Un modello automa cellulare per lo studio della dinamica di risalita dei magmi

Le eruzioni dei vulcani quiescenti sono fenomeni naturali molto complessi e molto difficili da prevedere, presentandosi ampiamente variabili in intensità e tempi di riposo. Durante gli ultimi vent’anni, analisi statistiche dei volumi eruttati e dei tempi di riposo sono state eseguite per un numero sempre crescente di vulcani. Lo scopo di queste analisi è stato, ed è tutt’oggi, duplice: (i) predire eventi futuri, (ii) definire modelli fisici in grado di migliorare la comprensione dei processi vulcanici che determinano un’eruzione. In particolare, per la definizione di modelli fisici è necessaria un’accurata interpretazione dei molteplici fenomeni precursori. Usualmente, le eruzioni vengono considerate eventi random che sono conseguenza di una sovrappressione in una camera magmatica che con il tempo apre un condotto che permette al magma di risalire in superficie. Ad ogni modo, durante molte eruzioni è stata osservata una crescita nella fuoriuscita del magma che non è compatibile con la decrescita della sovrappressione all’interno della camera magmatica. In più, non sono state trovate chiare evidenze di una migrazione verso l’alto degli ipocentri che suggerisca un processo di fratturazione legato alla risalita del magma immediatamente prima dell’eruzione. Solo negli ultimi giorni antecedenti un’eruzione sono stati osservati palesi segni della presenza di magma e di un’accelerazione dei fenomeni precursori. La maggior parte degli esempi di risvegli di vulcani (St Helens, Pinatubo, Spurr, Redoubt, Montserrat) mostra il verificarsi di sciami sismici superficiali, senza alcuna chiara evidenza di migrazione spazio-temporale. Le deformazioni del suolo, quando misurate, vengono osservate solo negli ultimi stadi della crisi precursore dell’attività eruttiva e l’analisi dei gas non sempre fornisce una prova convincente della quantità di magma presente, almeno nei primi stadi dell’attività precursore. Alla luce di quest’analisi, gli autori hanno recentemente sviluppato un modello statistico ad automa cellulare (Piegari et al., 2008) per lo studio della dinamica di risalita dei magmi, definito sulla base di due campi interagenti entrambi dipendenti dal tempo: il campo che descrive lo stato di stress locale all’interno dell’edificio vulcanico ed il campo che descrive l’eventuale presenza/assenza di magma. Nello scenario proposto il magma risale a partire da un reservoir solo se trova fratture nella roccia che lo circonda: nel modello, quindi, un’eruzione si verifica quando fratture piene di magma arrivano a contatto con la superficie. Tenendo conto delle perdite di gas durante la risalita del magma a partire da una concentrazione iniziale di acqua dissolta di circa il 6%, il modello proposto riproduce le distribuzioni statistiche in termini di volumi eruttati e tempi di riposo tipiche dei reali eventi vulcanici (Piegari et al., 2010). In aggiunta, dalle analisi condotte risulta che le eruzioni con il più basso grado di esplosività (effusive) hanno maggiore probabilità di verificarsi e sono caratterizzate da volumi eruttati di piccola entità, mentre gli eventi eruttivi con elevato grado di esplosività risultano eventi rari caratterizzati da considerevoli volumi di massa eruttata