Prendendo spunto dalle tecniche di previsione usate dai meteorologi, un gruppo di ricercatori sta sviluppando un metodo di previsione dell’attività vulcanica basato su modelli computerizzati e dati satellitari
di Annie Sneed/Scientific American
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Nella primavera 2010 il vulcano islandese Eyjafjallajökull ha eruttato sotto una coltre di ghiaccio, mescolando la lava calda con un diluvio di acqua di fusione, e innalzato nel cielo un pennacchio di gas e cenere alto oltre dieci chilometri. Erano state evacuate centinaia di persone, ma le turbolenze erano andate ben oltre l’Islanda, costringendo diverse nazioni europee a chiudere lo spazio aereo per giorni. Fortunatamente, l’Eyjafjallajökull non ha ucciso nessuno, ma in ogni caso ha provocato la sua giusta porzione di caos.

Il vulcano Eyjafjallajökull. (Science Photo Library / AGF)

Nonostante tutti i danni causati dalle eruzioni vulcaniche – anche quelle senza esiti letali – gli scienziati non sono ancora in grado di prevederle in modo attendibile. Anche se hanno avuto successo nel prevedere decine di eruzioni, non dispongono di un metodo standard. “Il campo della vulcanologia è molto più indietro della meteorologia in termini di capacità di previsione”, afferma David Pyle, vulcanologo all’Università di Oxford. I vulcani hanno un comportamento complicato e imprevedibile e, naturalmente, gran parte della loro attività si svolge sottoterra, cosa che rende notevolmente più difficile lo studio e lo sviluppo di modelli rispetto, per esempio, ai sistemi meteo. “La sfida reale al momento è che per i vulcani di cui non abbiamo osservazioni relative a eruzioni precedenti e che non sono attentamente monitorati, può essere molto difficile prevedere quello che accadrà”, dice Pyle. E aggiunge che i metodi usati dagli scienziati per prevedere le eruzioni sono “piuttosto qualitativi”. Ma un gruppo di ricercatori dell’Université Savoie Mont Blanc a Chambéry sta tentando di sviluppare un approccio più affidabile, preciso e basato sui dati per anticipare le eruzioni come quella dell’Eyjafjallajökull, e potenzialmente sviluppare previsioni giornaliere o addirittura orarie sfruttando

i satelliti e un metodo chiamato di assimilazione dati.

L’assimilazione dati è ampiamente usata in campi come la meteorologia; da lei dipendono le nostre previsioni meteo. Il metodo combina un modello del sistema, meteorologico o climatico, con dati reali per sviluppare le previsioni sul futuro. La forza di questa tecnica è che il modello è continuamente ricalibrato: confronta le sue previsioni con i dati reali e le corregge in tempo quasi reale.

In un nuovo studio pubblicato su “Frontiers in Earth Science”, i ricercatori della Savoia hanno applicato l’assimilazione dati a un modello di vulcano per verificare se la tecnica permette di prevedere in modo preciso un parametro importante per le eruzioni vulcaniche: la sovrapressione del magma. Questa è l’eccesso di pressione creata dal magma del vulcano che spinge verso l’esterno, rispetto alla pressione interna dovuta alla roccia sovrastante. “Per ogni vulcano, c’è un valore critico della sovrapressione”, afferma Mary Grace Bato, autrice principale dello studio e ricercatrice all’Institut des Sciences de la Terre, in Francia. “Se questo valore viene raggiunto, allora sappiamo che nel giro di pochi giorni o mesi, potrebbe esserci un’eruzione”. Essere in grado di prevedere come cambierà questo elemento del sistema potrebbe aiutare i vulcanologi a fare previsioni migliori.

Per il loro studio, i ricercatori hanno creato un modello semplificato basato sul vulcano Grímsvötn, anch’esso in Islanda. Hanno poi usato dati satellitari artificiali, sul modo in cui si è deformato il terreno intorno al vulcano, per aggiornare via via il modello ed effettuare previsioni. Bato propone un modo semplice per pensare al rapporto tra deformazione del suolo e sovrapressione del magma: “Immaginate che la camera del magma del vulcano sia come un palloncino. Se riempite continuamente questo palloncino con magma, il palloncino si gonfia e provoca la deformazione del terreno sovrastante. Possiamo misurare la deformazione usando dati GPS o radar satellitari e quindi possiamo dedurre la sovrapressione del magma”. Il gruppo può anche usare questi dati satellitari in modo da ottimizzare le future previsioni del loro modello per la sovrapressione del magma. Attualmente questo tipo di tecnica basata su dati fisici non è usato, spiega Daniel Dzurisin, geologo all’Osservatorio vulcanologico di Cascades, negli Stati Uniti. Dzurisin afferma che oggi la previsione di un’eruzione si basa sulla combinazione di dati di monitoraggio con informazioni provenienti da banche dati globali, con la conoscenza del comportamento passato del vulcano e con approfondimento scientifico basato sull’esperienza.

Quando i ricercatori hanno confrontato le loro previsioni con una simulazione del vulcano, hanno trovato che l’assimilazione dati è stata in grado di prevedere con precisione le variazioni di sovrapressione del magma. Oltre ad avere capacità previsionale, la tecnica ha anche contribuito a limitare le caratteristiche sotterranee del vulcano. “Mostra che gli scienziati possono usare l’assimilazione dati per comprendere meglio varie componenti e vari comportamenti all’interno del vulcano”, come la geometria della camera magmatica e il flusso di magma all’interno di quel serbatoio, spiega Bato. “Questi sono parametri sono molto difficili da ricavare dal momento che sono sepolti a profondità enormi, superiori ai dieci chilometri”.

Bato sottolinea che il loro studio è solo un test iniziale sull’uso dell’assimilazione dati per le previsioni vulcaniche. Il gruppo ha usato un modello molto semplificato e il loro approccio si è basato su dati artificiali. Nel mondo reale, i vulcani sono molto più disordinati e complicati, e il metodo potrebbe aver bisogno di dati radar e GPS satellitari diretti. Il loro studio inoltre non ha incluso altri importanti fattori di previsione delle eruzioni vulcaniche come i terremoti e l’emmissione di gas, anche se i ricercatori prevedono di includere queste misurazioni negli studi futuri.

Gli scienziati hanno ancora bisogno di acquisire una migliore comprensione del momento in cui la sovrapressione del magma, il focus principale dello studio, indicherà un’eruzione nel mondo reale. “Concettualmente, deve esistere un valore critico di sovrapressione. Ma quel valore è generalmente sconosciuto, ed è probabilmente diverso per ogni vulcano; inoltre potrebbe cambiare nel tempo anche per un singolo vulcano”, spiega Dzurisin. “Tuttavia, essere in grado di stimare la sovrapressione sarebbe un importante passo avanti.” Dzurisin pensa che l’assimilazione dati sarà sempre più usata dalla comunità vulcanologica. “Questo approccio sembra promettente per l’applicazione nel campo della previsione dell’eruzione”, dice. “Abbiamo però ancora molta strada da fare.” Pyle concorda sulle potenzialità del metodo: “È certo un modo per fare progressi”.

Il gruppo di Bato intende ora applicare il proprio approccio al Grímsvötn usando dati satellitari reali. “Spero che un giorno potremo fornire previsioni giornaliere o addirittura orarie per città o paesi che si trovano in prossimità di un vulcano attivo, perché è lì che una ricerca di questo tipo è più importante”, conclude Bato.

(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su www.scientificamerican.com il 29 giugno 2017. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)