Scienze

Dentro i vulcani: ieri, oggi, domani

Nel 1992 usciva il primo numero di Focus, dedicato ai vulcani e alla previsione delle eruzioni. Che cosa è cambiato da allora?

Era il mese di novembre del 1992, e il primo numero in assoluto di Focus metteva i vulcani in copertina. Non a caso; perché i vulcani evocano una forza primordiale, legata al periodo in cui la Terra era appunto coperta di vulcani, che ebbero un ruolo fondamentale nel favorire lo sviluppo della vita. I vulcani di oggi, però, sono perlopiù fonte di preoccupazione, per i danni che possono produrre con le eruzioni. L'articolo di Focus di trent'anni fa si concentrava in particolare sulla situazione italiana. Partendo dal Vesuvio, allora tenuto sotto controllo perché si riteneva che potesse risvegliarsi, anche se non prima del 1995. In realtà, il Vesuvio è ancora quiescente: lo è dal 1944, un periodo insolitamente lungo per questo vulcano. Nel 1992, il Vesuvio era già monitorato da otto stazioni di sismografi, e la sua evoluzione valutata con modelli matematici, anche se non raffinati come quelli odierni. Già trent'anni fa si poneva il problema, in caso di eruzione imminente, della numerosa popolazione che vive nella zona del vulcano e si prospettava la stesura a breve di un piano di evacuazione. Il piano nel frattempo è arrivato (ma nel 2016) e prevede lo spostamento di quasi 700mila persone nell'arco di 72 ore.

Focus n. 1! La copertina del primo numero di Focus (novembre 1992) e l'articolo sui vulcani.
Focus n. 1! La copertina del primo numero di Focus (novembre 1992) e l'articolo sui vulcani. © Focus

Ieri la scommessa era giocare d'anticipo:
in Italia, 30 anni fa,
vi era già una buona rete di monitoraggio di queste montagne di fuoco. Mentre stava arrivando l'aiuto delle osservazioni dallo Spazio

Il pericolo è sull'isola. Maggiori preoccupazioni destava allora l'isola di Vulcano. «Dal punto di vista scientifico è oggi il vulcano più pericoloso in Italia», affermava l'esperto franco-belga Haroun Tazieff. Le sue emissioni gassose erano costantemente prelevate da un sistema di centraline realizzato sull'orlo del cratere dal CNR, e i dati erano analizzati in tempo reale all'Istituto di geochimica dei fluidi dell'Università di Palermo. Le rilevazioni sulla montagna erano ottenute anche con la tecnica geodimetrica, che consiste nella precisa misurazione delle variazioni di distanza (e quindi anche di livello del terreno), effettuate con un raggio laser. Iniziavano anche a essere utilizzati i satelliti Gps, entrati in funzione da due anni, che oggi consentono di rilevare le posizioni sulla superficie terrestre con una precisione straordinaria. Per fortuna, la temuta eruzione di Vulcano, silente dalla fine dell'Ottocento, non c'è stata.

Etna sempre attivo. Si è fatto invece sentire quasi costantemente, in questi ultimi trent'anni, l'Etna. Che nel 1992 era nel pieno di una delle sue eruzioni più durature del XX secolo, e che aveva messo in pericolo la città di Zafferana Etnea. Franco Barberi, il vulcanologo di Pisa che allora presiedeva la Commissione Grandi Rischi della Protezione Civile, raccontava su Focus n. 1 come era stato possibile, grazie al monitoraggio dell'attività effusiva (cioè senza esplosioni improvvise e con emissione di lava molto fluida) del vulcano, avere un margine di tempo sufficiente per avvertire la popolazione.

L'Etna già allora era un "laboratorio di ricerca", tenuto sotto controllo oltre che con geodimetri e satelliti Gps, dal satellite statunitense Landsat che, con sensori all'infrarosso, ne rivelava le variazioni termiche e quindi la presenza di colate laviche sotterranee. Anche il satellite ambientale europeo Ers-1 seguiva l'attività dell'Etna. La colata, in quel caso, era stata poi deviata con esplosivi e con un "tappo" di cemento. Tuttavia, commentava Barberi, «abbiamo vinto solo un round, ma i vulcani sono sempre infinitamente più forti dell'uomo».

Parossismo dell'Etna.
Parossismo dell'Etna. © Simone Capace / Focus, MyFocus

Oggi, con sensori, muoni e satelliti
abbiamo accorciato i tempi:
l'attività del Cumbre Vieja, alle Canarie, è stata seguita e prevista in tempo. E anche le montagne di fuoco italiane sono monitorate da terra e dallo Spazio

Mai era scesa in campo una schiera così numerosa di geologi di tutto il mondo e mai erano stati dispiegati tanti strumenti come è avvenuto per l'eruzione del vulcano Cumbre Vieja a La Palma, nelle isole Canarie. Droni dall'occhio di falco, sismografi sensibilissimi, rilevatori di gas hanno analizzato ogni respiro e movimento del vulcano. I geologi hanno raccolto di tutto, dalle particelle più piccole presenti nell'aria a "bombe di lava" grandi come cocomeri, che una delle forze più potenti della natura scaglia come proiettili incandescenti anche a chilometri di distanza. E stanno tuttora applicando tecnologie all'avanguardia per esaminare un'eruzione vulcanica relativamente semplice da studiare da terra e dal mare, ma anche dall'aria e persino dallo Spazio. L'obiettivo finale è sfruttare un'opportunità unica per comprendere meglio le eruzioni: come si formano, si sviluppano e, cosa ancora più cruciale, come prevederne l'inizio e la fine.

Magmi inaccessibili. Conoscere più da vicino quel che c'è sotto un vulcano è fondamentale, perché nonostante le ricerche già svolte e i progressi tecnologici, ancora oggi i ricercatori possono solo fare stime su ciò che accade nelle profondità della Terra; per questo non sempre si riesce a prevedere con precisione un'eruzione. Là sotto nessuno può andare e si possono solo ricavare ipotesi da quello che un vulcano emette. «Ci sono stati molti progressi negli ultimi 30 o 40 anni nella comprensione dei processi geologici ed evolutivi», spiega Pedro Hernández di Involcan, l'Istituto di vulcanologia delle isole Canarie, «ma è ancora difficile sapere con certezza cosa accada esattamente là dove si formano i magmi e come decideranno di venire in superficie». Anche se non sappiamo tutto, però, è proprio grazie alle informazioni raccolte che negli ultimi decenni sono stati fatti passi importanti nella previsione delle eruzioni, in particolare nei luoghi dove vi sono da lungo tempo importanti stazioni di rilevamento.

Un esempio è proprio il Cumbre Vieja: grazie a un controllo molto accurato, infatti, quando il magma iniziò ad accumularsi in profondità, gli scienziati furono in grado di misurare l'ondata di terremoti che si stava verificando e l'aumento della fuoriuscita di gas, che indicavano un'imminente eruzione. E così, giorno dopo giorno, hanno seguito l'avvicinarsi del magma alla superficie e le loro valutazioni hanno consentito alle autorità di iniziare le prime evacuazioni poche ore prima che l'eruzione effettivamente avvenisse, il 19 settembre del 2021; così non vi sono stati decessi direttamente collegati all'attività del vulcano.

Questa precisione è stata possibile perché negli ultimi anni, alle tecniche usate da tempo, si sono aggiunti i droni che consentono agli scienziati di sbirciare nel calderone vulcanico e i supercomputer che eseguono algoritmi di previsione. Il programma satellitare Copernicus dell'Unione Europea, poi, ha permesso di produrre immagini ad alta risoluzione per tracciare le deformazioni indotte dai magmi, oltre che un monitoraggio quasi in tempo reale dei flussi di lava e dell'accumulo di cenere che si sono verificati. Tra l'altro, sempre grazie ai satelliti, si è riusciti a seguire i grandi pennacchi di anidride solforosa, un gas tossico, attraverso l'Europa, il Nord Africa e addirittura fino ai Caraibi.

5 ottobre 2021: una notte a La Palma (Canarie).
5 ottobre 2021: una notte a La Palma (Canarie). © Alexandros Michailidis / Shutterstock

Dal Vesuvio all'Etna. Imponenti strutture tecnologiche simili a quella che monitora il vulcano Cumbre Vieja sono presenti anche in prossimità dei nostri vulcani attivi, dal Vesuvio ai Campi Flegrei, dallo Stromboli a Vulcano, fino all'Etna. A 25 metri di profondità sotto l'Osservatorio Vesuviano, per esempio, c'è una delle stazioni di monitoraggio del Vesuvio. «Vi sono sensori che lavorano ininterrottamente dal 1971, ma che nel corso del tempo sono stati ampliati nelle capacità di "ascoltare" gli eventi sismici», spiega Massimo Orazi, tecnologo dell'Ingv, l'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia. «La stazione comprende anche strumenti in grado di verificare se il cono vulcanico si gonfi o si stia deformando in qualche modo».

Focus Next 30: dentro i vulcani
Articolo pubblicato su Focus 352 (febbraio 2022). © Focus

Si tratta di tecniche già usate 30 anni fa, ma che oggi sfruttano strumenti molto più sensibili. A queste se ne sono aggiunte altre utili per meglio conoscere un certo vulcano o per predire con più accuratezza un'eruzione. Uno strumento rivoluzionario usato sul Vesuvio, sull'Etna e sullo Stromboli, e che serve per avere un'idea più precisa di come siano fatti, è la muografia. «È una tecnica simile a una radiografia con i raggi X, ma in questo caso si usano i muoni», spiega Giulio Saracino dell'Università Federico II di Napoli.

«Questi sono particelle elementari che si producono nella parte superiore dell'atmosfera quando la radiazione cosmica ad altissima energia interagisce con quest'ultima generando varie particelle, tra le quali, appunto, i muoni. Che ci hanno permesso, per esempio, di approfondire la struttura del Vesuvio. Dall'assorbimento dei muoni da parte del vulcano si riescono a dedurre le sue caratteristiche interne, come la sua densità, ossia se vi sia roccia oppure lava, e dal confronto nel tempo di varie rilevazioni se ne ricava l'evoluzione».

Anche lo Stromboli è stato radiografato con i muoni: in questo modo sono stati meglio compresi i processi eruttivi stromboliani e la dinamica del versante della Sciara del Fuoco, che nel passato è stato più volte interessato da frane che hanno dato origine a tsunami. Non è sfuggito ai muoni neppure l'Etna. La ricerca relativa è stata realizzata da Domenico Lo Presti dell'Università di Catania e ha permesso di documentare il crollo del pavimento del cratere, avvenuto nel 2018. A seguito del collasso si è aperta una via di comunicazione tra il cratere centrale e quello di nord-est. Un'apertura dalla quale fuoriusciva lava; ma ciò avveniva sottoterra e non se ne sarebbe accorto nessuno, se non fosse stato per le rilevazioni muoniche. «Ora stiamo per partire con una nuova rilevazione a livello internazionale che quest'anno ci permetterà di guardare ancora più in basso all'interno del cratere», spiega Lo Presti.

Anak Krakatoa, Indonesia.
Anak Krakatoa, Indonesia. © Deni_Sugandi / Shutterstock

L'aiuto dell'intelligenza artificiale. Non tutti i vulcani del mondo, però, sono tenuti sotto controllo come quelli di cui abbiamo parlato. Per esempio, il Semeru sull'isola di Giava, attivo da 80 anni, a metà dello scorso dicembre ha dato vita a un'eruzione esplosiva violentissima che nessuno aveva previsto. Le conseguenze sono state drammatiche, con decine di morti. È per vulcani come questo (per i quali mancano finanziamenti sufficienti per tenerli sotto controllo con accuratezza) che alcuni ricercatori stanno chiedendo aiuto all'intelligenza artificiale. Juliet Biggs, vulcanologa dell'Università di Bristol (UK), spiega: «Utilizzando osservazioni radar del satellite europeo Sentinel-1 è possibile rilevare le variazioni di quota del suolo. A seconda della posizione dei vulcani, la raccolta dei dati avviene ogni 6, 12 o 24 giorni». Ma i valori che si ottengono non sono immediatamente utilizzabili. Il vapore acqueo nell'atmosfera, infatti, può alterare il segnale dello spostamento del terreno. Per fronteggiare questo e altri problemi Biggs ha creato una rete neurale che analizza decine di migliaia di fotografie riprese da Sentinel-1 e dopo un'analisi in autonomia il supercomputer sceglie i vulcani che meritano effettiva attenzione.

Altri scienziati, come Matt Pritchard, vulcanologo della Cornell University di Ithaca (New York), stanno cercando di sviluppare algoritmi in grado di individuare i cambiamenti nei vulcani utilizzando parametri satellitari come la temperatura superficiale o le emissioni di cenere e gas. Lavorando con Biggs e altri, Pritchard spera di utilizzare tecniche di apprendimento automatico per vagliare 17 anni di dati ottenuti dai satelliti Terra e Aqua della Nasa, che misurano il calore proveniente dai vulcani in eruzione sulla Terra. Per potere, anche in questo caso, entrare in azione quando qualcosa di realmente anomalo richiede una verifica diretta al suolo.

Domani... il futuro sembra fantascienza!
Fibre ottiche e perforazioni profonde sono il domani della previsione dell'attività vulcanica

Quali sono le prospettive del prossimo futuro per lo studio dei vulcani e per prevederne le eruzioni? Una novità è quella delle fibre ottiche. In Islanda, il geofisico Sölvi Thrastarson, del Politecnico federale di Zurigo (Svizzera), ha depositato una linea in fibra ottica lungo il vulcano nato negli ultimi mesi nella zona del Grímsvötn, nel sud-est dell'isola. Quando un'onda di pressione esterna prodotta da un terremoto attraversa una sezione della fibra, la luce che scorre all'interno viene alterata in modo minuscolo ma misurabile, fornendo un quadro preciso dell'onda sismica che passa. A differenza dei sismometri tradizionali, che sono distanziati tra loro di molti chilometri, l'uso della fibra consente risultati simili a quelli che si avrebbero con sismometri posti a pochi metri di distanza l'uno dall'altro. Questa "densità" di dati, combinata con il basso costo e la robustezza della fibra, può dare risultati estremamente precisi sul comportamento del magma in profondità e quando si avvicina alla superficie.

Giù fino al magma. Sempre in Islanda vi è poi un progetto quasi fantascientifico: perforare un vulcano, il Krafla, fino a 2,1 chilometri di profondità. I lavori inizieranno nel 2024 e avranno un costo nell'ordine dei 100 milioni di euro. L'obiettivo del Krafla Magma Testbed è di scendere fino alla camera magmatica del vulcano, relativamente poco profonda, dove le temperature raggiungono i 900 °C. Mai è stato osservato e studiato il magma là dove si produce, e se i vulcanologi riusciranno in questo "progetto alla Giulio Verne" certamente si potrà conoscere molto di più sulla formazione e la fuoriuscita dei magmi.

31 gennaio 2022
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