In un'isola idilliaca nel Mar Mediterraneo, l'oceano copre il sito di una vasta esplosione vulcanica di 3200 anni fa. A poche centinaia di chilometri a nord-ovest, altre tre isole hanno ancora le loro storie vulcaniche di alcuni milioni di anni fa per lo più intatte. Nessuna esplosione lì. Allora perché le differenze tra la caldera di Santorini e l'Egina, Cupole di lava di Methana e Poros? I ricercatori hanno utilizzato la ricerca sulle "impronte digitali" vulcaniche e sulla tettonica delle placche per scoprire il motivo.

La fine di una civiltà

Un grande vulcano è esploso circa 3200 anni fa, proprio accanto a dove si trova l'isola di Santorini in Grecia oggi. Durante quell'eruzione, la roccia liquida fusa sotto terra (magma) ha accumulato un'immensa pressione, e poi esplose in un'esplosione di lava. L'impatto fu così intenso che il vulcano collassò in un enorme bacino chiamato caldera.

Quello che era stato un'isola-vulcano, fu poi invasa dall'oceano, un evento ritenuto parzialmente responsabile della scomparsa della civiltà minoica.

L'isola di Santorini è diventata una popolare destinazione di viaggio con grandi navi oceaniche che navigano sulla caldera. Il villaggio di Phira è arroccato sul bordo della scogliera dei resti del vulcano.

Per quanto idilliaco possa sembrare, il vulcano di Santorini sotto l'oceano costituisce ancora il più grande pericolo vulcanico per l'Europa, insieme al Vesuvio in Italia.

Dentifricio piuttosto che fuochi d'artificio

A poche centinaia di chilometri a nord-ovest di Santorini, nel Golfo Saronico in Grecia, molto più vicino ad Atene, un tipo completamente diverso di "vulcano" sembra molto meno drammatico.

Le piccole isole di Egina, Methana e Poros sfoggiano colline arrotondate con strade che si snodano in salita in tornanti. Anche queste colline hanno origini vulcaniche, ma non assomigliano affatto a Santorini.

Qui, la lava liquida non è esplosa in una grande eruzione.

"Non ci sono prove che questi grandi eventi drammatici abbiano mai avuto luogo in queste isole, " afferma la prof.ssa Marlina A. Elburg, un ricercatore di geologia presso l'Università di Johannesburg.

"La spessa lava a blocchi trasudava dalle camere magmatiche sotto terra in queste isole tra 5,3 e 2,6 milioni di anni fa, durante il Pliocene. La lava era così densa, era più simile al dentifricio o allo stucco che al liquido. Ha formato cupole di lava piuttosto che vulcani di lava.

"Dopo alcuni milioni di anni di agenti atmosferici, sono colline ben mimetizzate, ma sono ancora considerati vulcanicamente attivi, " lei dice.

Com'è possibile che vulcani così vicini nel tempo e nello spazio geologico possano comportarsi diversamente? I ricercatori hanno utilizzato diverse tecniche per scoprirlo.

Trovare "impronte digitali" vulcaniche

Elburg e la coautrice Ingrid Smet, un dottorato di ricerca candidato in quel momento, analizzati campioni di lave in nuove analisi di roccia intera, in una ricerca pubblicata in Lithos .

Lo studio ha seguito la loro precedente ricerca sulle lave a Methana, pubblicato anche su Lithos .

Hanno cercato i rapporti di elementi molto specifici nei campioni, chiamate firme isotopiche. Le firme degli isotopi funzionano in modo simile alle "impronte digitali" per le lave:aiutano i ricercatori a capire di cosa erano fatte le lave, dove, e quando si sono formati.

"Per lo più le firme degli isotopi corrispondevano a ciò che ci si aspetterebbe da dove si trovano le isole nell'arco vulcanico dell'Egeo, "dice Elburg.

Ma ci sono state anche sorprese.

Macchina per il riciclaggio sotterranea

Sotto tutti questi vulcani di Egina, Metana, Poros e Santorini, qualcos'altro sta accadendo nel profondo della crosta del pianeta Terra. Correndo approssimativamente da est a ovest sotto il Mar Mediterraneo c'è l'arco vulcanico dell'Egeo. Questo arco è il punto in cui la placca tettonica africana "si tuffa sotto" la microplacca egea.

Il processo di "immersione sotto" è chiamato subduzione dai geologi. Significa che una parte della fresca crosta esterna della Terra inizia a muoversi sotto un'altra parte della crosta, venendo 'riciclato' all'interno della roccia liquida calda del mantello terrestre.

Le isole di Egina, Metana, Poros e Santorini non sono solo isole con vulcani. Tutti loro sono parte integrante della "macchina per il riciclaggio" della Terra che continua a rinnovare la crosta sotto gli oceani del pianeta.

Ciò solleva la domanda:perché queste isole hanno "storie di lava" così diverse? anche se sono tutti sul bordo del piatto dell'Egeo?

Alcune delle risposte hanno a che fare con ciò che va nelle "miscele" di lava per i vulcani.

Ricette di miscele di lava variabili

La placca africana "si tuffa sotto" la placca egea in una fossa oceanica nel Mar Mediterraneo. Questo accade molto lentamente a pochi centimetri all'anno. Il che significa che il freddo basalto incontaminato della crosta della placca africana discendente è stato immerso nell'acqua dell'oceano per milioni di anni prima di entrare nel magma molto più caldo sotto la placca egea sovrastante.

"La crosta della placca discendente è ora costituita da rocce alterate, contenenti minerali con acqua in essi. Questi minerali diventano instabili durante la subduzione a causa dell'aumento della pressione e della temperatura, e rilasciano la loro acqua, "dice Elburg.

"Quest'acqua abbassa il punto di fusione del mantello, simile a quello che succede quando si aggiunge sale al ghiaccio. Ecco perché il mantello sotto la sovrastruttura inizia a sciogliersi. È questo materiale fuso, o magma, che scorre/ trasuda dai vulcani/ dalle cupole di lava come lava."

Un altro possibile ingrediente delle diverse lave sono i sedimenti nella fossa oceanica nella zona di subduzione. All'Arco Egeo la placca che scende è ricoperta da un mucchio molto spesso di sedimenti oceanici. Alcuni dei sedimenti sono ex crosta continentale.

Gran parte di questo sedimento viene "raschiato via" quando la piastra subduce e forma un cuneo di accrescimento (o accumulo). Però, parte di essa scende anche nel mantello e si mescola con il cuneo del mantello che si scioglie, lei dice.

Stesso piatto, lave diverse

Da Egina, Metana, I vulcani Poros e Santorini fanno tutti parte della stessa zona di subduzione, la diversa attività vulcanica solleva diversi grandi interrogativi. Uno di questi è:

Perché la spessa lava a blocchi dei centri vulcanici occidentali Egina, Methana e Poros da 2,5 a 2 milioni di anni fa, ma lava liquida a Santorini 3, 200 anni fa?

Le risposte a questo creano altre domande sul comportamento di riciclaggio del pianeta in cui viviamo.

Ma le zone di subduzione sono difficili da studiare. Non è possibile andare in uno di questi e tornare con alcuni materiali campione. Gli scienziati hanno ancora bisogno di una maggiore comprensione del ruolo svolto dalla piastra prioritaria; quanta interazione c'è tra i magmi ascendenti e la crosta attraverso cui salgono; e se i magmi legati alla subduzione ottengono la loro firma geochimica dal sedimento che viene riciclato nella terra, dice Elburg.

"Le risposte a queste domande possono aiutarci a capire fino a che punto i processi di fusione iniziati a più di 100 chilometri di profondità nel mantello, continuare quando il magma è più vicino alla superficie della terra, " lei dice.

"Questo processo di 'contaminazione crostale' è un'altra 'macchina per il riciclaggio della terra', che può anche influenzare il potenziale di giacimenti minerari, come nelle Ande, dove si trovano i maggiori giacimenti di rame, e dove si pensa che questo 'riciclaggio intracrustal' svolga un ruolo importante".

Più profondo vs meno profondo

Un modo per studiare le lave consiste nel mettere le fette sottili (chiamate sezioni sottili) al microscopio e identificare i minerali. Poiché i minerali hanno bisogno di condizioni diverse per formarsi, la loro presenza può dire molto su dove e come si mescolavano i magmi.

In questo studio i minerali hanno indicato che le lave di Santorini erano più liquide perché si sono formate all'interno di camere magmatiche meno profonde, mentre le lave del centro vulcanico occidentale erano più spesse e a blocchi perché si formavano in camere magmatiche più profonde.

"Le sezioni sottili delle lave di Santorini mostrano pirosseni e un significativo plagioclasio. Ciò indica che il magma da cui si sono formati i cristalli era situato a basse profondità della terra, "dice Elburg.

E c'è una ragione invisibile per cui il magma si trovava a profondità inferiori a Santorini.

"La placca tettonica sopra le camere magmatiche di Santorini viene smontata. In termini geologici, è in estensione localizzata. E poiché il piatto viene steso e Santorini è in mezzo ad esso, Santorini sembra essere nella parte più sottile del piatto.

"Con una camera magmatica a una profondità minore, il tetto crollerà quando la camera inizierà a svuotarsi durante un'eruzione. Questo rende l'eruzione ancora peggiore e crea una caldera, come a Santorini, "aggiunge.

Nessuna esplosione

In contrasto, quando hanno guardato le sezioni sottili delle lave spesse e a blocchi di Egina e Methana, hanno trovato l'orneblenda. Il minerale era assente nelle lave di Santorini.

L'orneblenda può formarsi solo se il magma è abbastanza profondo nella Terra. Ciò indica che le camere magmatiche di Egina e Methana dovrebbero trovarsi più in profondità rispetto a Santorini.

"Con le camere magmatiche a maggiori profondità per i vulcani occidentali di Egina-Methana-Poros, che fa per i cambiamenti nella lava. Lì le camere magmatiche sotto le cupole di lava non sono crollate. Inoltre, la cristallizzazione del gruppo minerale anfibolo che include orneblenda, rende il magma più viscoso, o appiccicoso. Quindi è più difficile per il magma venire in superficie in primo luogo.

Piastra di over-riding vs sedimento

Per capire se la placca sovrastante o i sedimenti oceanici fossero il fattore più importante nella creazione di spesse lave a blocchi, i ricercatori hanno analizzato specifiche "impronte di lava". Questi rapporti isotopici radiogeni davano loro la migliore indicazione su quali materiali fossero mescolati nei magmi sotterranei per quelle lave.

"Abbiamo confrontato Santorini con le lave di Egina-Poros-Methana in termini di geochimica su ⁸⁷ Sr/ ⁸⁶ signore, ¹⁴³ Ns/ ¹⁴⁴ Nd e ²⁰⁸ Pb/ ²⁰⁴ pb. Erano nettamente diversi. Quindi combinando la firma isotopica radiogenica delle lave con rapporti di oligoelementi, siamo riusciti a individuare il sedimento discendente come la più grande influenza creando spesse lave a blocchi, not the overriding plate.

No one lava size

"We found that Aegina and Methana-Poros have their own individual volcanic histories, even though they're part of the Aegean arc.

"This means that a simple one-size-fits-all explanation, based on crustal contamination history, for the difference in eruptive style compared to Santorini does not work.

"Modern subduction zones are not all alike. Even in one volcanic arc, more than one eruptive style points to differences in subduction processes, " concludes Elburg.