La Penisola di Reykjanes, all’estremità sudoccidentale dell’Islanda, è una delle regioni più popolate del Paese e anche una delle più attive dal punto di vista vulcanico. Nel 2024, la tecnologia di rilevamento sviluppata al Caltech è stata implementata nella regione per studiare il movimento del magma nel sottosuolo e la sua eruzione in lava in superficie. Utilizzando i dati ottenuti da questa tecnologia, chiamata Distributed Acoustic Sensing (DAS), i ricercatori hanno sviluppato un metodo per fornire allerte fino a 30 minuti prima delle eruzioni laviche. Lo studio dimostra che il DAS può essere uno strumento utile sia per studiare l’attività vulcanica che per fornire allerte tempestive al pubblico.
La ricerca è stata condotta nel laboratorio di Zhongwen Zhan, professore di geofisica, titolare della Clarence R. Allen Leadership Chair e direttore del Caltech Seismological Laboratory. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Science.
Le eruzioni nella Penisola di Reykjanes
Dal novembre 2023, la Penisola di Reykjanes ha subito otto eruzioni laviche, alcune delle quali di entità tale da minacciare le città. Sebbene l’Islanda stessa sia relativamente attiva dal punto di vista vulcanico, i ricercatori ipotizzano che quest’area in particolare stia entrando in un periodo di maggiore attività che potrebbe durare di anni.
L’installazione
Per studiare questo fenomeno, Zhan e il suo team hanno avviato una collaborazione con scienziati islandesi e la società di telecomunicazioni Ljósleidarinn per installare i sensori DAS nella penisola per un anno, con l’obiettivo di caratterizzare meglio l’attività vulcanica e sviluppare un sistema di allerta precoce per le eruzioni.
“L’installazione è stata estremamente rapida”, afferma Jiaxuan Li, primo autore dello studio ed ex ricercatore post-dottorato al Caltech, ora professore associato presso l’Università di Houston. “Siamo riusciti a installare il nostro sistema su un cavo in fibra ottica lungo 100 chilometri entro 10 giorni da un importante evento di intrusione di magma avvenuto il 10 novembre 2023. Circa un mese dopo, abbiamo registrato la prima eruzione con il nostro sistema. Si è trattato di un’importante collaborazione internazionale con un impatto concreto”.
Il DAS
Il DAS funziona puntando dei laser verso cavi in fibra ottica sotterranei inutilizzati (come quelli che forniscono internet). Quando le vibrazioni attraversano il cavo, che siano dovute a un terremoto o al rumore del traffico, la luce laser subisce un cosiddetto cambiamento di fase. Misurare il cambiamento di fase in questa luce laser fornisce ai ricercatori informazioni sulle onde in transito, rendendo un cavo lungo 100 chilometri equivalente a una linea di migliaia di sensori sismici convenzionali.
L’attività vulcanica causa anche deformazioni sotterranee: il terreno si allunga e si comprime mentre il magma fuoriesce da camere sotterranee poco profonde, dove a volte accumula una pressione sufficiente per eruttare in superficie attraverso fessure chiamate dicchi. Il DAS è in grado di misurare con precisione i movimenti sotterranei nell’ordine dei millimetri in tempo reale, con una risoluzione molto più elevata rispetto al GPS o alle immagini satellitari.
Sviluppato un sistema di allerta precoce
Nel corso dell’anno di studio, il DAS ha raccolto dati sull’attività vulcanica sotterranea, monitorando in tempo reale come la Terra si allunga con il movimento del magma. Da questi dati, il team ha sviluppato un sistema preliminare di allerta precoce che ha informato il pubblico con un preavviso compreso tra 30 minuti e diverse ore prima di un’eruzione, a seconda della natura dell’intrusione magmatica.
La sismologa Vala Hjörleifsdóttir dell’Università di Reykjavik, coautrice dello studio, stava lavorando in Islanda per elaborare un metodo di allerta precoce per le eruzioni. In particolare, un sito eruttivo attivo vicino alla città di Grindavik rappresentava una minaccia per le diverse migliaia di abitanti della città. Quando il team del Caltech ha installato i sensori DAS, Hjörleifsdóttir ha collaborato con loro per identificare i segnali nei dati che indicavano l’arrivo di un’eruzione. “Un giorno, nell’agosto del 2024, eravamo a una riunione di gruppo al Caltech e il mio telefono ha iniziato a squillare con l’allerta precoce“, racconta Li. “Ventisei minuti dopo, Vala ci ha inviato un’e-mail che l’eruzione era effettivamente avvenuta e che avevano diramato un avviso di evacuazione”.
“Questo è il sistema vulcanico più attivo d’Islanda“, afferma Zhan. “Oltre alla necessità di fornire allerte in anticipo prima di un’eruzione, il progetto è scientificamente interessante perché abbiamo osservato più eventi di intrusione di magma di quanto pensassimo inizialmente, eventi che non affiorano in superficie. C’è ancora molto lavoro da fare e tutti i vulcani sono diversi, ma il DAS ci offre una nuova possibilità di vedere cose che prima non potevamo. Il nostro progetto è anche un ottimo esempio del potere della collaborazione internazionale“.
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