Anidride carbonica, non acqua, scatena vulcani basaltici esplosivi

7 agosto 2023

Questo articolo è stato revisionato secondo il processo editoriale e le politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo la credibilità del contenuto:

• fact-checked
• pubblicazione sottoposta a peer review
• fonte affidabile
• corretto/errori corretti

da Cornell University

I geoscienziati hanno sempre pensato che l'acqua, insieme ad un magma poco profondo immagazzinato nella crosta terrestre, spingesse i vulcani a eruttare. Ora, grazie a nuovi strumenti di ricerca sviluppati a Cornell, gli scienziati hanno scoperto che la diossido di carbonio gassoso può scatenare eruzioni esplosive.

Un nuovo modello suggerisce che i vulcani basaltici, tipicamente situati all'interno delle placche tettoniche, siano alimentati da un magma profondo all'interno del mantello, immagazzinato a circa 20-30 chilometri al di sotto della superficie terrestre.

La ricerca, che offre una visione più chiara della dinamica interna e della composizione profonda del nostro pianeta, con implicazioni per migliorare la pianificazione dei rischi vulcanici, è stata pubblicata il 7 agosto 2023 nelle Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Un tempo pensavamo che tutta l'azione avvenisse nella crosta", ha detto l'autore principale Esteban Gazel, professore Charles N. Mellowes presso il Dipartimento di Scienze della Terra e dell'Atmosfera dell'ingegneria di Cornell. "I nostri dati implicano che il magma provenga direttamente dal mantello, passando rapidamente attraverso la crosta, guidato dall'esclusione (fase di separazione del gas dal liquido) del diossido di carbonio.

'Questo cambia completamente il paradigma su come avvengono queste eruzioni', ha detto Gazel. 'Tutti i modelli vulcanici erano dominati dall'acqua come principale fattore eruttivo, ma l'acqua ha poco a che fare con questi vulcani. È il diossido di carbonio che porta questo magma dal profondo della Terra'.

Circa quattro anni fa, Gazel e Charlotte DeVitre, dottoranda '22, ora ricercatrice postdottorato all'Università della California, Berkeley, hanno sviluppato un densimetro di diossido di carbonio ad alta precisione (che misura la densità in un piccolo contenitore) per la spettroscopia Raman (un dispositivo che esamina i fotoni dispersi attraverso un microscopio).

Successivamente, i campioni naturali - bolle di diossido di carbonio di dimensioni microscopiche intrappolate nei cristalli che fuoriescono dall'eruzione vulcanica - vengono misurati tramite Raman e quantificati applicando il densimetro appena sviluppato. Sostanzialmente, gli scienziati esaminano una microscopica capsula del tempo per fornire una storia del magma. Questa nuova tecnica è fondamentale per stime precise quasi in tempo reale della conservazione del magma, testate durante l'eruzione del 2021 a Las Palmas, nelle Isole Canarie da parte del gruppo di Gazel.

Inoltre, gli scienziati hanno sviluppato metodi per valutare l'effetto del riscaldamento laser sulle inclusioni ricche di diossido di carbonio (trovate nelle cristalli), e per valutare accuratamente le inclusioni fonde e i volumi delle bolle. Hanno anche sviluppato un metodo di riscaldamento sperimentale per aumentare la precisione e tener conto correttamente del diossido di carbonio intrappolato come cristalli di carbonato all'interno delle bolle.

'Il metodo di sviluppo e il design degli strumenti sono stati impegnativi, specialmente durante l'apice della pandemia', ha detto Gazel.

Utilizzando questi nuovi strumenti, gli scienziati hanno esaminato i depositi vulcanici del vulcano Fogo in Cabo Verde, a ovest del Senegal nell'Oceano Atlantico. Hanno trovato una concentrazione elevata di volatili nelle inclusioni fonde di dimensioni microscopiche racchiuse nei cristalli di silicato di magnesio-ferro. La maggiore quantità di diossido di carbonio racchiusa nei cristalli suggeriva che il magma fosse conservato a decine di chilometri al di sotto della superficie - all'interno del mantello terrestre.

Il gruppo ha anche scoperto che questo processo è collegato alla fonte del mantello profondo che alimenta questi vulcani.

Ciò implica che eruzioni come quelle del vulcano Fogo iniziano e sono alimentate dal mantello, bypassando efficacemente la conservazione nella crosta terrestre e guidate dal diossido di carbonio profondo, secondo l'articolo.

"Questi magmi hanno viscosità estremamente bassa e provengono direttamente dal mantello", ha detto DeVitre. "Quindi, qui la viscosità e l'acqua non possono svolgere i ruoli comuni che svolgono nei sistemi vulcanici più superficiale e/o più silicici (ricchi di silice). Piuttosto, al vulcano Fogo il magma deve essere spinto rapidamente verso l'alto dal diossido di carbonio e ciò probabilmente gioca un ruolo significativo nel suo comportamento esplosivo. Questo è un passo importante nella nostra comprensione dei controlli sulla basaltica esplosività".

Comprendere la conservazione del magma aiuta a preparare al meglio la società per future eruzioni, ha detto Gazel, che è anche research fellow presso il Cornell Atkinson Center for Sustainability.

'As deep magma storage will not be detected by ground deformation until the melt is close to surface,' he said, 'this has important repercussions to our understanding of volcanic hazards. We need to understand the drivers of these eruptions. The only way to see these processes now is by observing earthquakes, but earthquakes don't tell you exactly what's happening.'

Said Gazel, 'With precise measurements that tell us where eruptions start, where magmas melt and where they are stored—and what triggers the eruption—we can develop a much better plan for future eruptions.'

Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences

Provided by Cornell University