Ci sono circa 1, 500 vulcani potenzialmente attivi in ​​tutto il mondo e circa 50 eruzioni si verificano ogni anno. Ma è ancora difficile prevedere quando e come si verificheranno queste eruzioni o come si svolgeranno. Ora, nuove informazioni sui processi fisici all'interno dei vulcani stanno dando agli scienziati una migliore comprensione del loro comportamento, che potrebbe aiutare a proteggere il miliardo di persone che vivono vicino ai vulcani.

vulcani che costruiscono cupole, che sono spesso attivi, sono tra i tipi di vulcani più pericolosi poiché sono noti per la loro attività esplosiva. Questo tipo di vulcano erutta spesso producendo prima silenziosamente un'estrusione a forma di cupola di lava spessa alla sua sommità che è troppo viscosa per fluire. Quando alla fine diventa destabilizzato, si interrompe e produce rapide correnti di gas caldo, pezzi di lava solidificata e cenere vulcanica, chiamate nuvole piroclastiche, che scendono lungo i fianchi del vulcano alla velocità di un treno veloce.

"I pericoli ad essi associati possono essere molto spontanei e difficili da prevedere, " ha detto il professor Thomas Walter, professore di vulcanologia e rischi geologici presso l'Università di Potsdam in Germania. "Ecco perché è così importante capire questo fenomeno delle cupole di lava".

Poco si sa sul comportamento delle cupole di lava, in parte perché non ci sono molti dati disponibili. Il prof. Walter e i suoi colleghi vogliono capire meglio come si formano, se possono variare in modo significativo nella forma e com'è la loro struttura interna. Negli ultimi cinque anni, attraverso un progetto chiamato VOLCAPSE, hanno utilizzato tecniche innovative per monitorare le cupole di lava utilizzando dati radar ad alta risoluzione catturati dai satelliti e viste ravvicinate da telecamere installate vicino ai vulcani.

"Pixel per pixel, potremmo determinare come la forma, mutata la morfologia e la struttura di queste cupole laviche, " ha affermato il prof. Walter. "Abbiamo confrontato (le immagini della webcam) con le osservazioni radar satellitari".

Lasso di tempo

Il progetto si è concentrato su alcuni vulcani a cupola come Colima in Messico, Monte Merapi in Indonesia, Bezymianny in Russia, e il Monte Lascar e Lastarria in Cile. Si trattava in parte di visitarli e di installare strumenti come telecamere time-lapse alimentate da pannelli solari che potevano essere controllati a distanza. Se iniziasse a formarsi una cupola di lava, Per esempio, il team potrebbe modificare le impostazioni in modo da acquisire più spesso immagini a risoluzione più elevata.

A causa dell'alta quota e delle condizioni meteorologiche avverse, configurare le telecamere è stato più impegnativo del previsto. "È stata una brusca curva di apprendimento, ma anche tentativi ed errori, perché nessuno poteva dirci cosa aspettarsi da questi vulcani visto che non era mai stato fatto prima, " ha detto il Prof. Walter.

Durante le loro visite, il team ha anche utilizzato droni. Questi sorvolerebbero una cupola di lava e catturerebbero immagini ad alta risoluzione da diverse prospettive, che potrebbe essere utilizzato per creare modelli 3D dettagliati. I sensori di temperatura e gas sui droni hanno fornito ulteriori informazioni.

Il prof. Walter e i suoi colleghi hanno utilizzato i dati per creare simulazioni al computer, come il modo in cui la crescita delle cupole di lava cambia di eruzione in eruzione. Hanno scoperto che le nuove cupole di lava non si formano sempre nella stessa posizione:una cupola di lava può formarsi sulla sommità di un vulcano durante un'eruzione, mentre la volta successiva si accumula su uno dei suoi fianchi. La squadra era perplessa, poiché un condotto all'interno di un vulcano porta il magma in superficie durante un'eruzione, il che significherebbe che cambia il suo orientamento tra un'eruzione e l'altra. "È stato molto sorprendente per noi, " ha detto il Prof. Walter.

Campo di stress

Sono stati in grado di spiegare come ciò accade esaminando la distribuzione delle forze interne, o campo di stress, in un vulcano. Quando il magma viene espulso durante un'eruzione, cambia il modo in cui le forze sono distribuite all'interno e provoca un riorientamento del condotto.

Il team ha anche scoperto che c'era uno schema sistematico su come cambiava il campo di stress, il che significa che studiando la posizione delle cupole di lava potevano stimare dove si erano formate in passato e dove sarebbero apparse in futuro. Ciò potrebbe aiutare a determinare quali aree vicino a un vulcano potrebbero essere più colpite dalle eruzioni ancora a venire.

"Questo è un risultato molto interessante per la ricerca predittiva se vuoi capire da dove verrà estrusa (o collassa) la cupola di lava in futuro, " Egli ha detto.

Sapere da dove esploderà un vulcano è una cosa, ma sapere quando lo farà è un'altra cosa e anche i fattori fisici che governano questo non sono ben compresi. Sebbene esista una relazione tra la frequenza con cui si verificano le eruzioni e la loro dimensione, con grandi eruzioni che si verificano molto raramente rispetto a quelle più piccole, la mancanza di dati affidabili rende difficile esaminare i processi che controllano la frequenza e l'entità delle eruzioni.

"Quando torni nella documentazione geologica, (le tracce di) molte eruzioni scompaiono a causa dell'erosione, " ha affermato il professor Luca Caricchi, professore di petrologia e vulcanologia presso l'Università di Ginevra in Svizzera.

Per di più, non è possibile accedere direttamente a questi processi poiché si verificano in profondità sotto un vulcano, a una profondità compresa tra 5 e 60 chilometri. Misurare la chimica e la consistenza del magma espulso durante un'eruzione può fornire alcuni indizi sui processi interni che hanno portato all'evento. E le camere magmatiche a volte possono essere studiate quando emergono sulla superficie della Terra a causa di processi tettonici. Estrarre informazioni da periodi di tempo specifici è ancora difficile, poiché l'"immagine" che ottieni è come un film in cui tutti i fotogrammi sono compressi in un'unica ripresa. "È complicato recuperare l'evoluzione nel tempo:cosa è realmente accaduto durante il film, " ha detto il Prof. Caricchi.

Il prof. Caricchi ei suoi colleghi stanno utilizzando un nuovo approccio per prevedere il tasso di ricorrenza delle eruzioni. Le previsioni precedenti erano in genere basate su analisi statistiche dei record geologici di un vulcano. Ma attraverso un progetto chiamato FEVER, il team mira a combinare questo metodo con la modellazione fisica dei processi responsabili della frequenza e della dimensione delle eruzioni. Un approccio simile è stato utilizzato per stimare quando si verificheranno nuovamente terremoti e inondazioni.

L'utilizzo di modelli fisici dovrebbe essere particolarmente utile per fare previsioni per i vulcani dove sono disponibili pochi dati. "Per estrapolare le nostre scoperte da un luogo in cui sappiamo molto, come in Giappone, hai bisogno di un modello fisico che ti spieghi perché la relazione frequenza-ampiezza cambia, " ha detto il Prof. Caricchi.

Per creare il loro modello, il team ha incorporato variabili che influenzano la pressione nel serbatoio di magma o il tasso di accumulo di magma in profondità al di sotto del vulcano. La viscosità della crosta sotto il vulcano e la dimensione del serbatoio di magma, Per esempio, svolgere un ruolo. Hanno eseguito oltre un milione di simulazioni utilizzando tutte le possibili combinazioni di valori che possono verificarsi. La relazione tra frequenza e magnitudo che hanno ottenuto dal loro modello era simile a quella stimata utilizzando i record vulcanici, quindi pensano di essere stati in grado di catturare i processi fondamentali coinvolti.

"È una specie di lotta tra la quantità di magma e le proprietà della crosta, " ha detto il Prof. Caricchi. "Sono i due grandi attori che si combattono per portare finalmente a questo rapporto".

Placche tettoniche

Però, il team ha anche scoperto che la relazione tra la dimensione e la frequenza dei cambiamenti tra i vulcani in diverse regioni. Il prof. Caricchi ritiene che ciò sia dovuto alle differenze nella geometria delle placche tettoniche in ciascuna area. "Possiamo vedere che la velocità con cui un piatto subduce sotto un altro, e anche l'angolo di subduzione, sembrano svolgere un ruolo importante nel definire la frequenza e l'entità di un'eruzione risultante, " ha detto. Il team sta ora iniziando a incorporare queste nuove informazioni nel proprio modello.

Essere in grado di prevedere la frequenza e l'entità delle eruzioni future utilizzando un modello potrebbe aiutare a valutare meglio i pericoli. In Giappone, Per esempio, uno dei paesi con i vulcani più attivi, conoscere la probabilità di future eruzioni di varie dimensioni è importante quando si decide dove costruire infrastrutture come le centrali nucleari.

È anche inestimabile nelle aree densamente popolate, come a Città del Messico, che è circondato da vulcani attivi, compreso Nevado de Toluca. Il Prof. Caricchi e i suoi colleghi hanno studiato questo vulcano, che non erutta da circa 3, 000 anni. Hanno scoperto che una volta che l'attività magmatica riprende, ci vorrebbero circa 10 anni prima che potesse verificarsi una grande eruzione. Questa conoscenza impedirebbe l'evacuazione di Città del Messico se vengono individuati i primi segni di attività.

"Una volta riavviata l'attività, sai che hai dieci anni per seguire l'evolversi della situazione, " ha detto il Prof. Caricchi. '(La gente) ora saprà qualcosa in più su cosa aspettarsi."