Analizzando le dinamiche di 12 esplosioni consecutive avvenute nel 2018, i ricercatori descrivono un nuovo tipo di meccanismo di eruzione vulcanica. Le esplosioni sono state causate da improvvisi aumenti di pressione dovuti al crollo del terreno, che hanno fatto esplodere nell'aria pennacchi di frammenti di roccia e gas caldo, proprio come un classico giocattolo a razzo.

I ricercatori dell'Università dell'Oregon, dello United States Geological Survey e dell'Università cinese del Sichuan riportano i loro risultati in un articolo pubblicato il 27 maggio su Nature Geoscience .

La particolare serie di esplosioni sulla sommità del Kīlauea faceva parte di una sequenza di eventi che includevano colate di lava in eruzione dalla parte inferiore del fianco del vulcano. Quelle colate di lava hanno distrutto per mesi migliaia di case e sfollato i residenti dell'isola di Hawai'i.

Comprendere esattamente cosa è successo nelle passate eruzioni vulcaniche, colloquialmente chiamato "hindcasting", consente ai vulcanologi di fare previsioni migliori sulle eruzioni future e fornire avvertimenti più accurati alle persone che si trovano sul percorso di un'eruzione.

Per la maggior parte, le eruzioni vulcaniche esplosive sono guidate principalmente dalla risalita del magma, dalla vaporizzazione delle acque sotterranee o da una combinazione dei due, secondo Josh Crozier, che ha svolto questa ricerca come studente di dottorato presso l'UO. Ma queste eruzioni non si adattavano perfettamente allo stampo.

"Queste eruzioni sono piuttosto interessanti in quanto non sembrano coinvolgere nessuno dei due", ha detto Crozier. "Il materiale eruttivo conteneva pochissimo che assomigliasse a magma fresco espulso, ma non ci sono prove che siano coinvolte significative falde acquifere."

L'Osservatorio del vulcano hawaiano, parte dell'U.S. Geological Survey, tiene sotto stretto controllo Kīlauea. Il vulcano è ricoperto di strumenti scientifici, dai sensori terrestri che misurano le oscillazioni della terra agli strumenti che analizzano i gas rilasciati dal vulcano.

"Una cosa interessante di queste eruzioni è che ce n'erano un sacco in sequenza notevolmente simili; questo è relativamente insolito", ha detto Leif Karlstrom, un vulcanologo dell'UO. "In genere, le eruzioni vulcaniche non si verificano con la stessa regolarità."

Quindi il team aveva più dati del solito su cui lavorare e ha potuto approfondire le dinamiche specifiche delle eruzioni.

Inserendo tutti questi dati in una varietà di modelli atmosferici e sotterranei, gli scienziati hanno messo insieme una nuova storia su ciò che è accaduto a Kīlauea durante la serie di eventi del 2018.

Prima di ogni esplosione in vetta, il magma defluiva lentamente da un serbatoio sotterraneo. (Questo magma alimentava flussi di lava a 40 chilometri di distanza, sul fianco orientale del vulcano.) Quando il serbatoio si esauriva, il terreno sopra di esso, il cratere all'interno della caldera sulla sommità del vulcano, collassò improvvisamente.

Ciò ha rapidamente aumentato la pressione nel serbatoio. E poiché c'era una sacca di gas magmatico accumulato nella parte superiore di questo serbatoio, l'aumento di pressione ha spinto il gas magmatico e i frammenti di macerie attraverso un condotto e li ha fatti esplodere da uno sfiato nel cratere di Kīlauea.

I ricercatori paragonano la dinamica dell'eruzione a un giocattolo a razzo, dove calpestando un airbag collegato a un tubo si lancia un proiettile in aria.

"Il 'stomp' è questo pezzo di roccia spesso un chilometro che cade, pressurizza la tasca e quindi spinge il materiale direttamente verso l'alto", ha detto Crozier. "E il 'razzo' è, ovviamente, il gas e le rocce in eruzione dal vulcano."

Il collasso della caldera è abbastanza comune, osserva Crozier. Quindi, anche se questa è la prima volta che gli scienziati hanno spiegato in modo specifico questo specifico meccanismo di razzo, probabilmente non è l'unica volta che si è verificato.

Lo studio è stato in grado di collegare le osservazioni geofisiche alle proprietà del pennacchio vulcanico nell'atmosfera.

"Questo collegamento è molto raro", ha detto Joe Dufek, vulcanologo dell'UO. "Ci indica nuovi modi per osservare le eruzioni e per combinare le misurazioni dei sensori con le simulazioni al computer per valutare meglio i rischi derivanti dalle eruzioni."

Il fatto che si sia trattato di una serie di eruzioni più piccole potrebbe aver reso più facile vedere il meccanismo sottostante, ha detto Dufek. Altri processi complessi non stavano mettendo in ombra la componente stomp-rocket.

Ma questo non vuol dire che Kīlauea sia semplice. Un tipico disegno da manuale di un vulcano mostra il magma che si muove verso l'alto attraverso camere a diverse profondità. Ma raramente è così semplice e un vulcano come Kīlauea, addobbato di strumenti scientifici, offre l'opportunità di scavare nei dettagli.

"Questo è un esempio, e ce n'è un numero crescente, in cui i percorsi di risalita del magma sono piuttosto geometricamente complessi", ha detto Karlstrom. "Ci fornisce un quadro molto più sfumato di come appaiono i sistemi idraulici vulcanici."