I ricercatori dell'ETH mostrano che le camere magmatiche sotto i supervulcani sono più simili a spugne inzuppate che a serbatoi di roccia fusa. Prima che un vulcano di questo tipo erutta, tale poltiglia deve essere lentamente riattivata dall'apporto di calore in seguito alla ricarica profonda del magma derivato in ultima analisi dal mantello terrestre.

I supervulcani sono superlativi sotto ogni aspetto. L'eruzione della caldera di Toba nell'odierna Indonesia circa 74, 000 anni fa era così potente da portare a un periodo di raffreddamento globale e, possibilmente, un drastico calo della popolazione umana. Circa 2,1 milioni di anni fa, la prima delle tre eruzioni del supervulcano Yellowstone negli USA ha formato un cratere con un'area di 50 x 80 chilometri. Circa 2, Durante il processo sono stati espulsi 800 chilometri cubi di materiale, circa da 10 a 20 volte di più rispetto all'eruzione del 1815 del Monte Tambora in Indonesia. Anche questa relativamente piccola eruzione, considerato il più grande degli ultimi tempi, prodotto effetti che potrebbero essere sentiti in tutto il mondo.

Però, i supervulcani sono difficili da studiare e quindi continuano a sconcertare i ricercatori fino ad oggi. Per esempio, gli scienziati concordano sul fatto che ci deve essere una camera di magma a una profondità di pochi chilometri nella crosta terrestre, contenente materiale che fuoriesce durante un'eruzione. Però, gli esperti non sono d'accordo sulla forma e la consistenza di tale serbatoio.

Piscina vs blocco solidificato

Alcuni geologi presumono che le caldere, come sono conosciuti i crateri del supervulcano, sedersi sopra un gigantesco serbatoio di magma liquido incorporato nella crosta terrestre. Il mantello fornisce a questo serbatoio materiale e calore, e un supervulcano di questo tipo può eruttare in modo esplosivo in qualsiasi momento.

Altri ritengono più plausibile che la camera magmatica si sia completamente raffreddata e solidificata, e che è reso liquido solo da un massiccio afflusso di calore dal mantello. Solo allora può avvenire un'eruzione.

"Probabilmente nessuna delle due teorie è corretta, "dice Olivier Bachmann, Professore di Vulcanologia all'ETH di Zurigo. Bachmann e il suo gruppo hanno pubblicato due articoli sulla rivista Geoscienze naturali , in cui dimostrano che la verità può trovarsi da qualche parte tra questi due estremi.

La verità da qualche parte nel mezzo?

"La camera magmatica di un supervulcano non assomiglia a una pentola di zuppa che può traboccare in qualsiasi momento e alla minima provocazione, " spiega Bachmann. Allo stesso modo, dice che è sbagliato presumere che il magma si sia raffreddato per formare un corpo completamente solidificato, in quanto riattivare un corpo di questo tipo richiederebbe un enorme afflusso di calore in brevissimo tempo. Inoltre, sostanze volatili come acqua e CO2 fuorierebbero dal corpo durante il raffreddamento e la solidificazione. Però, queste sostanze sono essenziali per un'eruzione poiché servono a creare la pressione corrispondente nella camera magmatica.

Prendendo come esempio l'eruzione del supervulcano del "Kneeling Nun Tuff" nel New Mexico, gli studi dello studente di dottorato di Bachmann, Dawid Szymanowski, hanno dimostrato che la camera magmatica di un supervulcano contiene una miscela di liquido e cristallino - cioè, solidificato – magma. Più del 40-50 percento del serbatoio è presente in forma cristallina. Secondo il ricercatore dell'ETH, le camere possono presentare una consistenza spugnosa, con una struttura a maglie di roccia cristallizzata e pori contenenti materiale fuso - poltiglia di cristallo, come lo chiama Szymanowski.

Minerali rari come data-logger

È probabile che questa poltiglia rimanga nella camera magmatica per molto tempo prima di essere scagliata in superficie. Szymanowski trae questa conclusione dall'analisi di zircone e titanite, due tracce di minerali presenti nel magma. Lo zircone è il materiale cristallino dei più antichi campioni di roccia conosciuti sulla Terra:alcuni cristalli trovati in Australia hanno circa 4,4 miliardi di anni.

I cristalli di zircone e titanite registrano non solo il momento in cui si sono formati, ma anche la temperatura durante la loro formazione, poiché questa temperatura influenza l'incorporazione di elementi chimici nel reticolo cristallino. Dopo la formazione dei cristalli, la composizione chimica di questi minerali in una camera magmatica rimane sostanzialmente invariata anche se le condizioni nella camera magmatica cambiano notevolmente.

Analizzando in laboratorio l'età e la composizione chimica dei cristalli di zircone e titanite provenienti da diverse rocce, i ricercatori ottengono informazioni su come la temperatura di una camera magmatica è cambiata nel tempo. L'eruzione porta questi due minerali in superficie, dove possono essere trovati negli strati rocciosi corrispondenti.

Da queste analisi, i vulcanologi dell'ETH hanno concluso che la temperatura nella camera magmatica che ha alimentato l'eruzione del tufo della monaca in ginocchio deve essere rimasta tra 680 e 730 gradi Clesius per oltre mezzo milione di anni. Dai minerali, i ricercatori hanno potuto determinare che il supervulcano ha impiegato molto tempo per "caricarsi" completamente e per raggiungere il punto di eruzione.

Il modello numerico supporta le analisi dei minerali

Le analisi dei minerali sono supportate anche da un modello al computer creato da Ozge Karakas, un postdoc nel gruppo di Bachmann. Questo modello è stato pubblicato a giugno – anche sulla rivista Geoscienze naturali – e descrive un sistema costituito da una camera magmatica nella crosta superiore che è collegata con ulteriori camere nella crosta inferiore.

Il magma "sorgente" caldo si forma nel mantello ad una temperatura di circa 1, 200 gradi prima di salire attraverso fessure e camini nella crosta superiore. Una volta lì, forma un serbatoio, che si raffredda e si cristallizza parzialmente, ma può sopravvivere come una poltiglia di cristalli per centinaia di migliaia di anni.

Utilizzando il modello, gli scienziati hanno potuto dimostrare che la formazione di un serbatoio permanente nella crosta superiore non richiede enormi quantità di materiale dal mantello in brevi periodi di tempo. "Le condizioni nella crosta superiore non sono adatte per raccogliere e immagazzinare così tanto materiale molto rapidamente, " dice Karakas. Tuttavia, il geologo dice che il serbatoio ha bisogno di una connessione con il magma nel mantello inferiore per garantire il trasporto di calore, e lei sottolinea che, fino ad ora, i ricercatori non avevano incluso la crosta inferiore nelle loro considerazioni. "Senza esso, però, non ci sarebbero supervulcani."

Eventi molto rari

Sia il modello che le analisi dei minerali puntano quindi all'idea che i supervulcani si formino e maturino in periodi di tempo molto lunghi, e che possono eruttare solo ad intervalli di decine di migliaia di anni. "Il magma si conserva principalmente come un tipo di cristallino, struttura spugnosa. E deve essere sempre riattivato da un afflusso di calore prima che possa eruttare, "dice Olivier Bachmann, riassumendo i risultati.

Non è possibile prevedere quando sta per verificarsi la prossima eruzione del supervulcano in base alle nuove scoperte, poiché il sistema non è ancora stato compreso in modo sufficientemente dettagliato. Però, i meccanismi di crescita e riattivazione dei giganteschi serbatoi di magma diventano più chiari, e ciò può aiutare a valutare meglio i segnali di risveglio di quei sistemi in futuro. "In ogni caso - e per nostra fortuna - un'eruzione di un supervulcano è un evento molto raro, "dice Bachmann.