I sistemi di alimentazione dei vulcani sono vasti e complessi. Ma non sono uniformi, nemmeno all’interno dello stesso vulcano. Una collaborazione guidata dalla Cornell University ha individuato meccanismi molto diversi alla base di due eruzioni storiche dell’Etna. Comprendere queste dinamiche, unitamente alle tecniche che le hanno rivelate, può aiutare i geologi a valutare il rischio di future eruzioni. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Geochemistry, Geophysics, Geosystems. Il primo autore è l’ex ricercatore post-dottorato Maxim Gavrilenko. Il progetto è stato guidato da Esteban Gazel, professore titolare della cattedra Charles N. Mellowes presso il Dipartimento di Scienze della Terra e dell’Atmosfera del Duffield College of Engineering della Cornell University, la cui ricerca esplora il funzionamento dei vulcani, in particolare cosa rende un’eruzione esplosiva e quali sono i meccanismi che la controllano.
L’esplosività è determinata da una serie di fattori, dalla viscosità del magma ai volatili, ovvero i gas che si separano, intrappolati al suo interno. “Immaginate una bottiglia di bibita gassata. Se la aprite senza agitarla, potete berla, ma se la agitate, tutte le bollicine si separano molto rapidamente e si verifica un’esplosione“, ha spiegato Gazel. “I vulcani funzionano in modo simile e il mio laboratorio sta cercando di quantificare questi processi”.
Sostanze volatili, CO₂ e nuove tecniche
Le sostanze volatili più importanti sono l’acqua e l’anidride carbonica. Per molto tempo, la comunità geologica ha ritenuto che l’acqua fosse la principale responsabile delle eruzioni vulcaniche, ma nel 2023 il gruppo di Gazel ha dimostrato che l’anidride carbonica può innescare eruzioni esplosive. I ricercatori hanno fatto questa scoperta grazie a un nuovo metodo che utilizza la spettroscopia Raman per analizzare i cristalli formatisi nel magma e misurare le minuscole bollicine di dimensioni micrometriche, che hanno uno spessore pari all’1-10% di quello di un capello umano.
“Questa tecnica ci fornisce la densità della CO₂ e, utilizzando un’equazione di stato, possiamo trasformare quella densità in pressione, e la pressione può essere trasformata in profondità”, ha affermato Gavrilenko. “Applichiamo quindi queste tecniche a queste eruzioni esplosive e siamo in grado di ricostruire il sistema di condotti con una precisione senza precedenti“.
L’Etna come laboratorio naturale
Sperando di studiare un sistema semplificato che coinvolga principalmente sostanze volatili, i ricercatori hanno scelto l’Etna, che, per essere un vulcano, è un gigante relativamente tranquillo. Tuttavia, ha avuto diverse esplosioni aggressive nel lontano passato. Una delle più grandi registrate risale al 122 a.C.. Fu sia “mafica” – con magma a bassa viscosità ricco di magnesio e ferro – sia pliniana – la categoria di eruzioni più esplosive, che prende il nome da Plinio il Vecchio, che le descrisse per la prima volta in occasione dell’eruzione del Vesuvio nel 79 d.C..
I collaboratori e coautori Terry Plank della Columbia University e Bruce Houghton dell’Università delle Hawaii, Manoa, si sono recati sull’Etna e hanno condotto un campionamento sistematico sul campo. Dopo aver sequenziato e misurato i cristalli di magma, i ricercatori hanno determinato che nell’eruzione del 122 a.C., il magma proveniente da una profondità di circa 22km risalì lentamente verso la superficie, ma si fermò per diverse settimane a una profondità di 2-5km, dove rilasciò gradualmente gas prima di eruttare.
Confronto tra due antiche eruzioni
Il team ha raccolto nuovi dati e ha confrontato i risultati con quelli di campioni di un’eruzione precedente, nota come evento Fall Stratified, avvenuta quasi 4.000 anni fa. In quel caso, il magma era risalito rapidamente da una profondità maggiore del mantello, circa 24-30km, ed eruttò in poche ore, spinto da una concentrazione di CO2 molto più elevata. “Alcuni vulcani sono caratterizzati solo da un’alta concentrazione di CO2, soprattutto nelle isole oceaniche, mentre altri sono controllati principalmente dall’acqua, come quelli nelle zone di subduzione. L’Etna è uno dei pochi vulcani al mondo in cui queste due specie volatili competono”, ha affermato Gazel. “Questo dimostra che, a una certa soglia di CO2, l’eruzione si verifica in profondità e con grande rapidità, mentre con una soglia di acqua più elevata, il processo è controllato a livelli superficiali“.
Applicazioni globali e risonanza mitica
Il team di Gazel sta ora applicando il suo metodo ai vulcani del Cile, delle Hawaii e di molte altre località. “Idealmente, questo dovrebbe essere fatto per ogni vulcano del pianeta“, ha affermato. “Questi sono i dati di cui abbiamo bisogno per i modelli fisici delle eruzioni, che sono alla base della valutazione del rischio”.
L’Etna non è solo un banco di prova ideale per analizzare le complesse dinamiche del comportamento vulcanico; Gazel ne apprezza anche il significato nella mitologia greca, dove è noto come luogo di sepoltura dei giganti Tifone ed Encelado, sconfitti dagli dei dell’Olimpo. “Potrebbero esserci i due giganteschi mostri mitologici sotto l’Etna“, ha concluso Gazel. “E se si osserva il sistema di condotti dell’eruzione pliniana, ricorda quello di Tifone, perché è allungato e sinuoso, e quello di Encelado, perché è più piccolo. Se lavori sull’Etna, è difficile non sentirsi legati alla storia, al lavoro classico e all’ottima cucina“.