Cosa provoca un'eruzione? Perché alcuni vulcani eruttano regolarmente, mentre altri rimangono dormienti per migliaia di anni? Un team di geologi e geofisici, guidato dall'Università di Ginevra (UNIGE), Svizzera, ha rivisto la letteratura sui meccanismi interni ed esterni che portano ad un'eruzione vulcanica. Analizzando la termomeccanica dei processi vulcanici profondi e la propagazione del magma in superficie, insieme alla chimica del magma, i geologi hanno stabilito che la maggior parte del magma che sale dalla profondità in realtà non provoca un'eruzione vulcanica. Mostrano anche che i vulcani più vecchi tendono a produrre meno frequenti, ma eruzioni più grandi e pericolose. Le loro scoperte, pubblicato in Recensioni Natura Terra e Ambiente , contribuirà a perfezionare i modelli dei processi vulcanici per ridurre l'impatto delle eruzioni vulcaniche sugli oltre 800 milioni di persone che vivono vicino a vulcani attivi.

L'attività vulcanica rimane difficile da prevedere anche quando è strettamente monitorata. Perché il Monte Fuji non è scoppiato dopo il forte terremoto di Tohoku, Giappone? Perché l'eruzione di Eyjafjallajökul ha generato una così grande quantità di cenere vulcanica? Per determinare le cause delle eruzioni vulcaniche, geologi e geofisici guidati da Luca Caricchi, docente presso il Dipartimento di Scienze della Terra della Facoltà di Scienze dell'UNIGE, hanno ripreso la letteratura esistente e analizzato tutte le fasi che precedono un'eruzione.

Il percorso del magma dalle profondità della Terra

Il magma è roccia fusa che proviene da decine di chilometri di profondità e risale alla superficie terrestre. "Durante il suo viaggio, il magma può rimanere intrappolato nei serbatoi all'interno della crosta terrestre, dove può ristagnare per migliaia di anni e potenzialmente non eruttare mai, " spiega Meredith Townsend, ricercatore presso il Dipartimento di Scienze della Terra dell'Università dell'Oregon (USA). Specializzato in modellistica termomeccanica, il ricercatore americano si è concentrato sul calcolo della pressione necessaria al magma per rompere le rocce che circondano il giacimento e risalire in superficie.

Eleonora Rivalta, ricercatore presso il Centro di ricerca per le geoscienze di Potsdam (Germania) e l'Università di Bologna (Italia), studiato la propagazione del magma mentre sale in superficie:"Se è abbastanza liquido, cioè se non contiene troppi cristalli, il magma può risalire molto rapidamente per una sorta di fratturazione semovente, " continua. Se il magma cristallizza più del 50%, diventa troppo viscoso e la sua marcia verso la superficie si ferma. Il magma può anche prendere strade diverse, verticale, orizzontale o inclinato. Luca Caricchi è specializzato in chimica dei magmi, che fornisce informazioni vitali sullo stato del magma prima che si verifichi un'eruzione vulcanica. "La chimica del magma e dei cristalli che contiene forniscono informazioni vitali sulla sequenza di eventi che portano a un'eruzione vulcanica, che è prezioso per interpretare meglio i segnali di monitoraggio dei vulcani attivi e anticipare se potrebbe verificarsi un'eruzione, " spiega il ricercatore ginevrino. Infine, Atsuko Namiki, ricercatore presso la Graduate School of Environmental Studies della Nagoya University (Giappone), ha analizzato i fattori scatenanti esterni di un'eruzione, come terremoti, maree o pioggia:"Queste da sole non possono causare un'eruzione, il magma deve essere pronto e in attesa di un innesco."

"Affinché avvenga un'eruzione, più condizioni devono essere soddisfatte contemporaneamente. Il magma con meno del 50% di cristalli deve essere conservato in un serbatoio, " esordisce Luca Caricchi. Quindi questo serbatoio deve essere sovrapressurizzato. La sovrapressione può essere il risultato di fenomeni interni come una rinnovata iniezione di magma o l'essoluzione di gas magmatici oppure può salire a valori critici a causa di eventi esterni come i terremoti. Infine , una volta che la pressione è sufficiente perché il magma inizi a salire, ci sono ancora molti ostacoli che possono impedire l'eruzione del magma.

L'età del vulcano come criterio primario

Questa analisi completa fa luce sul comportamento dei vulcani che possono cambiare nel corso della loro vita. "Quando un vulcano sta appena iniziando ad essere attivo, il suo serbatoio è piuttosto piccolo (pochi km ³ ) e la crosta circostante è relativamente fredda, che porta a molti frequenti, ma piccole e piuttosto prevedibili eruzioni, " spiega Luca Caricchi. È una storia diversa con i vecchi vulcani. "Il loro serbatoio è più grande e le rocce intorno a loro sono più calde. Quando viene iniettato nuovo magma, non genera molta sovrapressione perché le rocce intorno al serbatoio si deformano e la crescita continua, " dice il geologo. Ad esempio il Monte St. Helens (U.S.) ha iniziato a eruttare 40'000 anni fa (un lasso di tempo per gli standard geologici) e la sua ultima eruzione nel 2008 è stata piccola e non pericolosa. Al contrario, Toba (Indonesia) ha iniziato a eruttare in modo esplosivo circa 1,2 milioni di anni fa e la sua ultima eruzione 74000 anni fa è stata catastrofica. Ha completamente distrutto l'ambiente circostante e ha avuto un impatto sul clima globale.

Infine, l'accumulo di grandi quantità di magma porterà a grandi eruzioni. "Inoltre, i segnali di pericolo sono molto difficili da rilevare perché le alte temperature diminuiscono l'attività sismica e l'interazione tra gas e magma ne modifica la composizione, rendendo più difficile capire cosa sta succedendo sotto, " dice. Maggiore è il tasso di ingresso di magma, più velocemente il vulcano "invecchia".

Conoscendo l'età del vulcano, che può essere datato analizzando lo zircone nelle rocce, permette ai geologi di comprendere lo stadio di vita dei vulcani. "Ci sono attualmente 1, 500 vulcani attivi, e circa 50 di loro eruttano ogni anno. Sapere se evacuare o meno la popolazione è fondamentale e speriamo che il nostro studio contribuisca a ridurre l'impatto dell'attività vulcanica sulla nostra società, " continua Luca Caricchi. "Speriamo che i nostri risultati vengano testati su vulcani che sono stati ampiamente studiati, come quelli in Italia, Stati Uniti e Giappone, e trasferiti ad altri vulcani per i quali ci sono meno dati, come in Indonesia o in Sud America".