Le onde di shock nelle esplosioni vulcaniche

Non si vedono ma ci sono, difficile riuscire a immortalarle in un video ma stavolta un videoamatore ce l'ha fatta: pochi giorni fa è riuscito a riprendere in modo casuale ma efficace una onda di shock. Si forma durante un'eruzione vulcanica e genera uno dei rumori più intensi che possano essere prodotti naturalmente.

Cosa sono le onde di shock

Come la nostra voce e la musica che ascoltiamo dagli altoparlanti sono niente altro che una variazione di pressione impressa all'aria circostante, anche le onde di shock si propagano allo stesso modo ma con un'energia immensamente più grande.

Il magma, risalendo dalle profondità in cui si trova a pressioni elevate, va verso la superficie e quindi verso un ambiente a bassa pressione come quella atmosferica; i gas in soluzione nel magma si riuniscono in bolle, che si moltiplicano e ingrandiscono grazie alla minor pressione a cui il magma è sottoposto per arrivare a un livello chiamato di frammentazione: possiamo paragonare questo sistema ad un boccale di birra: sul fondo si generano le bolle che risalendo, si accumulano in superficie fino ad arrivare ad esplodere (chiaramente l'energia in gioco è ben diversa).

Schema della miscela magmatica in un condotto vulcanico.
Risalendo a pressioni più basse, i gas formano bolle come in un boccale di birra...

A questo punto la miscela di gas esploso e di frammenti di liquido magmatico risale molto velocemente il condotto vulcanico e, una volta in superficie, entra nell'area del cratere e si espande.

La forma del cratere svolge un ruolo fondamentale perché si formi o meno l'onda di shock: rispetto al condotto, la superficie del cratere è molto più ampia ma la quantità di massa eruttata rimane la stessa, quindi la velocità del flusso deve necessariamente aumentare per compensare la inevitabile caduta di pressione del gas. Se questa caduta arriva a valori di pressione inferiore a quella atmosferica (e succede se il cratere è molto basso e molto largo), il gas in uscita deve istantaneamente riequilibrarsi alla pressione atmosferica, raggiungendo velocità supersoniche.

Uno dei crateri più famosi del mondo: il Vesuvio.
"Vesuvius from plane" by Pastorius via Wikimedia Commons

Schema di generazione di un'onda di shock:
Se il cratere è basso, la pressione dei gas scende sotto quella atmosferica.
Per riequilibrarsi, il gas deve aumentare la propria pressione istantaneamente, producendo l'onda di shock

Per fare un esempio, l'esplosione del Krakatoa del 1883 produsse un'onda di shock di 310 dB (non sono decibel calcolati come in musica) che fece 36 volte il giro del mondo, durando un mese intero, facendo apparire e scomparire la nebbia in un istante intorno al vulcano (la pressione sull'aria fu tale da far condensare immediatamente il vapore acqueo di umidità che si trovava in atmosfera, come si nota anche nel video iniziale).

Le onde di shock hanno una potenza paragonabile a quella generata da un'esplosione atomica, quindi se ci dovessimo trovare sfortunatamente di fronte al cratere di un vulcano in eruzione, saluteremmo questo mondo ancora prima che la colonna di cenere a oltre 1000 gradi ci investa... 

Il Bárdarbunga e la geologia dell'Islanda

Non pensavo di fare un post sull'eruzione del Bárðarbunga, il vulcano posto sotto il ghiacciaio Vatnajökull che da agosto ha catturato l'attenzione dei geologi e degli appassionati; eppure sotto le richieste di qualche amico, colgo l'occasione per raccontare delle peculiarità geologiche di questa isola affascinante che spero, un giorno, di visitare.

Eruzione del Bárðarbunga
Fonte: photos.gudmann.is

Geologia dell'Islanda

L'Islanda o Ísland (terra del ghiaccio nella lingua locale) è una giovane isola di origine vulcanica formatasi circa 20 milioni di anni fa. La sua particolarità sta nel trovarsi precisamente a cavallo fra la placca nordamericana e la placca euroasiatica, lungo quella che si chiama Dorsale medio-oceanica: una serie di fratture che percorre da Nord a Sud tutto l'Oceano Atlantico e che, con i suoi caratteristici basalti a pillow, è l'effetto visibile dell'azione del mantello terrestre, il motore che ha diviso e sta allontanando l'Europa e l'Africa dalle Americhe.

A rendere l'Islanda un'isola unica nel suo genere è anche la "fortunata" coincidenza di essere formata, oltre che dai magmi prodotti dalla dorsale medio-oceanica, anche da magmi originati dal mantello profondo e slegati dalla tettonica delle placche, attraverso quelli che vengono chiamati hot-spot o punti caldi.

Schema tettonico dell'Islanda

Schema di un Hot-Spot: si può notare come il magma si formi da rocce dal mantello profondo.

Essendo formata da magmi di un oceano in espansione, l'Islanda aumenta nel tempo la sua superficie con l'allontanarsi delle placche dalla dorsale e aumenta il suo volume con le numerose eruzioni che interessano il suo territorio.

Abbiamo quattro serie distinte per età di formazione, crescente con l'allontanarsi dalla Dorsale medio-oceanica:

• Postglaciale (fra 9000-13.000 anni fa)
• Formazione del pleistocene superiore (da circa 780 mila anni fa a circa 11 mila anni fa)
• Formazione del plio-pleistocene (circa 2,6 milioni di anni fa)
• Basalti di plateau, fra 3 e 16 milioni di anni, che ricoprono circa il 50% dell'isola.

Schema vulcanico islandese.
Fonte: "Volcanic system of Iceland-Map-it" da Wikimedia.org

L'eruzione attuale

Dal 16 agosto si è iniziata a rilevare una certa attività sismica nei pressi del ghiacciaio Vatnajökull, spesso 700 metri e che copre un grosso edificio vulcanico chiamato Bárðarbunga che si è innalzato di diversi metri, segno di una variazione dei gas vulcanici sotterranei e di movimenti sospetti nella camera magmatica; nei giorni successivi è stato possibile intravedere una serie di depressioni allineate in direzione nordest che si sono poi sviluppate, il 29 agosto, in una frattura posta a Est del vulcano principale e che ha prodotto spettacolari fontane di lava allineate generando quello che viene chiamato dicco. 

Al momento l'eruzione è ancora in corso, accompagnato da attività sismica che viene registrata in tutta l'area interessata.

Per chi fosse interessato a controllare in ogni momento la situazione del vulcano Bárðarbunga, esiste un sito con telecamere sempre attive, oppure un altro sito con meravigliose foto sia dell'Islanda in generale e dell'eruzione in questione.

Il possibile problema del traffico aereo

Al momento non c'è alcun allarme imminente ma il vulcano viene monitorato continuamente perché, in caso di una grande eruzione, potremmo avere gli stessi problemi al traffico aereo come per l' eruzione dell'Eyjafjöll del 2010, quando le ceneri fini arrivarono fino nella stratosfera mettendo in pericolo il corretto funzionamento dei motori a reazione degli aerei. 

In questo caso i geologi, assieme ai fisici dell'atmosfera, studiano come le dinamiche eruttive dei vulcani possano incidere sul traffico aereo e cercare di limitare i disagi per tutte le persone che hanno bisogno di spostarsi, massimizzando il numero di voli che possono attraversare le aree interessate. Per questo in Europa c'è il Progetto Arise.

GeoTrip #4/2 - Vulcano, la fucina di Efesto

Dopo la prima parte sul GeoTrip a Stromboli e la sua storia geologica, mi voglio soffermare su un'altra isola dell'arcipelago delle Eolie, Vulcano. Prende il nome dalla versione latina di Efesto, il dio del fuoco e della metallurgia; su questa isola i Greci vi trovarono i segni di una delle sue fucine dove forgiava manufatti famosi per la loro perfezione; nel V secolo avanti Cristo, Vulcano veniva descritta come "fumante di giorno e fiammeggiante di notte".

Come detto per Stromboli anche Vulcano (assieme a Lipari e le altre isole minori) fa parte di un arco vulcanico legato alla subduzione della crosta oceanica del Mar Ionio sotto la Calabria e il Mar Tirreno il quale, da una ventina di milioni di anni a questa parte, si sta distendendo verso sudest.

Schema tettonico della crosta oceanica ionica che subduce nel mantello terrestre,
proprio in corrispondenza delle isole Eolie.

A differenza di Stromboli, non c'è attività eruttiva in corso ma sul cratere è possibile osservare le fumarole, aperture nel terreno caratterizzate da una deposizione di color giallo dovuto allo zolfo, dove escono con temperature di diverse centinaia di gradi Celsius gas acidi quali acido solforico, anidride carbonica e monossido di carbonio per i quali sconsiglio di starci troppo a contatto e magari attraversarli come fanno molti turisti, esiste il rischio concreto di poter avere un malore, specialmente chi soffre di asma. 

Particolare di fumarola. Il colore giallo è dovuto alla deposizione di Zolfo.

Particolare di una bomba scagliata durante una eruzione con la cosiddetta fratturazione "a crosta di pane",
dovuta dalla differente velocità di raffreddamento fra la superficie e l'interno.

Seguendo il sentiero che parte dalla SP 178 e che porta fin sull'orlo del cratere girandovi attorno, è possibile ammirare il paesaggio che solo queste isole sanno offrire: la vista delle isole vicine come Salina, Filicudi, Lipari e più in lontananza Panarea e Stromboli, ripagano di una salita affrontata sotto il sole, su un terreno sciolto con pendenze molto ripide e se volgete lo sguardo verso sud, potrete scorgere l'Etna all'orizzonte.

Le isole Eolie (in lontananza Panarea e Strombli) viste dalla sommità del cratere di Vulcano

L'Etna all'orizzonte, visto dal lato sud del cratere di Vulcano.

L'attività delle fumarole si vede anche in mare: in una delle due spiagge che fanno parte dell'istmo che collega Vulcano a Vulcanello e chiamata appunto Spiaggia delle Fumarole (l'altra è detta delle Spiagge Nere e personalmente è più bella), è possibile ammirare i gas che escono dal fondo del mare e fanno gorgogliare l'acqua ma con temperature molto più basse: anche qui è pericoloso avvicinarsi soprattutto se si hanno difficoltà respiratorie, l'anidride carbonica è inodore, incolore ed è più pesante dell'aria e tende a rimanere sopra la superficie del mare, potreste essere colti da uno svenimento, quindi finire sott'acqua e rischiare più del dovuto! Inoltre i gas sono acidi e attaccano tutti gli oggetti metallici che potremmo indossare che non siano d'oro, sciupandoli. Toglierseli prima di entrare in acqua, quindi.

Effetto dei gas vulcanici che risalgono in mare.

Il Castello dell'inglese

Curiosa è la storia di James Stevenson che su Vulcano aveva aperto un'attività di estrazione dello zolfo alla fine dell'800. Pochi anni più tardi, un'eruzione di cui esistono testimonianze fotografiche, fece scappare a gambe levate il titolare e tutti gli addetti lasciando l'azienda da un momento all'altro e senza farvi più ritorno. La casa di Stevenson, chiamata adesso Castello dell'inglese, è l'abitazione più vecchia dell'isola.

Un appunto per chi fosse tentato da voler fare un bagno nella pozza dei fanghi che si trova vicino al porto: nonostante la passino come un'attività curativa e a pagamento, nutro qualche dubbio sulla effettiva salubrità di una ex vasca di decantazione di una miniera. Non essendoci però studi in merito, ognuno faccia tranquillamente la propria scelta consapevole.

Storia geologica di Vulcano

Il vulcano principale si trova a un'altitudine di circa 400 m, con il cratere che arriva fino quasi a 600 m, escludendo altri 1000 m che si trovano sotto il livello del mare.

Vulcano nasce geologicamente poco più di 100 mila anni fa, inizialmente con lave di tipo hawaiiano per poi diventare un vulcano con eruzioni ben più consistenti. Vengono riconosciuti diversi "periodi" di attività, alternati da fasi di quiescenza come in questo ma ad 80-100, 15-14, 8 e 5 mila anni fa, una serie di eruzioni con formazione e collassi di caldere hanno dato la conformazione attuale al vulcano.

Nel 183 d.C. secondo fonti storiche, si sarebbe formato quello che viane chiamato Vulcanello, una piccola isola a nordest del vulcano principale e collegato ad esso tramite un istmo.

L'ultimo momento di crisi di Vulcano è terminata nel 1995 quando le temperature delle fumarole aumentarono vertiginosamente, facendo temere il peggio per gli abitanti.

Rimangono molto singolari le descrizioni che ci ha lasciato Giuseppe Mercalli sulle eruzioni di Vulcano che comunque rappresentano una testimonianza diretta e una cronologia delle eruzioni di epoca storica.

GeoTrip #4/1 - Stromboli, il faro del Mediterraneo

La storia geologica della penisola italiana è legata a quella del Mediterraneo occidentale; la sua nascita ed evoluzione è legata allo scontro fra le placche europea ed africana che hanno permesso la nascita di catene montuose come le Alpi e gli Appennini nonché l'apertura di nuovi mari come il Bacino Balearico e il Mare Tirreno (accennato già nei post sul bacino Firenze-Prato-Pistoia e sul Sinis).

La rotazione del blocco sardo-corso e degli appennini.
Le frecce indicano la direzione di movimento delle placche tettoniche.

Stavolta vi racconto delle bellezze che potrete osservare nel Tirreno meridionale, precisamente in quello che è conosciuto come l'Arcipelago delle Eolie, una serie di isole di origine vulcanica (sono vulcani a tutti gli effetti!) che hanno affascinato l'uomo sin dai tempi antichi, che prende direttamente il nome dal mito di Eolo, incaricato da Zeus per controllare i venti e ha dato la residenza perfino ad una delle fucine di Efesto (Vulcano per i romani), il dio del fuoco e della metallurgia.

L'arcipelago delle Eolie

Ma geologicamente parlando, cosa rappresentano queste isole?

Sistema geologico Tirreno - Ionio

Le Eolie rappresentano un sistema di isole dette di "arco vulcanico": il Mediterraneo occidentale ed orientale sono due entità separate e distinte e la catena alpino-himalayana marca questo passaggio.

Schema di formazione delle isole di arco vulcanico

Studi geofisici hanno dimostrato che il fondo del Mare Ionio è costituito da una crosta oceanica antica e molto rigida che, dopo l'inizio di apertura del Mare Tirreno avvenuta circa 20 milioni di anni fa, ha iniziato a "subdurre" sotto quello che è al momento la zona più tormentata di tutta la penisola, ovvero l'arco calabro peloritano che sta procedendo verso sudest, svincolato dal resto della penisola tramite due faglie principali chiamate "Linea di Sangineto" e "Linea di Taormina" (vedi figura), permettendo la distensione ed assottigliamento del Mare Tirreno. 

Arco calabro-peloritano, punto in cui il Tirreno sta avanzando più velocemente.

Schema di apertura del Tirreno con evidenziata in rosso,
in blu la crosta oceanica ionica che subduce in prossimità della Calabria.

Schema della subduzione della crosta oceanica ionica in sezione.
Nel rettangolo rosso il punto dove si trovano le isole Eolie.

La crosta oceanica dello Ionio, scendendo in profondità nel mantello terrestre, raggiunge temperature e pressioni tali da permettere la fuoriuscita di elementi volatili (in primis l'acqua intrappolata nei suoi sedimenti) che favoriscono la fusione della parte sovrastante del mantello e la creazione di un sistema di vulcani in superficie quale le Eolie, appunto.

Stromboli

Di tutte le Eolie è sicuramente la più affascinante, l'unica che ancora presenta attività eruttiva e che richiama molti turisti ed appassionati.

Il profilo di Stromboli, ripreso dall'imbarcazione che ci ha accompagnato.

Svetta per quasi mille metri sopra il livello del mare ma ne nasconde altri duemila sotto, i suoi fianchi raggiungono pendenze di 40° costruiti dall'attività eruttiva iniziata circa duecento mila anni fa e uscita dal mare a circa 160 mila.

Nel corso dei millenni e delle varie eruzioni, Stromboli ha cambiato profondamente la sua fisionomia con la costruzione e successivo crollo di vari e molteplici crateri. I crateri che vediamo adesso risalgono a circa 13 mila anni fa e da allora i vari crolli hanno dato la forma alla famosa Sciara del Fuoco (che comunque esiste da circa 26 mila anni, legata al vecchio cratere detto I Vancori), il fianco sui cui adesso scendono i blocchi eruttati dal cratere di nordest. 

La storia geologica dell'isola di Stromboli comincia circa 200.000 anni fa, quando un primo vulcano attivo di grandi dimensioni emerge dal mare, in posizione NE rispetto all'isola attuale. Oggi di questo vulcano antico rimane soltanto il condotto solidificato (neck) rappresentato da Strombolicchio (vedi sotto).

Il vero e proprio vulcano di Stromboli emerge dal mare circa 160.000 anni fa. Inizialmente i centri di emissione sono nella parte meridionale dell'isola attuale, dove affiorano le unità più antiche appartenenti ai complessi del Paleostromboli I e II.

Circa 35.000 anni fa il centro di emissione migra leggermente verso nord e le emissioni di lava e i depositi piroclastici legati a eruzioni esplosive danno origine ad un cono che raggiunge quota 700 m s.l.m. (Paleostromboli III).

Le fasi successive della storia di Stromboli vedono la formazione ed il collasso calderico di vari edifici vulcanici. In particolare, a circa 34.600 anni fa risale il complesso eruttivo di Scari, osservabile presso Scari e a sud del paese sotto forma di spesse sequenze di bombe vulcaniche, lapilli e lahar. Mentre successivo (circa 26.000 anni fa) è il complesso del Vancori, caratterizzato da depositi piroclastici ebasalti shoshonitici. In questa fase, la cima del vulcano era occupata probabilmente da una grande caldera. Il ciclo Scari-Vancori si conclude con il collasso laterale (una grande frana) del settore occidentale e nordoccidentale dell'edificio vulcanico.

La fase successiva, a partire da circa 13.800 anni fa, vede la ricostruzione dell'edificio nel settore nordoccidentale. Il nuovo centro eruttivo, detto Neostromboli, è ubicato a nord dell'attuale costone dei Vancori. Contemporaneamente, alcuni centri eruttivi secondari danno origine al "Timpone del Fuoco" presso Ginostra, alle lave di San Bartolo e di San Vincenzo.

All'incirca tra 10000 e 5000 anni fa il settore nordoccidentale subisce nuovi collassi laterali (frane), lasciando una profonda depressione a forma di ferro di cavallo che si estende dalla cima fino ad una profondità di circa 2.000 m sotto il livello del mare: la Sciara del Fuoco. Lentamente la depressione viene riempita da materiale piroclastico e colate di lava. Il centro eruttivo attuale è rappresentato da un grande cono piroclastico che si trova nella parte sommitale della Sciara del Fuoco, a quota inferiore rispetto al Pizzo Sopra la Fossa, ed è caratterizzato, come detto sopra, dalla presenza di tre crateri allineati parallelamente alla Sciara, in direzione NE-SW.

Tratto da Wikipedia 

Eruzione dal cratere di nordest

Pericolosità e rischio vulcanico

Se guardiamo Stromboli dal punto di vista della sua pericolosità e del rischio connesso alla sua attività eruttiva, non ci sono dubbi: Stromboli è molto pericoloso. Eppure ai suoi piedi ci abitano persone e l'attività turistica legata a "Iddu" (come lo chiamano i locali) è una delle fonti principali di reddito; è un rapporto molto delicato e che solo uno stromboliano può tentare di spiegare. 

L'Università di Firenze è presente da circa 30 anni con un osservatorio e coadiuva le ricerche scientifiche internazionali che studiano il vulcano; inoltre è Centro di Competenza della Protezione Civile in caso di allerta.

Da ricordare le eruzioni del 2002-2003 (con lo tsunami del 30 dicembre 2002) e del 2007.

Visitare Stromboli

Esistono molti sentieri che permettono di salire al vulcano ma, vista la pericolosità, è obbligatorio affidarsi alle guide escursionistiche che regolano l'accesso, in accordo alle disposizioni del Comune e della Protezione Civile che dirama un bollettino giornaliero sull'attività (non è raro che il divieto diventi assoluto nei momenti di particolare attività eruttiva).

Qui potete scaricare la carte dei sentieri di Stromboli e contattare l'associazione Magmatrek che gestisce le visite al vulcano.

Infine, l'album personale dell'escursione alle isole Eolie...