altra teoria è incentrata su come le particelle interagiscono nel flusso. Si trascinano solo passivamente nel fluido? Forse le particelle in un flusso di detriti si comportano come le molecole di gas in un pallone:​​si scontrano tra loro, esercitare pressioni e aiutare a mantenersi sospesi.

Questi dettagli sono importanti per capire fino a che punto possono spingersi i flussi di detriti, quanta roba possono trasportare, quanto velocemente si formano - tutti fattori importanti se costruisci città intorno a vulcani, decidere quanto lontano devono essere e valutare il pericolo di insediamenti e villaggi che sono già lì.

I funzionari in caso di catastrofe in Guatemala hanno affermato che l'eruzione del Fuego del 3 giugno ha colpito più di 1 milione di persone. Come si confronta questo con alcune delle più grandi eruzioni della storia?

MAHOOD:Questa non è una grande eruzione da parte di uno sforzo d'immaginazione. Uno dei grandi problemi in Guatemala e in molti altri luoghi – in Indonesia e Filippine, per esempio - è la grande popolazione stipata sopra e intorno a vulcani di questo tipo. Eruzioni moderatamente piccole possono uccidere molte persone.

Fuego è un vulcano molto attivo. presumibilmente, quello che sta succedendo questa volta è che è stato un po' più esplosivo del solito, quindi questi flussi piroclastici si stanno facendo strada più in basso nel vulcano. Invece di scendere lungo i fianchi della punta, vulcano conico e quasi estinto, stanno uscendo sui fianchi e si riversano nei villaggi.

È possibile prevedere se e quando una data eruzione produrrà questo tipo di pericolo?

MAHOOD:Spesso possiamo prevedere che ci sarà un'eruzione in arrivo. Ciò che è più difficile da prevedere è l'esatta natura dell'eruzione e il tempo di insorgenza.

Per mappare i rischi vulcanici, i vulcanologi scendono sul campo e mappano le impronte di un'eruzione:cenere caduta dall'alto, depositi da colate piroclastiche e detritiche, e lava. La cenere può coprire decine di migliaia di miglia quadrate, ma le particelle sono fredde quando atterrano, quindi sono catastrofiche solo vicino alla bocca del vulcano, dove possono essere abbastanza spessi da far crollare i tetti.

Tornato in laboratorio, usiamo la datazione al carbonio o all'argon per conoscere la frequenza di ogni tipo di eruzione in passato. Sempre più, stiamo anche analizzando i cristalli cresciuti nel magma prima di un'eruzione. Agiscono come minuscoli registratori di temperatura, pressione e contenuto di gas, quindi possono aiutarci a ricostruire l'ascesa del magma e le sue condizioni di conservazione.

La cosa migliore è se queste analisi possono essere integrate con studi geofisici di sismicità o deformazione intorno al vulcano. Fuego è difficile da osservare perché è fittamente boscoso, e una volta arrivati ​​in cima è coperto di nuvole. I geofisici sono diventati molto bravi a prevedere le eruzioni a Kilauea nelle Hawaii e a Mount St. Helens a Washington, perché hanno assistito a tante eruzioni. Conosciamo molto bene i segni che il magma si sta muovendo attraverso la crosta del Kilauea:la vetta si sgonfia ei terremoti cambiano di stile in modo particolare. L'unica cosa che non è certa è quando un'eruzione come quella in corso a Kilauea si fermerà.

C'è un modo per adattarsi alle minacce delle eruzioni vulcaniche?

LOWE:Abbiamo sistemato le aree senza preoccuparci troppo dei disastri naturali e dei pericoli. Però, una volta che si verifica un disastro, dobbiamo cercare di limitare la crescita futura in quell'area e in luoghi che affrontano rischi simili. Potremmo non vedere un'eruzione veramente catastrofica nelle nostre vite. Ma nella vita dei nostri figli o nipoti, ci saranno inevitabilmente eruzioni che spazzeranno via i principali centri abitati. Dobbiamo renderci conto di quanto sia importante guardare al futuro oltre il domani.