Più acqua si scioglie nel magma, maggiore è il rischio che un vulcano esploda. Un nuovo studio dell'ETH mostra ora che questa semplice regola è vera solo in parte. Paradossalmente, l'alto contenuto di acqua riduce significativamente il rischio di esplosione.

I vulcanologi sono stati a lungo turbati da due domande:quando esattamente esploderà un vulcano? E come si svolgerà quell'eruzione? La lava scorrerà giù per la montagna come una pasta viscosa, o il vulcano spingerà in modo esplosivo una nuvola di cenere per chilometri nell'atmosfera?

La prima domanda su "quando" può ora essere risolta in modo relativamente preciso, spiega Olivier Bachmann, Professore di Petrologia Magmatica all'ETH di Zurigo. Indica il monitoraggio dei dati dall'isola delle Canarie di La Palma, dove il vulcano Cumbre Vieja ha recentemente emesso una colata lavica che si è riversata fino al mare. Utilizzando i dati sismici, gli esperti hanno potuto seguire in tempo reale la risalita della lava, per così dire, e prevedere l'eruzione entro pochi giorni.

Forze imprevedibili della natura

Il "come, " d'altra parte, è ancora un grosso grattacapo per i vulcanologi. È improbabile che i vulcani su isole come La Palma o Hawaii producano enormi esplosioni. Ma a questa domanda è molto più difficile rispondere per i grandi vulcani situati lungo le zone di subduzione, come quelli che si trovano nelle Ande, sulla costa occidentale degli Stati Uniti, in Giappone, Indonesia, o in Italia e Grecia. Questo perché tutti questi vulcani possono eruttare in molti modi diversi, senza alcun modo per prevedere quale accadrà.

Per capire meglio come erutta un vulcano, negli ultimi anni molti ricercatori si sono concentrati su ciò che accade nel condotto vulcanico. È noto da tempo che i gas disciolti nel magma, che poi emerge come lava sulla superficie terrestre, sono un fattore importante. Se ci sono grandi quantità di gas disciolti nel magma, le bolle di gas si formano in risposta alla diminuzione della pressione mentre il magma risale attraverso il condotto, simile a quello che accade in una bottiglia di champagne agitata. Queste bolle di gas, se non possono scappare, poi portare a un'eruzione esplosiva. In contrasto, un magma contenente poco gas disciolto fuoriesce dolcemente dal condotto ed è quindi molto meno pericoloso per l'area circostante.

Cosa succede nella corsa?

Bachmann e il suo ricercatore post-dottorato Răzvan-Gabriel Popa si sono ora concentrati sulla camera magmatica in un nuovo studio che hanno recentemente pubblicato sulla rivista Geoscienze naturali . In un ampio studio della letteratura, hanno analizzato i dati di 245 eruzioni vulcaniche, ricostruire quanto fosse calda la camera magmatica prima dell'eruzione, quanti cristalli solidi c'erano nella fusione e quanto era alto il contenuto di acqua disciolta. Quest'ultimo fattore è particolarmente importante, perché l'acqua disciolta forma poi le famigerate bolle di gas durante la risalita del magma, trasformando il vulcano in una bottiglia di champagne stappata troppo in fretta.

I dati inizialmente confermavano la dottrina esistente:se il magma contiene poca acqua, il rischio di un'eruzione esplosiva è basso. Il rischio è basso anche se il magma contiene già molti cristalli. Questo perché questi assicurano la formazione di canali di gas nel condotto attraverso i quali il gas può facilmente fuoriuscire, Bachmann spiega. Nel caso di magma con pochi cristalli e un contenuto di acqua superiore al 3,5%, d'altra parte, il rischio di un'eruzione esplosiva è molto alto, proprio come prevede la dottrina prevalente.

Ciò che ha sorpreso Bachmann e Popa, però, era che l'immagine cambia di nuovo con un alto contenuto di acqua:se c'è più di circa il 5,5% di acqua nel magma, il rischio di un'eruzione esplosiva diminuisce notevolmente, anche se molte bolle di gas possono certamente formarsi mentre la lava sale. "Quindi c'è un'area di rischio chiaramente definita su cui dobbiamo concentrarci, "Spiega Bachmann.

Gas come tampone

I due vulcanologi spiegano la loro nuova scoperta attraverso due effetti, il tutto legato all'altissimo contenuto di acqua che provoca la formazione di bolle di gas non solo nel condotto, ma anche giù nella camera magmatica. Primo, le molte bolle di gas si collegano presto, a grande profondità, per formare canali nel condotto, facilitando la fuoriuscita del gas. Il gas può quindi disperdersi nell'atmosfera senza alcun effetto esplosivo. Secondo, le bolle di gas presenti nella camera magmatica ritardano l'eruzione del vulcano e quindi riducono il rischio di esplosione.

"Prima che un vulcano erutta, magma caldo sale da grandi profondità ed entra nella camera subvulcanica del vulcano, che si trova da 6 a 8 chilometri sotto la superficie, e aumenta la pressione lì, "Spiega Popa. "Non appena la pressione nella camera magmatica è abbastanza alta da rompere le rocce sovrastanti, si verifica un'eruzione."

Se la roccia fusa nella camera magmatica contiene bolle di gas, questi fungono da tampone:vengono compressi dal materiale che sale dal basso, rallentando l'accumulo di pressione nella camera magmatica. Questo ritardo dà al magma più tempo per assorbire il calore dal basso, tale che la lava è più calda e quindi meno viscosa quando finalmente erutta. Ciò rende più facile la fuoriuscita del gas nel condotto dal magma senza effetti collaterali esplosivi.

COVID-19 come un colpo di fortuna

Queste nuove scoperte rendono teoricamente possibile arrivare a previsioni migliori su quando aspettarsi un'esplosione pericolosa. La domanda è, come possono gli scienziati determinare in anticipo la quantità di bolle di gas nella camera magmatica e la misura in cui il magma si è già cristallizzato? "Attualmente stiamo discutendo con i geofisici quali metodi potrebbero essere utilizzati per registrare al meglio questi parametri cruciali, " dice Bachmann. "Penso che la soluzione sia combinare diverse metriche:sismica, gravimetrico, dati geoelettrici e magnetici, Per esempio."

Concludere, Bachmann cita un aspetto collaterale del nuovo studio:"Se non fosse per la crisi del coronavirus, probabilmente non avremmo scritto questo documento, "dice con un sorriso. "Quando il primo lockdown ha significato che improvvisamente non potevamo andare sul campo o in laboratorio, abbiamo dovuto ripensare le nostre attività di ricerca con breve preavviso. Quindi ci siamo presi il tempo che avevamo a disposizione e lo abbiamo speso esaminando la letteratura per verificare un'idea che avevamo già avuto sulla base dei nostri dati di misurazione. Probabilmente non avremmo fatto questa ricerca dispendiosa in termini di tempo in circostanze normali".