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.