I geoscienziati hanno a lungo pensato che l’acqua, insieme al magma superficiale immagazzinato nella crosta terrestre, spinga i vulcani a eruttare. Ora, grazie a strumenti di ricerca di nuova concezione presso la Cornell, gli scienziati hanno appreso che l’anidride carbonica gassosa può innescare eruzioni esplosive.
Un nuovo modello suggerisce che i vulcani basaltici, tipicamente situati all’interno delle placche tettoniche, sono alimentati da un magma profondo all’interno del mantello, immagazzinato a circa 20-30 chilometri sotto la superficie terrestre.
La ricerca, che offre un quadro più chiaro delle profonde dinamiche interne e della composizione del nostro pianeta, con implicazioni per il miglioramento della pianificazione dei rischi vulcanici, sarà pubblicata il 7 agosto 2023 alle 15:00 ET nel Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.
“Pensavamo che tutta l’azione avvenisse nella crosta”, ha detto l’autore senior Esteban Gazel, Charles N. Mellowes Professore di Ingegneria presso il Dipartimento di Scienze della Terra e dell’Atmosfera, presso la Cornell Engineering. “I nostri dati implicano che il magma provenga direttamente dal mantello, passando velocemente attraverso la crosta, guidato dall’essoluzione (la fase del processo di separazione del gas dal liquido) dell’anidride carbonica.
“Questo cambia completamente il paradigma di come avvengono queste eruzioni”, ha detto Gazel. “Tutti i modelli vulcanici erano stati dominati dall’acqua come principale motore di eruzione, ma l’acqua ha poco a che fare con questi vulcani. È l’anidride carbonica che porta questo magma dalle profondità della Terra”.
Circa quattro anni fa, Gazel e Charlotte DeVitre, Ph.D. ’22, ora ricercatore post-dottorato presso l’Università della California, Berkeley, ha sviluppato un densimetro di anidride carbonica ad alta precisione (che misura la densità in un minuscolo recipiente) per la spettroscopia Raman (un dispositivo che esamina i fotoni dispersi attraverso un microscopio).
I campioni naturali – bolle ricche di anidride carbonica di dimensioni microscopiche intrappolate nei cristalli emanati dall’eruzione vulcanica – vengono quindi misurati tramite Raman e quantificati applicando il densimetro di nuova concezione. In sostanza, gli scienziati stanno esaminando 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 dal gruppo di Gazel.
Inoltre, gli scienziati hanno sviluppato metodi per valutare l’effetto del riscaldamento laser sulle inclusioni ricche di anidride carbonica (trovate avvolte nei cristalli) e per valutare con precisione le inclusioni di fusione ei volumi delle bolle. Hanno anche sviluppato un metodo sperimentale di riscaldamento per aumentare la precisione e tenere adeguatamente conto dell’anidride carbonica intrappolata sotto forma di cristalli di carbonato all’interno delle bolle.
“Il metodo di sviluppo e la progettazione degli strumenti sono stati impegnativi, specialmente durante il culmine della pandemia”, ha affermato Gazel.
Utilizzando questi nuovi strumenti, gli scienziati hanno esaminato i depositi vulcanici del vulcano Fogo a Capo Verde, a ovest del Senegal nell’Oceano Atlantico. Hanno trovato un’alta concentrazione di sostanze volatili nelle micro inclusioni fuse racchiuse all’interno dei cristalli di silicato di ferro e magnesio. La maggiore quantità di anidride carbonica racchiusa nei cristalli ha suggerito che il magma fosse immagazzinato a decine di chilometri sotto la superficie, all’interno del mantello terrestre.
Il gruppo ha anche scoperto che questo processo è collegato alla sorgente del mantello profondo che rifornisce questi vulcani.
Ciò implica che eruzioni come le fiammate vulcaniche di Fogo iniziano e sono alimentate dal mantello, aggirando efficacemente lo stoccaggio nella crosta terrestre e guidate da anidride carbonica profonda, secondo il documento.
“Questi magmi hanno viscosità estremamente basse 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 meno profondi e/o più silicici (ricchi di silice). ruolo significativo nel suo comportamento esplosivo. Questo è un passo importante nella nostra comprensione dei controlli sull’esplosività basaltica”.
Comprendere lo stoccaggio del magma aiuta a preparare al meglio la società per future eruzioni, ha affermato Gazel, che è anche docente presso il Cornell Atkinson Center for Sustainability.
“Poiché lo stoccaggio di magma in profondità non sarà rilevato dalla deformazione del suolo fino a quando il fuso non sarà vicino alla superficie”, ha detto, “questo ha importanti ripercussioni sulla nostra comprensione dei rischi vulcanici. Dobbiamo capire i driver di queste eruzioni. L’unico modo per vedere questi processi ora è osservando i terremoti, ma i terremoti non ti dicono esattamente cosa sta succedendo”.
Ha detto Gazel: “Con misurazioni precise che ci dicono dove iniziano le eruzioni, dove i magmi si sciolgono e dove sono immagazzinati – e cosa fa scattare l’eruzione – possiamo sviluppare un piano molto migliore per le eruzioni future”.
Oltre a Gazel e DeVitre, gli altri autori di “Oceanic Intraplate Explosive Eruptions Fed Directly from the Mantle” sono Ricardo S. Ramalho, Università di Cardiff, Galles, Regno Unito; Swetha Venugopal, Lunar and Planetary Institute, Universities Space Research Association, Houston; Matthew Steele-MacInnis, Università di Alberta, Edmonton, Alberta; Junlin Hua, Università del Texas, Austin; Chelsea M. Allison, Baylor University, Waco, Texas; Lowell R. Moore, Virginia Tech, Blacksburg, Virginia; Juan Carlos Carracedo, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, Spagna; e Brian Monteleone, Woods Hole Oceanographic Institution, Massachusetts.
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