Campi Flegrei: un nuovo metodo per prevedere le eruzioni

L’area dei Campi Flegrei ripresa da un satellite

Di [F. Mu.]

Negli ultimi giorni, come ad ogni pubblicazione riguardante i Campi Flegrei, numerose testate giornalistiche hanno rilasciato articoli estremamente sensazionalistici in cui si paventa un’imminente eruzione di questa caldera.

Tutto questo clamore è sorto lo scorso 15 Maggio quando è stato pubblicato su Nature Communications un nuovo articolo di ricerca, prodotto da un gruppo di ricercatori dell’INGV e della University College of London. In questa pubblicazione viene esposta una nuova metodologia per poter prevedere le eruzioni di vulcani quiescenti attraverso un’analisi comparativa degli eventi sismici e delle deformazioni subite dal suolo. In questo studio, particolare attenzione è stata rivolta all’analisi dello sforzo a cui possono essere sottoposte le rocce in relazione allo sforzo massimo sostenibile, oltre il quale tutto il sistema vulcanico potrebbe entrare in eruzione.

Le rocce, quando sottoposte a sforzi che producono piccole deformazioni, si comportano in modo elastico ovvero si deformano proporzionalmente all’intensità dello sforzo subito e, all’eliminazione di quest’ultimo, recuperano la loro forma originale. Tuttavia, oltre una certa soglia di sforzo, il comportamento delle rocce diventa di tipo elasto-fragile e possono fratturarsi. Aumentando ulteriormente gli sforzi, la roccia si comporta unicamente in modo fragile, producendo numerose fratture in grado di connettere le zone profonde della caldera alla superficie, innescando così un evento eruttivo. Monitorando e studiando l’andamento simultaneo delle deformazioni e della sismicità si è quindi in grado di comprendere l’evoluzione del sistema da un comportamento elastico ad uno fragile.

I ricercatori hanno applicato tale approccio al caso dei Campi Flegrei, analizzando il fenomeno del bradisisma (periodico abbassamento e sollevamento del suolo di una zona vulcanica) che da centinaia di anni interessa questa zona campana. Dal 1950 ad oggi sono avvenuti 3 principali episodi bradisismici che hanno prodotto un sollevamento di oltre 4 metri nel porto di Pozzuoli e circa 26.000 terremoti.

In un’area come i Campi Flegrei, in cui si hanno ricorrenti fenomeni di sollevamento, il modello mostra come ogni ulteriore episodio bradisismico vada ad influenzare un sistema già modificato dagli sforzi prodotti dagli eventi precedenti. Questo comporta un’evoluzione del sistema molto più complessa e maggiormente critica, in quanto ciascun momento deformativo può seguire un cammino diverso.

Il Monte Nuovo, formatosi durante l’eruzione del 1538

Una volta che il sistema vulcanico ha subito grandi deformazioni cumulative è possibile che possa evolvere verso una completa fratturazione e, quindi, verso una probabile eruzione. In particolare, è stato possibile quantificare l’entità del sollevamento oltre il quale il sistema vulcanico potrebbe entrare in regime fragile e aumentare le probabilità di un evento eruttivo. Il sollevamento calcolato è compreso tra 6,25 e 12,5 metri, valori minori rispetto ai 17 osservati prima dell’ultima sua eruzione avvenuta nel 1538 (Eruzione del Monte Nuovo). Questa discrepanza potrebbe essere dovuta a diversità nelle caratteristiche meccaniche delle rocce deformate o alla presenza di meccanismi che possano ridurre la resistenza.

Una corretta applicazione di questo modello rende, tuttavia, necessario una buona conoscenza del reale stato fisico delle rocce nelle profondità del sottosuolo flegreo, in modo da comprendere quanto il sistema vulcanico sia vicino al punto critico. Per poter raggiungere questo obiettivo è necessario effettuare perforazioni profonde, utili per poter campionare e indagare le proprietà meccaniche non elastiche delle rocce nelle zone profonde del sistema.

In conclusione, l’area flegrea sta subendo in questo periodo sollevamenti non legati all’intrusione di nuove masse magmatiche nelle porzioni poco profonde della caldera, contrariamente a quanto è accaduto nel periodo 1982-1984. L’assenza di magma in queste zone è infatti testimoniata dalle evidenze geochimiche dei fluidi emessi dalle fumarole e dal particolare andamento delle deformazioni del terreno: si è infatti notato come negli ultimi anni sono avvenuti fenomeni di sollevamento e abbassamento del terreno non imputabili ad un magma in risalita. Tuttavia, l’attenzione deve continuare a rimanere alta poiché possibili future intrusioni di magma potrebbero produrre nuovi sollevamenti, maggiori rispetto a quelli osservati durante la crisi degli anni 70′-80′.I Campi Flegrei sono pur sempre una delle aree vulcaniche più a rischio del pianeta.

Fonti e approfondimenti:

Volare o cadere? Questo e’ il dilemma

Se chiedessimo a Galileo Galilei cosa succederebbe se lasciassimo cadere una mela ed una foglia da un albero, lui ci direbbe che – in teoria – le due cadrebbero allo stesso modo, toccando il suolo contemporaneamente. Questo perche’ l’accelerazione di gravita’ non dipende dal peso del corpo che cade, ma soltanto dalla sua altezza.
Tuttavia quello che osserviamo e’ molto diverso: la foglia scendera’ lentamente, cullata dall’aria, mentre la mela cadra’ in un istante. Dovremmo per questo dire al buon Galileo che aveva del tutto torto? La risposta e’ ovviamente no.

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Fisica dello sport

Tutti noi facciamo sport fin da quando siamo piccoli, ma non tutti conoscono le leggi fisiche che ne stanno alla base. Perché è più difficile stare in equilibrio su un piede solo piuttosto che con due? Perché è più facile fare dei pesi con il braccio attaccato al corpo piuttosto che staccato? Come facciamo, negli sport da combattimento, a tirare colpi potenti pur senza usare armi?

Per rispondere a queste e altre domande è bene fare un breve viaggio attraverso le leggi della fisica: leggi di newton, legge di scala, la statica, le forze e altro ancora.

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Alchimie Moderne: l’E-cat di Andrea Rossi

Per la scienza moderna, la realizzazione della fusione fredda sarebbe l’equivalente della pietra filosofale per gli antichi alchimisti, ovvero lo strumento grazie al quale essi sostenevano di riuscire a trasformare i metalli poveri in oro e argento. Ai giorni nostri, la vera sfida è fondere due atomi ed ottenerne uno più grande, realizzando così la fusione nucleare.

Andrea Rossi, inventore dell’Energy Catalyzer (E-cat) sostiene di esserci riuscito e promette, grazie al suo dispositivo, di spazzare via in un sol colpo tutti i problemi energetici dell’umanità.

Illustrazione raffigurante un Alchimista a lavoro.
Illustrazione raffigurante un Alchimista a lavoro.

L’E-cat sarebbe in grado di trasformare Idrogeno e Nichel in Rame, producendo molta più energia termica di quella usata durante l’intero processo di fusione. In sostanza l’E-cat sarebbe una fonte di energia infinitamente “rinnovabile”. Secondo alcuni sarebbe soltanto l’ennesima bufala, ma secondo (pochi) altri questa rappresenterebbe la scoperta più importante della storia.

Per comprendere meglio come funziona questo dispositivo, dobbiamo fare qualche passo indietro. Ciò che distingue un elemento chimico da un altro è il numero di protoni all’interno del suo nucleo ovvero il numero atomico. L’idrogeno ha numero atomico 1, il Nichel 28, mentre il Rame ha numero atomico 29. Durante una reazione di fusione nucleare due atomi di un certo elemento si avvicinano fino a fondersi insieme. Nell’E-cat, l’unico protone del nucleo dell’ Idrogeno si unisce a quello del Nichel generando così un atomo di una specie diversa, il Rame.

Questo processo avviene di continuo nelle stelle in cui gli atomi di idrogeno si fondono per formare atomi di elio (numero atomico 2). Le altissime temperature al loro interno, 8 milioni di gradi Kelvin, forniscono l’energia necessaria al processo di fusione.

I protoni sono tutti carichi positivamente e quanto più si avvicinano a vicenda tanto più si respingono, esattamente come può succedere tra due calamite. Per produrre un nuovo elemento chimico è necessario quindi vincere la reciproca repulsione elettromagnetica dei protoni all’interno dei nuclei atomici. Solo quando la distanza diventa molto piccola e grazie alla presenza neutroni (che non hanno carica elettrica) e alle interazioni nucleari forti, le particelle finiscono per attrarsi a vicenda e fondersi in un solo nucleo.

Schema della struttura di un atomo. La figura mostra il nucleo con i protoni (+) ed i neutroni (O), circondati dagli elettroni (-).
Schema della struttura di un atomo. La figura mostra il nucleo con i protoni (+) ed i neutroni (O), circondati dagli elettroni (-).

Il termine “fusione fredda” si riferisce allo stesso processo ottenuto però a temperature e pressioni decisamente inferiori, come quelle ottenibili in un laboratorio terrestre.

La stessa possibilità teorica di ottenere le condizioni per reazioni di questo tipo in laboratorio è controversa: occorre avvicinare i nuclei atomici ad una distanza tale da vincerne la repulsione e, come nelle stelle, anche sulla Terra un tale processo richiede enormi quantità di energia. I sostenitori della fusione fredda ritengono possibile ovviare a questi problemi utilizzando un qualche catalizzatore che, intervenendo nella reazione, ne aumenterebbe la velocità e diminuirebbe l’energia necessaria alla sua attivazione.

Il dott. Rossi sostiene che il suo dispositivo riesca nell’impresa producendo Rame partendo da polvere di Nichel combinata con Idrogeno gassoso a basse pressioni. Il tutto sarebbe alimentato da normalissima corrente elettrica e in presenza di un mix segreto di catalizzatori.

Due esperimenti, nel Dicembre 2012 e nel Marzo 2013, a detta dell’inventore, sembrerebbero confermare il funzionamento dell’E-cat. Questo però è ancora tutto da verificare: i due esperimenti sono stati condotti in condizioni differenti e non possono quindi considerarsi come riprove. In entrambe le circostanze sarebbe stata misurata una quantità di calore in uscita molto superiore a quello in entrata. Questo vorrebbe dire che viene prodotta più energia di quella che viene fornita all’E-cat, un fenomeno del tutto inspiegabile.

Manca inoltre una spiegazione scientifica del fenomeno. Il dubbio principale rimane come l’E-cat riesca a svolgere un processo che non avviene in natura: persino nelle stelle, Idrogeno e Nichel non si combinano per produrre Rame. Quello che si è osservato nelle stelle invece è esattamente l’opposto: il decadimento del Rame in Nichel. La fusione di elementi per creare nuclei più grandi di quello del Nichel a livello teorico non può avvenire: si tratta di una reazione endoergonica, cioè assorbe energia dall’esterno invece che rilasciarla, come se accendessimo un fuoco per raffreddare l’ambiente.

Un’ulteriore fatto degno di nota è che il fenomeno della fusione nucleare è ampiamente studiato in diversi laboratori di fisica

Per avere un’idea di quanto la fusione sia un processo complicato da ottenere in laboratorio basta pensare al National Ignition Facility (NIF), il quale solo quest’anno è riuscito per la prima volta al mondo ad ottenere la fusione nucleare. Questo è stato possibile usando un macchinario che consiste in 192 fasci laser (per un totale di 500 trilioni di Watt di potenza) puntati verso un campione d’oro. I raggi X emessi dall’oro hanno reso possibile la compressione di un guscio (del diametro di qualche millimetro) contenente idrogeno. Il gas contenuto nel guscio è stato compresso fino ad avere il diametro pari a quello di un capello e solo a quel punto è stata osservata la fusione nucleare.

La capsula utilizzata dal NIF per il loro esperimento sulla fusione nucleare. L’apparato che lo circonda serve a mantenere temperature criogeniche (18K, ovvero -255°C).

Questa è stata una delle scoperte più sensazionali degli ultimi mesi ed è considerato dalla comunità scientifica il primo vero grande passo verso la fusione nucleare.

Riguardo all’E-cat vi sono troppe domande senza risposta, come la natura del misterioso catalizzatore e l’assenza di radioattività prevista dopo una reazione di fusione. Mancano inoltre dati sul Rame prodotto, sul combustibile utilizzato, non ci sono risultati di test indipendenti e manca del tutto una peer-review dell’ambiente scientifico internazionale. Nel frattempo, nonostante tutte queste considerazioni, l’imprenditore Rossi promette la commercializzazione del dispositivo.

Rosaria Marraffino

Lensing Gravitazionale

Teoria della Relatività Generale, Deformazione dello spazio tempo, Lensing sono termini indigesti per buona parte delle persone che ne conoscono il significato, ma sconosciuti o quasi per la maggior parte.

Riuscire a crearsi un’immagine mentale di cosa sia lo spazio-tempo, senza tirare in ballo la teoria formale implica di per sé uno sforzo mentale notevole.
Inoltre se si prendono in considerazione le deformazioni si complicano ulteriormente le cose.

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“Cose strane avvengono sul Sole” – Le macchie solari.

No, non c’è niente che non vada con il Sole.

Recentemente mi hanno portato all’attenzione di questo articolo, scritto dall’Internazionale, il quale titola “C’è qualcosa che non va con il sole”. Tale articolo è una versione italiana di un articolo del Wall Street Journal titolato “Strange doing on the Sun” – tradotto letteralmente “Cose strane avvengono sul Sole”

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Perché il cielo è azzurro?

Il segreto sta nelle dimensioni delle molecole che compongono l’aria. Ma procediamo con ordine.

La luce bianca che ci arriva dal sole, come tutti sanno, è in realtà composta da diversi colori: nello specifico essa è costituita da radiazione elettromagnetica (onde), e i diversi colori corrispondono alle diverse lunghezze d’onda λ della radiazione elettromagnetica, cioè alla distanza tra due creste successive dell’onda [λ è una lettera greca che si pronuncia “lambda” – ndr]. Radiazioni di colore rosso hanno una λ attorno ai 700 nm, mentre radiazioni di colore blu-violetto hanno una λ di circa 400 nm (1 nm = 1 miliardesimo di metro), e tutte le radiazioni di lunghezza d’onda intermedia hanno colori che variano tra il rosso ed il violetto passando per l’arancione, il giallo, il verde e il blu.

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