Sotto il coordinamento del geochimico Don R. Baker, un'équipe internazionale di ricercatori della McGill University di Montréal, di Elettra - Sincrotrone Trieste, Università di Trieste, Swiss Light Source e University of Chicago ha studiato le modalità di crescita delle bolle magmatiche portando ad altissime temperature una roccia basaltica idratata proveniente dallo Stromboli. I ricercatori sono riusciti per la prima volta a seguire le trasformazioni della microstruttura della roccia e a correlarle al destino più o meno "esplosivo" del sistema.

Lo studio, pubblicato su Nature Communications, dimostra che i primi dieci secondi di vita delle bolle magmatiche hanno un'importanza decisiva nel determinare il carattere dell'eruzione.

"Anche se non possiamo osservare un'eruzione in diretta all'interno di un vulcano - spiega Baker - sappiamo che il fenomeno eruttivo dipende dalla formazione e dalla rapida espansione di bolle di gas nella roccia fusa sottostante, con un meccanismo simile a quello che si innesca agitando e poi stappando una bottiglia di bibita gassata. L'equilibrio fra la crescita e l'espansione delle bolle da un lato e la perdita di gas dall'altro determinerà la forza dell'eruzione, che si tratti del vulcano o della bottiglia di bibita. Con questo lavoro volevamo capire meglio le modalità di crescita delle bolle e il loro effetto sulle proprietà del magma".

L'esperimento è stato condotto presso la stazione sperimentale TOMCAT della Swiss Light Source, utilizzando la luce di sincrotrone. "Mentre portavamo la temperatura della roccia fino a 1200 gradi centigradi, attraverso un sistema laser di riscaldamento - spiega Lucia Mancini, ricercatrice a Elettra ed esperta in tecniche di imaging a raggi X - abbiamo ottenuto una sequenza di immagini tridimensionali ad alta risoluzione mediante la tecnica di microtomografia a raggi X, nel corso dei primi 18 secondi di formazione e crescita delle bolle nel fuso magmatico e visualizzato quindi il variare del loro numero e della loro dimensione ".

"Analizzando la geometria delle connessioni fra le bolle" - spiega Francesco Brun, ingegnere esperto in tecniche d'analisi delle immagini all'Univesità di Trieste e a Elettra - "siamo  riusciti quindi a calcolare la velocità con cui il gas attraversava le vie di fuga e usciva dal campione e, nello stesso tempo, a determinare la rapidità con cui la struttura a bolle sotto pressione cedeva e si rompeva. Abbiamo scoperto che, all'inizio, migliaia di bolle per centimetro cubo si formavano intrappolando il gas, per poi fondersi velocemente in una schiuma di bolle più grandi. La resistenza di questa struttura diminuiva rapidamente ma, nel contempo, aumentava il tasso di fuga del gas. Tutti questi cambiamenti avvenivano nei primi dieci secondi di crescita della bolla".

"Da questi risultati - spiega Don Baker - possiamo ipotizzare che anche se le rocce basaltiche fuse e scarsamente idratate possono dar luogo a eruzioni devastanti di grande entità, nella maggior parte dei casi, prima che il sistema collassi, il gas avrà già trovato le sue vie di fuga, dando luogo a eruzioni più deboli e di carattere effusivo. Nel caso di eccezionali tassi di crescita delle bolle o in condizioni in cui le bolle non possano fondersi fra loro, il cedimento della struttura potrà tuttavia essere più veloce rispetto al tasso di uscita del gas, spiegando fenomeni molto più violenti come l'improvvisa esplosione dello Stromboli dell'aprile 2003".

"Anche se oggi non siamo in grado di comprendere tutti i meccanismi che determinano l'entità di un'eruzione - conclude Don Baker - questo lavoro dimostra che i primi dieci secondi di crescita delle bolle di gas hanno un ruolo decisivo in tal senso e indica che il sistema di monitoraggio dei vulcani deve basarsi sulla misura di rapidi cambiamenti nel flusso, oltre che della composizione, del gas. Cercheremo ora di capire ancora meglio cosa succeda nei primissimi secondi di sviluppo delle bolle e come queste siano per esempio influenzate, nella loro crescita, dalla presenza di cristalli nel magma".

Riferimenti editoriali: Nature Communications, 16 ottobre 2012 DOI: 10.1038/ncomms2134. Titolo originale: "A four-dimensional x-ray tomographic microscopy study of bubble growth in basaltic foam". Autori: Don R. Baker, Francesco Brun, Cedrick O'Shaughnessy, Lucia Mancini, Julie L. Fife, Mark Rivers

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