Studiare il magma
per prevenire i rischi vulcanici:
Unicam in prima fila nella ricerca

Fabio Arzilli, ricercatore della sezione di geologia della Scuola di scienze e tecnologie dell’Università di Camerino

Capire cosa accade nel magma prima di un’eruzione vulcanica è una delle grandi sfide delle Scienze della Terra. Perché alcuni vulcani producono tranquille colate laviche mentre altri danno origine a esplosioni improvvise e devastanti? Quali processi controllano questi fenomeni? E soprattutto: è possibile interpretarli in modo più accurato per migliorare il monitoraggio e la prevenzione del rischio vulcanico? Da queste domande prende avvio lo studio pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Nature Communications, frutto della collaborazione tra l’Università di Manchester (Regno Unito), l’Università di Camerino, l’Università di Milano-Bicocca, l’Ingv di Catania, le Università di Bristol e Grenoble, il laboratorio Diamond Light Source, il Cnrs di Tolosa e l’Università di Hannover.

Prima autrice della ricerca è Barbara Bonechi, ricercatrice del dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Manchester, che ha operato in stretta collaborazione con Fabio Arzilli della sezione di geologia della Scuola di scienze e tecnologie dell’Università di Camerino. Lo studio introduce un approccio innovativo definito “4D”, che integra la ricostruzione tridimensionale delle rocce vulcaniche con la dimensione temporale, consentendo di osservare in laboratorio l’evoluzione del magma in tempo reale. Attraverso sofisticati esperimenti ad alta pressione e alta temperatura, i ricercatori hanno infatti simulato le condizioni presenti all’interno delle camere magmatiche, osservando direttamente la formazione, la crescita e la dissoluzione dei cristalli durante i cambiamenti di temperatura del magma.

Gli esperimenti sono stati realizzati presso il sincrotrone Diamond Light Source nel Regno Unito, utilizzando tecniche avanzate di imaging con raggi X che hanno permesso di ottenere immagini tridimensionali dinamiche senza precedenti dei processi che avvengono nelle profondità della Terra. I risultati mostrano come anche piccole variazioni di temperatura possano modificare profondamente il comportamento del magma e quindi il tipo di eruzione. Quando il magma si raffredda rapidamente, infatti, si formano numerosi piccoli cristalli che aumentano la viscosità del sistema, rendendo le eruzioni esplosive. Al contrario, temperature più elevate limitano la cristallizzazione, rendendo il magma più fluido e favorendo eruzioni effusive caratterizzate da colate laviche relativamente tranquille.

Al centro della scoperta c’è un fenomeno chiamato superheating (surriscaldamento): una condizione in cui il magma si trova a una temperatura superiore alla propria temperatura di fusione. In questo stato, i cristalli che normalmente si formerebbero al suo interno si dissolvono, e il magma diventa un liquido perfettamente omogeneo. «La scoperta chiave del lavoro – sottolinea Arzilli – è che il surriscaldamento non è un fatto trascurabile: lascia una “memoria” nel magma. Un magma che ha subito un forte surriscaldamento impiega molto più tempo, anche ore invece di minuti, prima di ricominciare a formare cristalli una volta che la temperatura scende di nuovo. Gli scienziati chiamano questo intervallo “delay di nucleazione”: un ritardo nella nascita dei cristalli che può avere conseguenze enormi sul comportamento del vulcano. Comprendere queste dinamiche significa quindi poter interpretare con maggiore precisione i segnali di attività vulcanica».

Lo studio assume una particolare rilevanza anche per l’Italia, uno dei Paesi europei con il più alto rischio vulcanico e con milioni di persone che vivono in prossimità di vulcani attivi come Etna, Vesuvio e Campi Flegrei. Migliorare la comprensione dei processi che precedono un’eruzione può infatti contribuire ad affinare i modelli previsionali e le strategie di monitoraggio, con importanti ricadute sulla gestione del rischio e sulla sicurezza delle popolazioni. «Questa ricerca – conclude Arzilli – dimostra come l’integrazione tra sperimentazione avanzata, osservazioni microscopiche tridimensionali in tempo reale e la modellizzazione numerica possa offrire nuove chiavi di lettura dei fenomeni vulcanici. Comprendere il legame tra temperatura, dinamica del magma e cristallizzazione è fondamentale non solo per ricostruire i processi che avvengono nelle profondità della Terra, ma anche per migliorare gli strumenti di monitoraggio dei vulcani attivi e la valutazione della pericolosità e del rischio vulcanico».