Gli scienziati che si sforzano di capire come e quando i vulcani potrebbero eruttare devono affrontare una sfida:molti dei processi hanno luogo in profondità nel sottosuolo in tubi di lava ribollenti di pericolosa Terra fusa. Al momento dell'eruzione, tutti i segnalini sotterranei che avrebbero potuto offrire indizi che portano a un'esplosione vengono spesso distrutti.

Ma sfruttando le osservazioni di minuscoli cristalli del minerale olivina formati durante una violenta eruzione avvenuta alle Hawaii più di mezzo secolo fa, I ricercatori della Stanford University hanno trovato un modo per testare modelli computerizzati del flusso di magma, che secondo loro potrebbe rivelare nuove intuizioni sulle eruzioni passate e forse aiutare a prevedere quelle future.

"Possiamo effettivamente dedurre gli attributi quantitativi del flusso prima dell'eruzione da questi dati di cristallo e conoscere i processi che hanno portato all'eruzione senza perforare il vulcano, " ha detto Jenny Suckale, un assistente professore di geofisica presso la Stanford's School of Earth, Scienze energetiche e ambientali (Stanford Earth). "Questo per me è il Santo Graal in vulcanologia."

I cristalli di dimensioni millimetriche sono stati scoperti sepolti nella lava dopo l'eruzione del 1959 del vulcano Kilauea alle Hawaii. Un'analisi dei cristalli ha rivelato che erano orientati in modo strano, ma modello sorprendentemente coerente, che i ricercatori di Stanford hanno ipotizzato fosse formato da un'onda all'interno del magma del sottosuolo che ha influenzato la direzione dei cristalli nel flusso. Hanno simulato questo processo fisico per la prima volta in uno studio pubblicato su Progressi scientifici 4 dicembre

"Ho sempre avuto il sospetto che questi cristalli siano molto più interessanti e importanti di quanto diamo loro credito, " disse Suckale, chi è l'autore senior dello studio.

lavoro investigativo

È stato un incontro casuale che ha spinto Suckale ad agire in base ai suoi sospetti. Ha avuto un'intuizione mentre ascoltava la presentazione di uno studente laureato di Stanford sulle microplastiche nell'oceano, dove le onde possono far sì che le particelle non sferiche assumano un modello di disorientamento coerente. Suckale ha reclutato l'oratore, allora-dottorato la studentessa Michelle DiBenedetto, per vedere se la teoria potesse essere applicata agli strani orientamenti dei cristalli di Kilauea.

"Questo è il risultato del lavoro investigativo di apprezzare il dettaglio come la prova più importante, " disse Suckale.

Insieme a Zhipeng Qin, un ricercatore in geofisica, il team ha analizzato i cristalli di scorie, uno scuro, roccia porosa che si forma per raffreddamento di magma contenente gas disciolti. Quando un vulcano erutta, il magma liquido, noto come lava una volta che raggiunge la superficie, viene colpito dalla temperatura atmosferica più fredda, intrappolando rapidamente i cristalli e le bolle di olivina presenti in natura. Il processo avviene così rapidamente che i cristalli non possono crescere, catturare efficacemente ciò che è accaduto durante l'eruzione.

La nuova simulazione si basa sugli orientamenti dei cristalli di Kilauea Iki, un pit crater vicino alla caldera sommitale principale del vulcano Kilauea. Fornisce una linea di base per comprendere il flusso del condotto di Kilauea, il passaggio tubolare attraverso il quale il magma caldo sotto terra sale alla superficie terrestre. Poiché le scorie possono essere soffiate a diverse centinaia di metri dal vulcano, questi campioni sono relativamente facili da raccogliere. "È entusiasmante poter utilizzare questi processi su piccola scala per comprendere questo enorme sistema, " ha detto DiBenedetto, l'autore principale dello studio, ora borsista post-dottorato presso la Woods Hole Oceanographic Institution.

Prendendo un'onda

Per rimanere liquido, il materiale all'interno di un vulcano deve essere costantemente in movimento. L'analisi del team indica che lo strano allineamento dei cristalli è stato causato dal magma che si muove in due direzioni contemporaneamente, con un flusso direttamente sopra l'altro, piuttosto che versare attraverso il condotto in un flusso costante. I ricercatori avevano precedentemente ipotizzato che ciò potesse accadere, ma la mancanza di accesso diretto al condotto fuso sbarrò prove conclusive, secondo Suckale.

"Questi dati sono importanti per far avanzare la nostra ricerca futura su questi rischi perché se posso misurare l'onda, Posso limitare il flusso di magma e questi cristalli mi permettono di raggiungere quell'onda, " disse Suckale.

Il monitoraggio del Kilauea da una prospettiva di pericolo è una sfida continua a causa delle eruzioni imprevedibili del vulcano attivo. Invece di far fuoriuscire lava continuamente, ha esplosioni periodiche che provocano flussi di lava che mettono in pericolo i residenti sul lato sud-est della Big Island delle Hawaii.

Il monitoraggio del disorientamento dei cristalli durante le diverse fasi delle future eruzioni del Kilauea potrebbe consentire agli scienziati di dedurre le condizioni di flusso del condotto nel tempo, dicono i ricercatori.

"Nessuno sa quando inizierà il prossimo episodio o quanto sarà brutto - e tutto dipende dai dettagli delle dinamiche del condotto, " disse Suckale.