La camera magmatica di un vulcano potremmo assimilarla come idea a una sorta di avamposto del magma verso la superficie. Un magma che popola le profondità astenosferiche differenziandosi per caratteristiche chimiche e fisiche. Una differenza non da poco, poiché influenza le diverse tipologie eruttive, quando il materiale incandescente, stressato, balza fuori dal profondo.
I ricercatori affermano che i materiali eruttati da un vulcano sono nettamente inferiori alla capacità volumetrica complessiva della camera magmatica. Pensando all’eruzione delle pomici di Avellino che sconquassò l’area vesuviana circa 3800 anni fa, e a quella dell’ignimbrite campana nei Campi Flegrei, riconosciuta come la più potente in assoluto verificatasi nell’area regionale, c’è da rabbrividire elaborando calcoli sul materiale piroclastico asperso comparandolo poi e per proporzioni al contenitore sotterraneo…
Di recente è balzata alla cronaca la notizia che Vesuvio e Campi Flegrei attingono da un’unica grande camera magmatica. La Dott.ssa Lucia Pappalardo ha lavorato a questa tesi che è stata ampiamente riportata dai media soprattutto per gli aspetti di pericolo che si colgono. Avendo già arricchito il nostro giornale con un’intervista ad oggetto proprio la camera magmatica del Vesuvio, abbiamo posto alla gentile ricercatrice alcune domande:
Dott. Pappalardo, la camera magmatica di un vulcano è paragonabile a un pallone sgonfio che si riempie e poi scoppia?
Negli ultimi decenni le indagini geofisiche hanno rilevato al di sotto di vulcani quiescenti, come ad esempio la caldera di Yellowstone negli Stati Uniti d’America, oppure l’isola vulcanica di Santorini in Grecia, serbatoi magmatici più estesi del previsto, il che implicherebbe la possibilità in futuro di eruzioni catastrofiche.
I dati geofisici indicano che la forma di queste camere magmatiche è generalmente allungata, come una lamina estesa e sottile, e che nuovo magma profondo può “ricaricare” questi serbatoi in brevi periodi di tempo, come per impulsi. Ad esempio, tra il gennaio del 2011 e l’aprile del 2012, le immagini radar satellitari hanno rivelato che un flusso di magma ha “rigonfiato” la camera magmatica che si trova sotto il vulcano di Santorini, riempiendola di circa 10-20 milioni di metri cubi di materiale: approssimativamente 15 volte il volume dello stadio olimpico di Londra. Questo rigonfiamento ha causato un sollevamento dell’isola compreso tra gli 8 e i 14 centimetri. Tuttavia, anche paragonando il rigonfiamento osservato a qualcuno che soffia con forza in un palloncino (invisibile), non conoscendo quanto sia piccolo o grande il palloncino, non possiamo sapere quanti “soffi” saranno necessari per farlo scoppiare.
Articoli recenti datati autunno 2012, parlano di uno studio (Lucia Pappalardo & Giuseppe Mastrolorenzo, Rapid differentiation in a sill-like magma reservoir: a case study from the campi flegrei caldera. Nature’s Scientific Reports, 2 Article number: 712 (2012) doi:10.1038/srep00712), dove si accenna a un’unica grande camera magmatica, che alimenta sia il distretto del Vesuvio sia quello dei Campi Flegrei: è così?
Il nostro studio geochimico ed isotopico delle rocce delle eruzioni passate dei Campi Flegrei e del Somma-Vesuvio, ha messo in evidenza tra l’altro forti analogie tra le caratteristiche chimiche e fisiche (contenuto in gas, pressione, temperatura ecc…) delle camere magmatiche che hanno alimentato questi vulcani, tanto da farci ipotizzare che si trattasse di un unico esteso strato di magma. Questa teoria spiegherebbe anche la presenza di antichi crateri vulcanici all’interno della città di Napoli, identificati nell’area di Chiaia, che testimoniano la risalita di magma profondo nell’area napoletana localizzata proprio tra i due vulcani. Inoltre, il flusso di calore che oggi si misura in superficie, evidenzia un’unica anomalia positiva estesa al di sotto di tutta l’area napoletana, con il valore massimo in corrispondenza del supervulcano flegreo, dove probabilmente è localizzata la maggior parte del volume di magma.
La camera magmatica di un supervulcano quiescente (Campi flegrei) comprendente anche quella di un secondo vulcano capace di eruzioni del tipo pomici di Avellino, dovrebbe avere dimensioni sbalorditive…
Circa 40000 anni fa i Campi Flegrei eruttarono una quantità di magma considerevole (all’incirca 300 km3) durante la super-eruzione dell’Ignimbrite Campana, considerata la maggiore di tutta l’area mediterranea. L’eruzione fu talmente catastrofica che ricoprì tutta la regione campana di una spessa coltre di tufo grigio, mentre le ceneri più sottili trasportate dai venti raggiunsero distanze elevatissime, fino in Russia. Si ritiene che questa eruzione abbia provocato un vero e proprio “inverno vulcanico”, cioè una riduzione della temperatura terrestre di diversi gradi centigradi per molti anni e addirittura, secondo altre teorie, contribuito alla scomparsa dell’uomo di Neanderthal. Tuttavia, sebbene le super-eruzioni siano eventi altamente distruttivi, sono fortunatamente rarissime.
L’unicità di una camera magmatica condivisa da due distretti vulcanici molto vicini accresce i termini di rischio per le popolazioni?
L’area campana è tra le aree a più alto rischio vulcanico al mondo. Infatti, i vulcani napoletani attivi (Somma-Vesuvio, Campi Flegrei ed l’isola d’Ischia), in grado di generare eruzioni altamente esplosive, sono localizzati in aree densamente popolate. I nostri dati sulla velocità di crescita dei minerali nel magma hanno dimostrato che le camere magmatiche individuate dalle tecniche geofisiche a circa 7-8 km di profondità, potrebbero contenere magma parzialmente cristallizzato e ricco in gas, che potrebbe “esplodere” in qualsiasi momento. Tuttavia, i vulcani napoletani sono tenuti sotto controllo 24 ore su 24 da un efficiente sistema di monitoraggio che ci permetterà di registrare eventuali segnali premonitori (terremoti, deformazioni del suolo, variazioni del chimismo e temperatura dei gas fumarolici) in tempo utile per allertare la popolazione esposta al rischio. Certo, affinché la gestione dell’emergenza sia ottimale, è necessario predisporre validi piani di emergenza che devono essere ben noti alla popolazione anche attraverso esercitazioni di protezione civile e prove di evacuazione.
Da un certo punto di vista concernente la promiscuità areale, pure l’Isola d’Ischia con i suoi fenomeni di vulcanesimo potrebbe avere importanti connessioni con la camera magmatica già condivisa dagli altri due vulcani? D’altra parte qualche anno fa si registrarono scosse di terremoto al largo del Golfo di Napoli…
L’isola d’Ischia, la cui ultima eruzione risale al 1302, è parte del distretto vulcanico flegreo, insieme anche all’isola di Procida che però non è più in attività da circa 17000 anni. L’isola d’Ischia è nota anche per il terremoto che nel 1883 distrusse Casamicciola: fu il primo evento catastrofico dopo l’Unità d’Italia. Quasi l’80% dell’abitato andò distrutto con migliaia di morti, di cui molti turisti già allora presenti sull’isola. Tra le vittime del terremoto vi furono anche i genitori e la sorella del futuro filosofo Benedetto Croce, allora diciassettenne, che fu estratto vivo dalle macerie.
Con quali strumenti si identificano i limiti della camera magmatica e con quale grado di affidabilità?
Un potente strumento d’indagine per la caratterizzazione del sottosuolo è una tecnica nota come tomografia sismica. Essa ricalca a grandi linee i principi della TAC utilizzata in campo medico. Infatti, mentre nella TAC si utilizza la propagazione dei raggi X per individuare strutture a maggiore densità, allo stesso modo nella tomografia sismica sono utilizzate le onde sismiche. Queste si propagano in maniera differente a seconda della densità del materiale che attraversano. Nel caso di un liquido, come appunto il magma, le onde viaggiano molto più lentamente rispetto a rocce solide. Con questa tecnica è stato possibile individuare a circa 7-8 km di profondità al di sotto del Vesuvio e dei Campi Flegrei, uno strato a bassissima velocità delle onde P ed S, con spessore dell’ordine di 1 km, che è stato interpretato come un ampio serbatoio di alimentazione magmatica di forma planare, che appare essere una caratteristica comune ai due vulcani.
Un’altra tecnica pionieristica per studiare la struttura interna dei vulcani è la radiografia muonica. Queste particelle sono una sorta di elettroni «pesanti» che, proprio in virtù della loro massa, sono in grado di penetrare strati di roccia dello spessore di 1-2 chilometri. Attraverso un telescopio muonico è possibile determinare con precisione la traiettoria dei muoni che lo attraversano e costruire una mappa del diverso assorbimento che subiscono le particelle a seconda della densità delle rocce attraversate.
Oltre ai limiti è possibile stabilire la composizione chimica del magma in profondità, cioè ravvisarne le modifiche chimiche e fisiche dettate dai nuovi materiali in arrivo?
Quando nuovo magma profondo raggiunge il serbatoio magmatico più superficiale ed eventualmente si mescola con il magma già presente nella camera, è possibile che si verifichi un rilascio di gas magmatici che, attraverso le fratture presenti nelle rocce, arriva in superficie ed alimenta le fumarole. Per questo motivo la temperatura e la composizione chimica dei gas fumarolici sono tenute sotto controllo, poiché una loro variazione potrebbe indicare un aumento nell’apporto di magma profondo.
L’attuale estensione della camera magmatica del Vesuvio, contiene materiale a sufficienza per quale tipo di eruzione? In termini pratici cosa differenzia una camera magmatica foriera di eruzioni di tipo Avellino da quella che indusse l’eruzione del 1944?
I nostri studi sulle caratteristiche chimiche ed isotopiche dei magmi che hanno alimentato le eruzioni passate, indicano camere magmatiche distinte per le eruzioni poco esplosive o effusive del tipo dell’ultima eruzione stromboliana del marzo del 1944 rispetto alle eruzioni esplosive intermedie (supliniane) e catastrofiche (pliniane).
Il serbatoio che alimenta le eruzioni più modeste infatti, è caratterizzato da magma di tipo tefritico, poco viscoso e povero in gas, che staziona a profondità comprese tra 16 e 20 km. Le eruzioni più violente invece, sono alimentate da magmi più evoluti di tipo fonolitico, cioè più viscosi e ricchi di gas, che stazionano a profondità comprese tra i 6 e gli 8 Km. L’attuale camera magmatica è stata individuata proprio a questa profondità, dove del resto esiste un’importante discontinuità litologica dovuta al passaggio da rocce sedimentarie a rocce cristalline, che favorirebbe l’accumulo di grandi quantità di magma.
In molte publicazioni viene continuamente affermato che la potenza eruttiva di un vulcano è rapportata ai tempi di quiescenza… la moderna vulcanologia conferma questa tesi?
In effetti questa tesi che risale ad alcuni decenni fa, è stata superata dai più moderni studi scientifici. Ad esempio, una recente ricerca (Druitt et al., Nature 2012) ha dimostrato che nel caso della violenta eruzione che interessò il vulcano di Santorini nel 1600 a.c., e che si ritiene provocò la scomparsa della civiltà Minoica, il serbatoio di magma iniziò a ricaricarsi solo 100 anni prima della catastrofe e il processo si concluse solo pochi mesi prima dell’eruzione. Anche i nostri studi sulla velocità di crescita dei cristalli nei magmi vesuviani e flegrei hanno dimostrato che le camere magmatiche che alimentano questi vulcani sono in grado di raggiungere condizioni critiche che possono culminare in un’eruzione esplosiva violenta in tempi relativamente rapidi, dell’ordine di poche centinaia di anni.
I tempi di risalita in superficie del magma dal profondo sono imprevedibili?
Una stima sulla velocità di risalita del magma in superficie può essere dedotta dalle caratteristiche tessiturali delle rocce vulcaniche, in particolare dalle dimensioni e forma delle vescicole e dei microcristalli che si formano via via che il magma degassa durante la risalita nel condotto vulcanico. I nostri studi sulla tessitura delle rocce vulcaniche dei Campi Flegrei e del Somma Vesuvio hanno dimostrato che, nel caso di alcune delle eruzioni passate, il magma ha raggiunto la superficie in tempi relativamente rapidi. Tuttavia, per quanto riguarda una eventuale futura eruzione, nessuna previsione può essere formulata. In nessun modo infatti, è possibile definire con certezza quanto potrà durare il periodo di crisi che normalmente precede un’eruzione.
Nel grafico a colori è riportata la struttura profonda dei vulcani napoletani dedotta dallo studio geochimico delle rocce vulcaniche delle eruzioni passate dei Campi Flegrei e del Somma-Vesuvio. In rosso sono indicate le possibili aree di accumulo di magma. Il magma silicico ricco in gas localizzato intorno ai 6-8 km di profondità, ha alimentato le eruzioni intermedie e altamente esplosive, mentre il serbatoio di magma mafico più profondo ha alimentato le eruzioni meno violente
Con cordialità la redazione di Hyde ParK ringrazia la gentile ricercatrice, Dott. Lucia Pappalardo, per la preziosa collaborazione che ci ha assicurato, consentendoci con chiarezza di entrare nei dettagli più vivi e aggiornati delle caratteristiche geologiche dei vulcani che dominano il territorio cittadino e provinciale della città di Napoli.
