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Lago di lava all’interno del cratere sommitale del Kīlauea.

Monitoraggio in real time del Kilauea: uno studio INGV-USGS per riconoscere possibili precursori degli eventi eruttivi

Monitorare il vulcano Kīlauea sull'isola Hawaii per riconoscere possibili precursori degli eventi eruttivi e prendere decisioni operative per minimizzarne gli effetti negativi. Sono i risultati dello studio, frutto della collaborazione scientifica INGV-USGS, pubblicato su Research Spotlight di EOS.

Il monitoraggio dei vulcani in “real time” consente di ottenere informazioni sullo stato di attività che possono poi essere utilizzate dalle autorità preposte per prendere decisioni operative, al fine di minimizzare gli effetti negativi in caso di eventi parossistici. Da alcuni anni è in corso una collaborazione tra l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) e l’U.S. Geological Survey (USGS), focalizzata sullo studio di segnali geofisici acquisiti al Kīlauea (vulcano delle Hawaii). Uno degli obiettivi di questa collaborazione consiste nel riconoscimento di precursori in grado di fornire indicazioni su possibili cambi nello stato di attività prima delle fasi eruttive. I risultati della ricerca Insights into shallow magmatic processes at Kīlauea Volcano, Hawaii, from a multiyear continuous gravity time series sono stati pubblicati su Journal of Geophysical Research e messi in evidenza nel Research Spotlight di EOS (Exciting new research from AGU journals: https://eos.org/research-spotlights/the-gravity-of-volcanic-eruptions).

image.pngLago di lava all’interno del cratere sommitale del Kīlauea (Credit: USGS).

“La collaborazione scientifica tra INGV e USGS, spiega Daniele Carbone, ricercatore dell’INGV, “è nata nel 2010, quando l’Hawaiian Volcano Observatory (HVO) dell'USGS ha deciso di installare dei gravimetri (strumenti per misurare piccole variazioni nell'accelerazione di gravità) in acquisizione continua al Kīlauea. Per poi proseguire con l'analisi e l’interpretazione dei dati acquisiti”.
Il Kīlauea è un vulcano situato sull'isola Hawaii, la più estesa dell'omonimo arcipelago. La sua origine è legata alla presenza sotto la crosta terrestre di un hot spot, ossia un punto caldo di risalita di roccia fusa. Il cratere sommitale del Kīlauea (Halema'uma'u) ospita un lago di lava che fluttua tra i 70 e i 150 m sotto l'orlo del cratere stesso.

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Livello della lava nel lago (in alto), tilt radiale (in mezzo) e gravità (in basso), durante periodi di alcune settimane nel 2011 (sinistra) e 2012 (destra). Le tre serie temporali sono ben correlate; questo indica che le variazioni gravimetriche sono indotte da processi vulcanici.

“Il Kīlauea ha caratteristiche che lo rendono ideale per l’applicazione del metodo gravimetrico, dato che è possibile installare strumenti in prossimità delle strutture attive, consentendo così di aumentare il rapporto segnale/rumore. Inoltre, il livello del lago di lava è monitorato in continuo tramite una telecamera termica e quindi è possibile avere sempre informazioni indirette sullo stato di attività”, afferma il ricercatore.
Le variazioni di gravità che si osservano con i gravimetri sono il riflesso di variazioni di massa intorno al punto di osservazione. Nel caso del Kīlauea, l’abbassamento del livello del lago di lava causa una diminuzione di gravità. Infatti, si ha una diminuzione di massa, dato che viene a mancare un certo volume di lava in una posizione prossima al punto di osservazione.
“Conoscendo la forma del cratere e la variazione di livello, abbiamo calcolato questo volume e, attraverso la misura gravimetrica, abbiamo stimato la densità del materiale che occupava questo volume. Con il risultato di una densità pari a 1-1,5 g/cm^3. Ma, dal momento che la densità del magma è di norma molto più alta (circa 3 g/cm^3), si è dedotto che il valore osservato sia dovuto alla presenza di una grande quantità di bolle di gas (si tratta infatti di una schiuma), che fanno abbassare la densità media del materiale dentro il cratere”.
In molti vulcani attivi il monitoraggio è basato essenzialmente su dati relativi a deformazione del suolo, attività sismica ed emissioni gassose. Le osservazioni gravimetriche rappresentano una valida alternativa. Infatti le variazioni nel tempo dell’accelerazione di gravità riflettono cambi nella distribuzione delle masse nel sottosuolo e possono indicare condizioni di disequilibrio che precedono eventi parossistici.
“Utilizzando quattro anni (2011-2015) di dati acquisiti a una distanza di soli 150m dall’orlo del cratere sommitale del Kīlauea, che ospita un lago di lava, sono state evidenziate variazioni gravimetriche fortemente correlate con il livello del lago stesso. Questi dati hanno permesso di stimare che la densità del magma nella parte più superficiale del plumbing system al di sotto del cratere è molto bassa, di poco superiore rispetto alla densità dell’acqua. Una parte consistente del volume in questione è quindi occupata da fase gassosa”, continua ancora Carbone.
Alcuni transienti, osservati nella sequenza temporale, indicano fasi di disequilibrio dovute probabilmente a intrusioni magmatiche a bassa profondità. Tali eventi non possono essere evidenziati tramite altre tecniche ed enfatizzano l’importanza del metodo gravimetrico per riconoscere possibili precursori di eventi eruttivi.

(Fonte: INGV)


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