mercoledì 28 dicembre 2016

il nonsenso delle previsioni allarmistiche comparse sulla stampa a proposito dei Campi Flegrei (anche se il pericolo di un’eruzione ovviamente esiste)


Intorno e dentro la caldera dei Campi Flegrei vivono oltre un milione di persone e ciò, date le caratteristiche di questo vulcano, è piuttosto preoccupante. I metodi normali di monitoraggio dei gas vulcanici, piuttosto semplici con magmi a basso tenore di silice, vanno applicati con le molle quando si ha a che fare con caldere come questa, ma capire quando questo vulcano potrà eruttare è fondamentale. In questi giorni sulla stampa circolano delle previsioni allarmistiche. Mi sono già occupato di analoghe voci a proposito del Vesuvio un annetto fa. Vorrei quindi far chiarezza, perché nell’articolo da cui è partito il tutto gli autori parlano al condizionale e non all’indicativo. E, soprattutto, il processo appare in questo momento piuttosto rallentato quando invece, se fosse continuato dal 2005 con delle modalità normali, una eruzione sarebbe imminente. Non ci sono quindi le certezze sbandierate dalla stampa, spesso alla ricerca di titoloni per fare notizia: l’articolo resta nel dubbio, in quanto esiste la possibilità che prima o poi la situazione possa evolversi in tal senso. Il tutto senza dimenticare, appunto, che la situazione presenta un forte rischio, per cui programmi di evacuazione (se non di delocalizzazione definitiva) della popolazione sono assolutamente necessari.

La caratteristica principale da tenere in considerazione e per cui ho scritto questo post è la semplice differenza fondamentale fra l’articolo su Nature Communications (che oltretutto è open access e quindi chiunque può scaricare senza essere all’università o pagare per leggerlo...) Magmas near the critical degassing pressure drive volcanic unrest towards a critical state [1] e gli articoli che lo riprendono sulla stampa: Chiodini e soci parlano al condizionale, mentre la stampa usa l’indicativo, trasformando il “potrebbe avvenire” in “avverrà sicuramente” e il “potrebbe essere così” in “indubbiamente sarà così”. Non è ovviamente il primo articolo che questo gruppo scrive sull’argomento; ricordo in particolare un lavoro del 2012, in cui fa notare che le tecniche di previsione delle eruzioni nei vulcani normali (quelli a condotto aperto) sono molto più difficilmente applicabili per le grandi caldere come Long Valley, Yellowstone e Campi Flegrei, caratterizzate da una imponente circolazione di acque provenienti dalle piogge come quella di una qualsiasi pianura, e nelle quali - dunque - la composizione dei gas che arrivano in superficie risente sia dell’apporto vulcanico che di quello delle acque meteoriche riscaldate dal vapore in risalita [2]. Quindi i meccanismi e la scala temporale delle interazioni fra il magma e il sistema idrotermale sono ancora difficili da “certificare” con esattezza. 
Una caratteristica tipica delle caldere è che prima di generare eruzioni mostrano segni di sollevamento del terreno negli anni precedenti [3], cosa che, appunto, adesso sta avvenendo ai Campi Flegrei. Proprio il protrarsi del sollevamento del suolo è alla base della decisione di portare nel 2012 a decretare una variazione dello stato di attività del vulcano, da verde ("quiete") a giallo ("attenzione scientifica"): si tratta non di una allerta ai fini di Protezione Civile, ma semplicemente di un rafforzamento della vigilanza.

ALCUNE NECESSARIE PUNTUALIZZAZIONI.
- rispetto ad un terremoto, una eruzione in genere viene prevista. Nel senso che i precursori, in particolare il tremore sismico (una serie continua di terremoti normalmente di piccola intensità provocati dal magma che si apre la strada sotto il vulcano) e l’aumento della temperatura e un cambiamento di composizione delle fumarole, alzano il livello di sorveglianza prima che il tutto accada. Nessun vulcano monitorato è mai andato in eruzione senza questi precursori
- Vesuvio e Campi Flegrei sono vulcani “attivi”, quindi sono in grado di evidenziare i possibili precursori di una eruzione “da un momento all’altro”
- Vesuvio e Campi Flegrei appartengono al tipo più “cazzuto” che esiste di vulcani, quelli a magmi potassici: nonostante siano abbastanza rari, fra questi troviamo ad esempio Tambora, Rabaul e Yellowstone, cioè gli autori, insieme ai Campi Flegrei, di alcune delle più violente eruzioni degli ultimi 100.000 anni
- il Vesuvio nella sua storia eruttiva ha prodotto, alla ripresa dell’attività dopo lunghi periodi di quiescenza forti eruzioni pliniane (come quella del 79 d.C.) o subpliniane (come quella del 1631). Queste eruzioni rientrano comunque nella “media” delle esplosioni vulcaniche che avvengono più volte al secolo a scala mondiale. invece i Campi Flegrei hanno prodotto eruzioni come quella di 39.000 anni fa che sono ben oltre la “media”. Questo perché i Campi Flegrei, insieme a Yellowstone ed altri apparati sono considerati dei “supervulcani”: si tratta di un termine non strettamente scientifico (e quindi ampiamente contestato) che include sistemi in grado di produrre eruzioni particolarmente violente. Le conseguenze a livello globale delle eruzioni maggiori dei supervulcani possono persistere per decine di anni, contro i pochi anni delle eruzioni esplosive “normali” come quelli di Tambora (1815), Krakatoa (1883) o Pinatubo (1991)
- non entro nella questione se Campi Flegrei e Vesuvio abbiano la stessa camera magmatica o no. Ma certe bischerate come quella secondo la quale la camera magmatica “arrivi fino all’Elba” non si possono leggere….
L'innalzamento del suolo dal bollettino
di sorveglianza dei Campi Flegrei emesso
dall'Osservatorio Vesuviano il 26 / 12:
si nota il rllentamento avvenuto nel 2016 
-  a differenza di un vulcano “normale”, in un vulcano a magma potassico gli eventi possono precipitare in tempi estremamente rapidi [4], ma sempre in un quadro in cui il vulcano ha negli anni precedenti mostrato sintomi di attività, come è successo per l’eruzione del Rabaul in Papua Nuova Guinea del 1994, dove segnali di una possibile eruzione esistevano da diversi anni (l'area si stava sollevando dal 1973!) e per questo era intensamente sorvegliato [5]: il 18 Settembre 1994 il Rabaul produsse un evento piuttosto significativo dopo 51 anni di quiete, le cui prime avvisaglie si sono avute meno di un giorno prima (Qui trovate una descrizione sommaria di quello che è successo). Purtroppo non si hanno grosse notizie su quello che è successo al Tambora prima della grande eruzione del 1815. Sarebbe stato molto interessante averne.
- teniamo presente che non è assolutamente detto che la prossima eruzione ai Campoi Flegrei sia un qualcosa di particolarmente potente come quelle di 39 e 12 mila anni fa: si potrebbe trattare di eruzioni come quella del 1538 o come quelle che hanno punteggiato la storia recente di Ischia.
- è difficile fare delle previsioni sulla attività vulcanica, specialmente per il futuro

I CAMPI FLEGREI. La caldera si è formata a seguito della famosa eruzione di 39.000 anni fa, l’evento del genere più importante nel Mediterraneo degli ultimi 200.000 anni, durante il quale sono stati emessi non meno di 300 km cubi di magma trachitico [6].
I movimenti verticali dall’inizio del XX secolo sono stati ricostruiti in un ottimo lavoro del 2010 [7]. I periodi di forte sollevamento sono tra gli anni 1950–1953, 1970–1972 e 1982–1984, per un totale di oltre 4 metri di innalzamento. Al bradisismo degli anni ‘80 è seguita una fase di abbassamento, interrottasi nel 2005, quando il movimento ascendente è ripreso, sia pure con una entità moderata: lo vediamo nell’immagine qui accanto tratta dal Bollettino di Sorveglianza Settimanale dei Campi Flegrei del 26 dicembre 2016.
C’è una ragionevole certezza sul fatto che gli episodi di sollevamento recenti come quello del 2005 siano legati alla messa in posto in profondità di sills, corpi magmatici stratiformi. Questo fenomeno è stato dedotto sia osservando le deformazioni del terremo [8], che le modificazioni nella geochimica delle emissioni fumaroliche [9] (queste ultime pur nelle incertezze di cui ho parlato poco sopra). 

La circolazione delle acque sotto
i Campi Flegrei da [1]
IL RAPPORTO FRA I MAGMI SOTTO UN VULCANO E LE FUMAROLE IN SUPERFICIE. Nell’articolo il direttore dell’Osservatorio vesuviano e il suo team cercano di caratterizzare le interazioni fra gli afflussi di magma e la composizione delle acque del sistema idrotermale dei Campi Flegrei aiutandosi con delle simulazioni numeriche.
Il magma all’interno della Terra è sottoposto ad un regime di pressione e nel suo cammino verso la superficie è ovviamente soggetto ad una decompressione. In particolare è stato determinata la presenza di un “Valore Critico di Pressione” (in sigla inglese CDP): quando un magma risale verso la superficie e raggiungere questo determinato valore di pressione il fuso ha la massima capacità di rilasciare acqua (e conseguentemente calore).
La risalita del magma può essere dedotta dalle variazioni nel rapporto fra il rilascio di CO2 (che avviene più quando il magma è profondo) e quello di acqua (che avviene a profondità inferiori). Quindi il rapporto fra CO2 e acqua di origine magmatica può essere considerato un segnale della profondità del magma. 
Dal 2005, in corrispondenza della ripresa del sollevamento è ripreso a salire il contenuto di CO2 nelle fumarole, che era diminuito nel periodo tra il 1985 al 2005 in cui c’è stato un certo abbassamento del terreno. Il rapporto fra Azoto ed Elio segue invece un trend opposto e ora sta diminuendo sensibilmente.
In buona sostanza, in un magma che nel suo cammino verso l’alto raggiunge la pressione critica di decompressione aumenta il rilascio di gas (sia CO2 che H2O), il che aumenta il flusso di calore verso l’acquifero idrotermale sovrastante. Questo vapore indebolisce la resistenza meccanica delle rocce e si diffonde in aree piuttosto vaste, ben oltre quelle che potrebbero essere interessate da un semplice aumento di calore derivante dalla vicinanza del magma. Il riscaldamento inoltre provoca una dilatazione termica che provoca un ulteriore sollevamento del terreno,
I fenomeni che stanno accadendo ai Campi Flegrei, dunque, indicherebbero la risalita di un magma che è arrivato ad una profondità sufficiente a raggiungere il Valore Critico di Pressione e rilasciare ingenti quantità di acque.

CONFRONTO FRA CAMPI FLEGREI E ALTRE CALDERE. Nel lavoro viene quindi confrontato il comportamento della caldera dei Campi Flegrei con quelle di Sierra Negra alle Galapagos e del Rabaul in Nuova Guinea, che hanno prodotto eruzioni recenti.
Per farlo è stato utilizzato il metodo di previsione della rottura, un metodo matematico applicabile a diverse situazioni (eruzioni, frane e deformazioni in laboratorio), che descrive empiricamente quanto tempo intercorre fra l’inizio di un disturbo e la “rottura” (frana eruzione e quant’altro) [10] (non chiedetemi come funziona... su certe questioni matematico - statistiche alzo bandiera bianca, mi rifiuto di capire e mi limito ad esaminare i risultati.... )

Sono state considerate diverse caratteristiche, principalmente il tasso di deformazione del terreno e l'attività sismica.
Valori di 3900 e 1240 giorni tra l’evento e l’inizio dell’anomalia sono stati calcolati per Rabaul e Sierra Negra; le eruzioni sono avvenute invece un po' in anticipo (3100 e 950 giorni dopo). Si può notare che per il Rabaul un periodo di 3100 giorni è il 79% del valore calcolato, mentre per il Sierra Negra il valore reale è il 76% di quello calcolato.
Per i Campi Flegrei, il valore calcolato è di 5670 ± 735 giorni. Il 75% sarebbe centrato a 4250 giorni, grossolanamente quindi tra 11 e 12 anni dopo l’inizio dell’anomalia che è il 2005.

La curva del metodo di
previsione della rottura,
sempre da [1]
Oggi ci stiamo avvicinando alla soglia del 75% e non ci sono, checché ne dica la stampa, segni particolari di incremento delle probabilità di eruzione. Non solo, ma come si vede dalla figura accanto, tratta sempre dal lavoro di Chiodini et al, la curva dei Campi Flegrei si sta discostando sensibilmente da quella di Rabaul e Sierra Negra, assumendo un andamento simile a quello di Yellowstone, dove alla fine l'eruzione non c'è stata.

PERCHE' AI CAMPI FLEGREI NON E' SUCCESSO (ANCORA?) NULLA? La conclusione del lavoro è che non è possibile dire con sicurezza se ci sarà una eruzione dovuta a questa crisi: il processo attualmente sembra essersi interrotto (o, quantomeno, rallentato). Le cause possono essere diverse; per esempio perché è cessato l’afflusso di magma. 
Nell’articolo c’è una nuova (direi anche elegante e convincente) spiegazione, che prende in considerazione proprio il “valore critico di pressione”. La temperatura di fusione di una roccia dipende oltreché dalla sua composizione, dalla quantità di acqua presente nel sistema: maggiore è il contenuto di acqua, minore è la temperatura a cui la roccia fonde. Ne consegue che se un magma arriva al valore critico di pressione e si degassa in modo massiccio, il tenore di acqua diminuisce e quindi aumenta la temperatura minima a cui quel liquido può rimanere, appunto, liquido.
Secondo gli Autori è possibile che il rilascio di acqua abbia aumentato la temperatura di fusione del magma che quindi da liquido è diventato più viscoso, se non addirittura solido, bloccando il processo.

I prossimi sforzi, dunque, saranno orientati a capire se nell’immediato futuro prevarrà il raffreddamento o nuove iniezioni di magma potranno far ricominciare il processo.

RIASSUMENDO:
1. è certo che all' interno della caldera dei Campi Flegrei ci siano state delle iniezioni di magma negli anni recenti a pochi km di profondità
2. le variazioni nella composizione e nella temperature delle emissioni gassose confermano l'attività di degassamento di magma arrivato dalle profondità
3. non è però ancora chiaro se questa attività preluderà ad una nuova eruzione, tantomeno quanto questa eruzione possa essere forte, in quanto la curva della previsione della rottura si sta discostando da quelle in cui l'eruzione è effettivamente avvenuta, andando ad assomigliare alla curva della mancata eruzione a Yellowstone

[1] Chiodini et al 2016 Magmas near the critical degassing pressure drive volcanic unrest towards a critical state Nature communications DOI: 10.1038/ncomms13712
[2] Chiodini et al 2012 Early signals of new volcanic unrest at Campi Flegrei caldera? Insights from geochemical data and physical simulations Geology 40, 943–946
[3] Acocella, et al 2015 An overview of recent (1988 to 2014) caldera unrest: knowledge and perspectives. Rev. Geophys. 53, 896–955 (2015).
[4] Pappalardo e Mastrolorenzo 2012: Rapid differentiation in a sill-like magma reservoir: a case study from the Campi Flegrei caldera Scientific Reports Article number:712 (2012) 10.1038/srep00712
[5] Davies 1995: the 1994 eruption of Rabaul volcano - a case study in Disaster Management. UNDP Office, Port Moresby
[6] Arienzo et al 2011 Processes and timescales of magma evolution prior to the Campanian Ignimbrite eruption (Campi Flegrei, Italy) Earth and Planetary Science Letters 306, 217–228
[7] Del Gaudio et al 2010 Unrest episodes at Campi Flegrei: A reconstruction of vertical ground movements during 1905–2009 Journal of Volcanology and Geothermal Research 195, 48–56
[8] D’Auria et al. 2015 Magma injection beneath the urban area of Naples: a new mechanism for the 2012–2013 volcanic unrest at Campi Flegrei caldera Sci. Rep. 5, 13100 (2015).
[9] Caliro et al 2014 Geochemical evidences of magma dynamics at Campi Flegrei (Italy). Geochim. Cosmochim. Acta 132, 1–15
[10] Bell et al 2011 Forecasting volcanic eruptions and other material failure phenomena: an evaluation of the failure forecast method. Geophys. Res. Lett. 38, L15304 (2011).

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