Vulcani
Come si prevedono le eruzioni vulcaniche in Islanda
Scopri come gli scienziati monitorano e prevedono le eruzioni vulcaniche in Islanda
L’Islanda è uno dei luoghi geologicamente più attivi del mondo. È questo che rende l’Islanda così unica e dinamica! Per questo, però, è importante che gli scienziati e gli esperti governativi siano in grado di prevedere con efficacia quando e dove potrebbe verificarsi un’eruzione vulcanica.
Ma ti sei mai chiesto come facciano i vulcanologi a prevedere un’eruzione quando tutto sembra invisibile, e avviene sottoterra fino al momento in cui la lava irrompe dalla terra? Scopri ora i tipi di dati utilizzati e le sfide affrontate dagli esperti di rischio naturale e dagli scienziati in Islanda per prevedere le eruzioni vulcaniche.
I vulcanologi dell’Università d’Islanda si preparano a prendere misurazioni della lava il primo giorno dell’eruzione di Meradalir nel sistema vulcanico di Fagradalfjall, Reykjanes, Islanda, agosto 2022. Foto di Jessiac Poteet.
Come si formano i vulcani in Islanda
Prima di poter capire i tipi di dati raccolti dagli scienziati che monitorano i vulcani islandesi, dobbiamo capire come si formano questi sistemi vulcanici (molto in generale, naturalmente!).
Sapere come si formano ci aiuta a capire perché gli scienziati raccolgono i dati che raccolgono. Ecco in breve come molti vulcani islandesi iniziano la loro fase pre-eruttiva:
Il magma si muove verso l’alto dalle profondità della Terra. In molti vulcani islandesi, il magma comincia ad accumularsi sottoterra per anni o mesi prima che inizi un’eruzione. Questo magma frattura la roccia madre esistente mentre si muove verso l’alto e verso l’esterno, dalle profondità della crosta terrestre o dal confine con il mantello, e inizia ad accumularsi nel sottosuolo.
Il magma inizia a raccogliersi e ad accumularsi. Si accumula in diversi tipi di zone di stoccaggio del magma, come sill o camere magmatiche. Si tratta di diversi tipi di serbatoi sotterranei che variano per dimensioni, forma e durata di utilizzo.
Il volume di magma aumenta e la pressione cresce. La pressione inizia ad aumentare mentre il volume di magma sotterraneo cresce e spinge contro la roccia madre. Il terreno sopra l’accumulo di magma comincerà a sollevarsi se si accumula abbastanza magma.
Il magma viene iniettato nella crosta superficiale. Quando pressione e volume raggiungono un massimo (diverso per ogni sistema), il magma si libera e si muove rapidamente verso la superficie attraverso condotti o bocche vulcaniche di vulcani preesistenti, oppure attraverso una rete di dicchi e fratture con nuove fessure vulcaniche formate.
Il magma erutta, trasformandosi in lava. Il magma si libera dal terreno ed erutta in una (a) eruzione esplosiva di lava, materiale espulso e cenere, come Eyjafjallajökull, oppure (b) eruzione effusiva di lava, come le attuali eruzioni a Fagradalsfjall e Svartsengi.
Quindi, perché abbiamo esaminato questo processo? Ora sai quali sono le principali tappe geologiche e i momenti che gli scienziati e gli esperti di rischi naturali osservano mentre prevedono cosa accadrà dopo nella vita di un vulcano. Stanno cercando accumulo, risalita ed eruzione del magma.
Ora che comprendiamo la sequenza di base degli eventi che portano a un’eruzione vulcanica (ancora una volta, molto in generale), possiamo passare a parlare dei dati!
Esempi di tipi di dati che scienziati ed esperti di rischi naturali usano per studiare e prevedere i vulcani: (1A&B) dati sui terremoti, ma rappresentati su una mappa (1A) e poi in 3D per mostrare la profondità (1B); (2) una mappa ricavata da due passaggi satellitari InSAR sulla penisola di Reykjanes, che mostra il sollevamento nell’area di Svartsengi; (3) un altro tipo di dati sismici (acustici) che mostra le onde sonore dei terremoti che raggiungono un ricevitore a terra; (4) grafici GPS del movimento a Krýsuvík, che mostrano il movimento in direzione nord-sud, est-ovest e su-giù; e (5) dati di pozzo che mostrano temperatura, pressione, terremoti e litologia (cioè i tipi di roccia). Dati dell’Icelandic Meteorological Office (IMO) e del Journal of Geophysical Research, campo geotermico di Krafla, 2026.
Dati che gli esperti usano per prevedere i vulcani
Esistono molti tipi diversi di dati che i vulcanologi e gli esperti di rischi naturali raccolgono e studiano per aiutarli a prevedere un’eruzione, dalle profondità della Terra allo spazio. Riassumiamo questi tipi di dati e analizziamo in modo approfondito come ciascuno aiuti gli scienziati. Ecco una breve sintesi:
Dati sismici - monitorano i terremoti causati dal movimento del magma e dalla tensione o compressione nella crosta terrestre
Dati GPS - tracciano in tempo reale i movimenti verso l’alto, verso il basso o laterali del suolo in un punto specifico.
Dati InSAR - utilizzano i satelliti per misurare lo spostamento del suolo di un’ampia area, ad alta risoluzione e nel lungo periodo
Dati di pozzo - sfruttano le differenze di temperatura, inclinazione, pressione, chimica e dinamica dei fluidi per monitorare i cambiamenti nel sottosuolo
Dati osservazionali - sfruttano i nostri cinque sensi per raccogliere dati sui cambiamenti dell’ambiente locale
Dati analogici - attingono a dati del passato e di altri sistemi vulcanici simili per aiutare a tracciare parallelismi con gli eventi attuali
Come puoi vedere, ci sono molti tipi di dati a disposizione di scienziati ed esperti di rischi naturali per studiare i sistemi vulcanici. Ora, esaminiamo ciascuno di questi tipi di dati in modo più dettagliato.
Dati sismici
Questi dati acustici registrano le vibrazioni della Terra, permettendo agli specialisti di rilevare i terremoti e seguire come lo stress e il magma si muovono all’interno di un sistema vulcanico. I modelli di questi segnali possono rivelare quando il magma si sta accumulando, risalendo, fratturando la roccia o aumentando la pressione nel sistema. I dati sismici di solito comprendono la magnitudo del sisma, la profondità del sisma e la posizione in superficie direttamente sopra il sisma. Usando le statistiche di molti terremoti nel tempo, gli specialisti della sismica possono iniziare a ricostruire un quadro del movimento e dello stress nel sottosuolo. Per esempio, tutti i terremoti in un’area sono localizzati a profondità simili oppure si allineano lungo una linea a profondità diverse? Questa potrebbe essere potenzialmente la differenza tra la formazione di un sill o di un dicco.
Dati GPS
Usando sia il GPS sia il GNSS, che sono ricevitori fissi, a terra e ancorati al suolo, i quali utilizzano i satelliti per misurare la loro posizione con precisione millimetrica. Seguendo minuscoli spostamenti nel tempo, gli scienziati possono rilevare la deformazione del suolo in un singolo punto causata dal magma che si muove sotto un sistema vulcanico. Il dataset satellitare dell’Islanda traccia i movimenti laterali, come nord, sud, est o ovest, ma anche il movimento lungo l’asse y, cioè verso l’alto o verso il basso. Per esempio, un movimento verso l’alto potrebbe indicare che il magma si sta accumulando nel sottosuolo, mentre un movimento verso il basso potrebbe indicare che il magma sta uscendo da una camera magmatica e si sta spostando altrove.
Dati InSAR
È l’acronimo di Interferometric Synthetic Aperture Radar (promettiamo che non ci sarà un test su questo!), ed è un importante tipo di dati raccolti dai satelliti che misura il movimento regionale su un periodo di tempo più lungo. Molto in generale, un satellite specifico sorvola una regione, inviando radar sulla superficie del terreno. Se riesce a farlo due volte, in date diverse, gli scienziati possono confrontare i due diversi passaggi del satellite e produrre una mappa regionale del movimento. Le mappe prodotte sono molto colorate e complesse da leggere, ma le aree con bande di colore più ampie indicano meno movimento, mentre le aree con bande di colore più fitte indicano più movimento o deformazione del terreno.
Dati di pozzo
Se nell’area sono stati perforati pozzi, sensori e monitor inseriti nel foro misurano una grande varietà di tipi di dati, tra cui temperatura, inclinazione, pressione, chimica dei gas, dinamica dei fluidi e persino sismicità. Aumenti di temperatura, cambiamenti di pressione, incrementi di alcuni gas possono essere segnali precursori del movimento del magma. Per esempio, nel 2023, presso la centrale geotermica di Svartsengi, l’aumento di SO2 indicava che il magma stava risalendo nel sottosuolo e si stava avvicinando alla profondità del pozzo. E molte delle stazioni di osservazione dei vulcani qui hanno strumenti che misurano l’inclinazione del terreno.
Dati osservazionali
Questo è un dataset jolly e non è sempre un dataset formale. Si tratta semplicemente di osservazioni umane dei cambiamenti locali e regionali che possono avvertirci di una futura eruzione vulcanica. Tra gli aspetti più importanti che gli esperti di rischi naturali osservano in Islanda ci sono le inondazioni glaciali mentre un sistema vulcanico si riscalda, il riscaldamento dell’acqua potabile quando i pozzi locali registrano l’aumento di calore, oppure un’intensificazione del vapore dal terreno o un aumento dell’attività delle manifestazioni geotermiche. Questo può includere anche l’andare sul campo e svolgere da remoto rilievi con droni, oltre a misurare nuove fratture, scarpate di faglia e spostamenti del terreno.
Dati analogici
Gli scienziati utilizzano dati analogici provenienti da sistemi vulcanici simili, in Islanda o all’estero, per formulare ipotesi su ciò che i loro dati significano e su quando il vulcano potrebbe eruttare rispetto ad altri vulcani simili. Questo include l’analisi di tutti i dati sopra citati provenienti da altri sistemi per vedere se si possono individuare parallelismi tra sistemi. Per esempio, con Svartsengi, gli esperti locali stanno usando la cronologia dell’eruzione e i dati del sottosuolo provenienti dagli incendi di Krafla e da Holuhraun per aiutare a stimare l’intervallo di tempo tra le singole eruzioni nella serie di attività vulcaniche.
Esempi di tipi di modelli e grafici che scienziati ed esperti di rischi naturali creano a partire dai loro dati per prevedere le eruzioni vulcaniche: (1) una mappa delle nuove fratture sulla penisola di Reykjanes ricavata da rilievi sul campo svolti di persona e da dati InSAR; (2) un modello della velocità di afflusso del magma in un sill sotterraneo sotto Svartsengi; (3) terremoti mappati per profondità e tempo, con l’agitazione vulcanica (movimento del magma nel sottosuolo, ma senza eruzioni) rappresentata nel grafico. Dati del Bulletin of Volcanology e del Nordic Volcanological Center dell’Università d’Islanda, e dell’Icelandic Meteorological Office.
Come usano gli scienziati questi dati per prevedere i vulcani?
Dopo aver raccolto questi dati, gli scienziati li usano insieme per creare un quadro completo di un sistema vulcanico e del suo stato attuale. Di solito si tratta di istantanee sempre aggiornate di un sistema, che evolvono mentre il magma si accumula, si muove ed erutta. Possono usare gran parte di questi dati per creare un modello del sottosuolo e stimare i volumi di magma e i tassi di riempimento di camere o sill magmatici sotterranei. Questi modelli possono essere grafici 2D di tempo contro volume o tasso e mappe di superficie, disegni 3D della presunta raccolta di magma nel sottosuolo oppure ricostruzioni 4D dell’accumulo di magma nel tempo.
Affidabilità dei dati nel prevedere le eruzioni vulcaniche
Questi dati sono affidabili? Per la maggior parte, i dati raccolti per la previsione delle eruzioni vulcaniche sono generalmente affidabili. Esistono però circostanze note che possono influire sull’integrità dei dati.
La triangolazione precisa dei dati sismici richiede una rete densa di sensori.
Il maltempo (assolutamente troppo comune in Islanda) e persino le tempeste geomagnetiche attive provenienti dal sole che causano l’aurora (anche queste comuni in Islanda) possono influire sui dati GPS.
I dati InSAR funzionano solo sulla terraferma e se la regione è priva di neve e nuvole.
Quindi sono molti i fattori che possono influire sui dati e sulla loro raccolta, anche se in genere gli esperti riescono a tenerne conto e a fare correzioni.
Naturalmente, anche se nel complesso i dati stessi possono essere piuttosto affidabili, interpretarne il significato può sempre risultare impegnativo. Non ogni sciame sismico è il precursore di un’eruzione, e non ogni campo di lava fumante significa che il magma sia vicino alla superficie. Quando si parla di eruzioni vulcaniche non esiste una previsione al 100%, ma gli scienziati di solito riescono a individuare i periodi in cui è più probabile che avvenga un’eruzione nella fase di avvicinamento. E una volta che il magma diventa abbastanza superficiale, gli scienziati hanno di solito da 30 minuti ad alcune ore per avvisare il pubblico di un’imminente eruzione.
L’ultima parola sulla previsione dei vulcani in Islanda
Speriamo che questo ti faccia apprezzare maggiormente la quantità di dati che gli esperti devono raccogliere e interpretare, e ti aiuti a capire che non si tratta di un compito preciso e infallibile quando si vuole prevedere un’eruzione vulcanica. È difficile prevedere qualcosa che non possiamo vedere direttamente con i nostri occhi. Ma, anche se prevedere un’eruzione vulcanica è complesso e impegnativo, gli scienziati in Islanda si fanno trovare pronti ogni giorno!
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Questo articolo è scritto dalla geologa Jessica Poteet. Ascolta la intervista con lei sul Lava Academy Podcast.
