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Ricostruito in laboratorio l’innesco di un supervulcano

Raffigurazione di una camera magmatica di un supervulcano con magma parzialmente fuso nella parte superiore. La pressione esercitata dal galleggiamento è sufficiente per provocare la formazione di fessure nella crosta terrestre in cui possa poi penetrare il magma. (credit: ESRF)

Raffigurazione di una camera magmatica di un supervulcano con magma parzialmente fuso nella parte superiore. La pressione esercitata dal galleggiamento è sufficiente per provocare la formazione di fessure nella crosta terrestre in cui possa poi penetrare il magma. (credit: ESRF)

Dei ricercatori hanno riprodotto le condizioni all’interno della camera magmatica di un supervulcano per capire come origina un’esplosione. Questi eventi sono piuttosto rari sulla Terra, ma sono di dimensioni catastrofiche, pari all’impatto di meteoriti giganti.

Utilizzando un sincrotrone a raggi X, gli scienziati hanno sperimentato che l’esplosione può avvenire spontaneamente, provocata dalla sola pressione del magma, senza bisogno che ci debba essere necessariamente un evento scatenante esterno.

I risultati dello studio sono stati pubblicati su Nature Geosciences.

Il team dello studio era guidato da Wim Malfait e Carmen Sanchez-Valle del Politecnico Federale di Zurigo e comprendeva scienziati provenienti dal Paul Scherrer Institute di Villigen (Svizzera), dall’Okayama University (Giappone), dal Laboratorio di Geologia del CNRS dell’Università Lyon 1 e ENS Lyon (Francia) e dal Sincrotrone Europeo (ESFR) di Grenoble (Francia).

Una eruzione di un noto supervulcano avvenne 600mila anni fa nel territorio che ora fa parte del Wyoming (USA) e originò un’enorme caldera nel cuore dell’odierno Parco Nazionale di Yellowstone.

L’esplosione riversò più di 1000 Km cubi di cenere e lava nell’atmosfera, una quantità 100 volte superiore al materiale emesso nel 1992 dall’esplosione del Monte Pinatubo nelle Filippine.

Le grandi eruzioni vulcaniche hanno sempre avuto un notevole impatto sul clima globale.

L’eruzione del Monte Pinatubo produsse una diminuzione della temperatura globale di 0,4 °C che andò avanti per un paio di mesi.

E’ stato calcolato che attualmente l’esplosione di un supervulcano provocherebbe un calo delle temperature di 10 gradi centigradi per 10 anni.

Finora i meccanismi che scatenano una super-eruzione sono rimasti abbastanza oscuri.

Secondo un rapporto del 2005 della Geological Society di Londra, comunque “nemmeno la fantascienza può produrre un meccanismo credibile per evitare una super-eruzione”.

La causa principale è che i processi all’interno di un supervulcano sono differenti rispetto a quelli dei vulcani tradizionali come il Monte Pinatubo.

Un supervulcano ha una camera magmatica molto più grande, collocata in una zona dove il flusso di calore dall’interno della Terra giunge molto elevato. Di conseguenza, la camera magmatica, oltre ad avere dimensioni notevoli, è anche plastica, cioè la sua forma cambia in relazione alla pressione, allorchè si riempie gradualmente di magma ad alta temperatura.

Questa plasticità consente alla pressione di conseguire maggiori effetti rispetto ad un normale vulcano con una camera magmatica rigida.

I supervulcani, quindi, è molto difficile che esplodano.

Ma cosa innesca allora l’inizio di un’eruzione?

“La forza che guida l’eruzione è una pressione che si aggiunge, causata dalle differenze di densità tra la roccia solida e il magma liquido”, afferma Wim Malfait. “E’ paragonabile ad un campo di calcio rigonfio d’aria e collocato sott’acqua che viene sospinto verso l’alto in acqua più densa”.

Ora, il dilemma se questa ulteriore pressione potesse, da sola, essere sufficientemente elevata da rompere la crosta terrestre, sfociando in una violenta eruzione, oppure se fosse necessaria una fonte di energia esterna, come un terremoto, è stato definitivamente risolto.

Mentre è praticamente impossibile praticare un foro nella camera magmatica di un supervulcano, data la profondità a cui si trova, si possono simulare queste condizioni estreme in laboratorio.

“I raggi X di un sincrotrone dell’ESRF sono stati utilizzati per sondare lo stato – liquido o solido – e le variazioni delle densità quando il magma cristallizza nella roccia”, assicura Mohamed Mezouar, scienziato dell’ESRF e membro del team di ricerca.

Il magma spesso include acqua che, allo stato di vapore, aggiunge ulteriore pressione.

I risultati hanno dimostrato che la pressione derivante dalle differenze di densità tra roccia solida e magma liquido è sufficiente per frantumare più di 10 chilometri di crosta terrestre al di sopra della camera magmatica.

“La nostra ricerca”, conclude Carmen Sanchez-Valle, “ha dimostrato che la pressione è in realtà abbastanza elevata per la crosta terrestre perché il magma che penetra nelle fessure possa raggiungere la superficie, anche in assenza di bolle di acqua o anidride carbonica al suo interno.

Giunto in vicinanza della superficie terrestre, il magma si espande violentemente, con le modalità che sono all’origine di qualsiasi esplosione vulcanica”.

Leonardo Debbia
8 gennaio 2013


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Aggiunto in: Ambiente & Natura, Geologia

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