Intervista a Guido Ventura INGV su catena vulcani sommersi


Il Mar Tirreno meridionale svela una nuova catena di 15 vulcani sommersi, di cui 7 fino a ora sconosciuti, una struttura lineare, in direzione Est-Ovest, che misura circa 90 km in lunghezza e 20 km in larghezza.

A dirlo uno studio, frutto del risultato di numerose campagne oceanografiche condotte negli ultimi anni da un team internazionale di vulcanologi, geofisici, e geologi marini dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV e IAMC), dell’Istituto per l’Ambiente Marino Costiero del Consiglio Nazionale delle Ricerche (IAMC-CNR) e del Geological and Nuclear Sciences (GNS), Nuova Zelanda. Il lavoro ‘Volcanism in slab tear faults is larger than that in island-arcs and back-arcs’, pubblicato su Nature Communications, impatta sulle conoscenze del Mar Tirreno e apre nuove strade alla interpretazione del vulcanismo in zone di subduzione nel mondo (https://www.nature.com/articles/s41467-017-01626-w).

Per approfondire i risultati di tale scoperta abbiamo intervistato il coordinatore del gruppo di ricerca, il dott. Guido Ventura.

 

1)  Guido Ventura è vulcanologo presso l’INGV e ricercatore presso lo IAMC (Istituto per l’Ambiente Marino Costiero) del CNR. Ci spiega nel dettaglio qual è il suo lavoro e il suo settore specifico di ricerca?

Mi occupo prevalentemente di vulcanismo sottomarino e della integrazione di dati di natura diversa (geologici, geofisici, geochimici, remote sensing, geomorfologici) per investigare la struttura superficiale e profonda dei vulcani, dei processi geodinamici ad essi associati, e le zone sismiche caratterizzate dalla risalita di fluidi.

Foto di Guido VenturaImmagine 1- Guido Ventura

2) Lei è editor di riviste scientifiche internazionali tra cui Scientific Reports e Encyclopedia of the Earth e di numerose pubblicazioni internazionali l’ultima delle quali su Nature Communications; collabora inoltre con istituti di ricerca internazionali tra cui l’IUGS (International Union of Geological Sciences) lo IUCN (International Union for Conservation of Nature), l’UNESCO e la NSF (National Science Foundation) solo per citarne alcuni. I terremoti e i vulcani rappresentano due importanti sorgenti di rischio per gli insediamenti umani e le relative infrastrutture, dal punto di vista scientifico cosa è possibile fare per mitigare il rischio sismico e vulcanico?

 

Oggi siamo molto avanti sulla stima della pericolosità correlata alle eruzioni vulcaniche e ai terremoti. Possiamo dire quali sono i segnali indicativi di una probabile eruzione e siamo quindi in grado di valutare quando un vulcano evolve verso uno stato critico. Non sappiamo ancora prevedere con precisione l’inizio di un evento eruttivo, ma possiamo fornire tutte le informazioni necessarie agli enti che si occupano di protezioni civile per prendere in tempo le misure necessarie. Si fanno ormai di routine delle simulazioni di eventi eruttivi e stime probabilistiche, esistono infine le mappe di pericolosità per numerosi vulcani attivi.

Per quanto riguarda i terremoti, siamo ancora lontani dal prevedere quando, in che area, e quanto energetico, sarà il prossimo terremoto. Siamo però in grado di produrre mappe di pericolosità sismica (ne esiste una per il territorio italiano che è tra le prime al mondo) e di stabilire i criteri per la costruzione di edifici che siano in grado di resistere ad un evento sismico senza che sia messa in pericolo la vita delle persone che vi risiedono. Sotto questo aspetto esiste in Italia una normativa piuttosto stringente.

Le vittime e i forti danni registrati negli ultimi anni in Italia sono dovuti essenzialmente alla cattiva qualità delle costruzioni (materiali scadenti) ed età degli edifici (molti sono di fatto edifici storici o comunque costruiti in pietra o con materiale misto). L’abusivismo è un altro fattore che aumenta in maniera drammatica l’esposizione del costruito a pssoibili danni da terremoto. Vi è poi un problema più generale che riguarda la messa in sicurezza dell’esistente, la cui ‘fragilità, considerando anche frane e inondazioni, è piuttosto elevata.

 

3) Ci spiega a che punto è il livello di conoscenza dei vulcani e del sottosuolo raggiunto dalla comunità scientifica internazionale e in che modo viene monitorata l’attività dei principali vulcani in tutto il mondo?

Allo stato attuale delle conoscenze, abbiamo una molteplicità di strumenti di misura che possono monitorare l’attività di un vulcano e quello che avviene in profondità. Vulcani come quelli dell’area campana (es. Vesuvio, Campi Flegrei) e siciliana (Etna, Stromboli) sono monitorati in continuo da tutta una serie di sensori, alcuni dei quali molto sofisticati, che ne misurano le deformazioni, la sismicità, la chimica dei gas rilasciati e altri parametri chimico-fisici e geologici.

L’insieme di queste informazioni consente di identificare con precisione dei cambiamenti in quella che e‘ la dinamica ‘a riposò del vulcano e, in alcuni casi, di identificare le dimensioni e posizione delle camere magmatiche che li alimentano.

Questi dati ci consentono anche di identificare e studiare i processi che avvengono in profondità. Sia le deformazioni che la sismicità o la composizione chimica dei gas ci forniscono preziose informazioni su quello che accade sotto e dentro il vulcano. Si deve tuttavia rimarcare che non tutti i vulcani attivi al mondo sono monitorati, e vi sono numerosi vulcani dell’Africa, dell’Asia e del Sudamerica dei quali conosciamo ancora poco. Molti sforzi sono in corso all’interno della comunità scientifica e degli organismi internazionali per estendere il monitoraggio a questi edifici ancora poco conosciuti e la cui percolosità potrebbe essere elevata.

 

3) Recentemente è stata diffusa la notizia relativa alla scoperta di una nuova catena di 15 vulcani sommersi (ci sembra di capire che 7 di questi vulcani fossero sconosciuti prima del vostro studio) nel mar Tirreno frutto dello studio “Volcanism in slab tear faults is larger than that in island-arcs and back-arcs” pubblicato sulla rivista Nature Communications che ha visto la cooperazione tra INGV (Istituto Nazionale Geofisica e Vulcanologia), IAMC (Istituto per l’Ambiente Marino Costiero) del CNR e GNS (Geological and Nuclear Sciences) della Nuova Zelanda. Ci spiega nel dettaglio perché è così importante la scoperta di questi vulcani? Quanto tempo è servito per portare a termine lo studio, quali sono le metodologie e gli strumenti/mezzi che sono stati impiegati e che tipo di dati sono stati raccolti?

 

Confermo che 7 di questi vulcani non erano noti e che la catena, nel suo insieme, è costituita da 15 edifici di dimensioni diverse. L’importanza della scoperta di questi 7 vulcani ci ha consentito di identificare una vera e propria famiglia di edifici allineati est-ovest che si trovano in una zona particolare del Tirreno, più precisamente una zona che rappresenta il passaggio tra la crosta oceanica del bacino tirrenico e la crosta continentale che caratterizza le aree costiere e gli Appennini.

Inoltre, questa catena di vulcani delimita, a nord, l’area del Tirreno meridionale interessata da terremoti profondi, con ipocentri maggiori di 200 km. Questi terremoti sono ricollegabili alla subduzione dello Ionio sotto l’Arco Calabro, il quale oggi migra verso sud-est. Per arrivare a queste conclusioni sono state necessarie quattro campagne oceanografiche organizzate da Salvatore Passaro dell’ IAMC; nel corso di queste campagne, che nel loro complesso sono durate circa 2 mesi, sono state effettuate prospezioni magnetiche, gravimetriche, sismiche, misure di dettaglio e ricostruzione della batimetria, e, infine, osservazioni dirette del fondo marino con l’ausilio di un veicolo a controllo remoto.

A queste campagne ho partecipato in veste di vulcanologo mentre l’acquisizione dei dati magnetici e gravimetrici e la relativa modellazione è stata condotta da Luca Cocchi dell’ INGV e da Fabio Caratori Tontini del GNS.

 

4) In seguito ai dati raccolti dai ricercatori che hanno preso parte allo studio pubblicato su Nature Communications cosa sappiamo di nuovo sul Mar Tirreno? Ci spiega inoltre cos’è il vulcanismo di subduzione e perché il vostro studio apre nuove strade sulla sua interpretazione?

I risultati di questa ricerca ci hanno rivelato che il Tirreno è attraversato da una grossa frattura che interessa tutta la crosta e che misura circa 90 km in lunghezza e 20 km in larghezza dalla quale fuoriescono magmi le cui sorgenti risiedono nel Tirreno, nell’are delle Eolie e, probabilmente, in un area molto profonda (2-3 centinaia di kmdi profondità) localizzata tra Calabria, Basilicata e Puglia. Le strade aperte dal nostro studio interessano non solo la geodinamica del Tirreno ma di altre zone di subduzione nel mondo tra le quali Tonga, Antille, e  Sandwich.

Tutte queste zone presentano dei piani di subduzione che sono lateralmente confinati da delle fratture lungo le quali si sviluppa un vulcanismo sottomarino a tutt’oggi poco conosciuto. Il nostro studio è il primo a fornire dati su questi vulcani sottomarini e rappresenta quindi uno studio di frontiera. Abbiamo inoltre stabilito che questo vulcanismo può essere volumetricamente più significativo di quello degli archi di isole (es. le Eolie) e di quello associato ai bacini oceanici di retroarco connessi ai piani di subduzione (es. il Marsili). Questo risultato rappresenta uno sprone per estendere le nostre indagini ad altre parti del mondo.

 

Ubicazione della catena di vulcani sommersi definita del PalinuroImmagine 2 - ubicazione della catena definita del Palinuro.

5) Quali sono le caratteristiche morfologiche/strutturali e le peculiarità dei vulcani sommersi che fanno parte della catena appena scoperta definita del Palinuro? La catena del Palinuro viene definita una catena vulcanica STEP (Subduction-Transform Edge Propagators), ci spiega cosa significa? Ci sono delle differenze o similitudini rispetto ad altri vulcani sommersi come ad es. il Marsili?

Questi vulcani hanno morfologie molto variabili. Alcuni presentano le forme tipiche dei vulcani continentali o di arco come il Vesuvio e lo Stromboli (coni con crateri sommitali e, in alcuni casi, caldere), altri invece mostrano una forma compatibile con quella dei vulcani delle dorsali oceaniche (vulcani fissurali, e cioè caratterizzati eruzioni lungo fratture lineari).

Altri ancora sono vulcani dalla sommità appiattita, molto simili a quelli che si trovano nei settori sommersi al largo delle Hawaii. Questa variabilità, abbastanza eccezionale per una catena di soli 90 km, è indicativa di una molteplicità delle geometrie dei sistemi di alimentazione profonda, ed è strettamente correlata alla dinamica della spaccatura della crosta lungo la quale si sviluppano questi vulcani.

Questa spaccatura, oltre ad aprirsi, è interessata da movimenti di scorrimento laterale dei due lembi di crosta lungo la quale si sviluppa. Vi è quindi una generale differenza rispetto al Marsili, il quale cresce verticalmente lungo una frattura non interessata da movimenti di scorrimento laterale. Inoltre, il Marsili si imposta lungo la zona di espansione del Tirreno, mentre la catena del Palinuro delimita il lato settentrionale del bacino Tirrenico.

Abbiamo definito la catena del Palinuro come appartenente ai sistemi Subduction-Transform Edge Propagators (sistemi di fratture trasformi che si propagano dai margini della zone di subduzione, perchè i nostri vulcani si trovano su una di queste strutture che delimitano la zona di subduzione Ionio-Arco Calabro-Tirreno meridionale.

 

6) Spesso il vulcano sommerso Marsili viene associato al rischio tsunami, tale rischio è concreto e può rappresentare un pericolo imminente per le persone che vivono nelle zone costiere dell'Italia? Ci spiega in che modo un vulcano sommerso è in grado di scatenare uno tsunami? Il rischio tsunami è ipotizzabile anche per i nuovi vulcani sommersi appena scoperti?

Per la gran parte dei vulcani sottomarini del Tirreno, così come per gli altri vulcani che tappezzano i fondali marini nel mondo, l'evenienza che settori dell’edificio possano destabilizzarsi e franare innescando tsunami in seguito a (1) deformazioni indotte dalla risalita di significative quantità di magma, (2) processi di instabilità gravitativa, e (3) un indebolimento dovuto alla risalita di fluidi idrotermali e/o infiltrazioni di acqua di mare lungo fratture non può essere esclusa a priori.

Comunque, negli ultimi 700-800mila anni non vi sono evidenze morfologiche che questo sia avvenuto al Marsili o lungo la catena del Palinuro. Sui fianchi di questi edifici vi sono evidenze di franamenti estremamente localizzati e di spessori ridotti, i cosiddetti franamenti pellicolari, che, come noto, non producono tsunami. Tuttavia, come ho specificato in precedenza, l’eventualità di un franamento significativo di porzioni rilevanti di questi edifici e del conseguente innesco potenziale di uno tsunami non può essere esclusa per il futuro.

Per una valutazione complessiva della stabilità dei fianchi del Marsili e dei vulcani della catena del Palinuro in relazione al possibile collasso di parte del vulcano indotto dalla risalita di significative quantità di magma, è prioritario effettuare una stima della stabilità dei versanti basata sui parametri fisici delle rocce coinvolte nel potenziale franamento; si deve poi valutare il volume di roccia potenzialmente coinvolto e conoscerne le modalità di movimento lungo il pendio.

Una volta noti tutti i parametri, si deve verificare se il volume di roccia rimossa e la dinamica della possibile frana sottomarina sono compatibili con l’innesco di uno tsunami. Da qui la necessità di nuove ricerche per implementare un sistema di monitoraggio che possa valutare l’effettiva pericolosità connessa a un collasso di parte dell’edificio .

 

7) La catena del Palinuro insieme al vulcano Marsili sono in relazione con la caldera dei campi flegrei?

No, non vi è relazione tra il vulcanismo del Tirreno e quello dei Campi Flegrei. I due sistemi vulcanici differiscono nella morfologia, dinamica, età, e nella composizione chimica del magmi eruttati in passato. Tuttavia, la posizione dei vulcani del Tirreno, così come quella dei Campi Flegrei, Vesuvio e Ischia è controllata, a più grande scala, dai processi geodinamici che avvengono nel bacino del Tirreno e negli Appennini i quali, a loro volta, riflettono i complessi processi di interazione tra la placca africana e europea.

Legenda della figura a destra è: modello 3D della batimetria e struttura magnetica dei primi 3.6 km di profondita' dal fondo marino dei vulcani della catena del Palinuro.Immagine 3 - Legenda della figura a destra è: modello 3D della batimetria e struttura magnetica dei primi 3.6 km di profondita' dal fondo marino dei vulcani della catena del Palinuro. La bassa o nulla magnetizzazione dei vulcani localizzati nel settore orientale e' compatibile con una risalita delle isoterme (circa 500°C a 1 km di profondita' sotto il fondale marino).

 

8) Ci sembra di capire che la conoscenza della storia eruttiva di questi vulcani sia un fattore molto importante della vostra ricerca, ci spiega a cosa serve dal punto di vista scientifico analizzare le eruzioni di questi vulcani avvenute nel passato? Quanto si è scoperto finora della storia eruttiva di tali vulcani? Serviranno ulteriori ricerche?

 

La conoscenza dell’attività passata di un vulcano, così come la sua dinamica attuale è di primaria importanza per ricostruirne la storia eruttiva e per interpretare in modo corretto la dinamica attuale. Serve inoltre a valutare quale sarà l’attività del vulcano nel futuro. Dei vulcani della catena del Palinuro conosciamo ancora poco. Sappiamo che sono stati attivi tra 300mila e 800mila anni fa.

Abbiamo però indizi di un sistema magmatico attivo in profondità con emissioni di gas dal fondo del mare, processi idrotermali e, infine, sappiamo che sovrastano una zona di anomalia termica: abbiamo infatti rilevato temperature di 500 °C a 1 km di profondità sotto il fondo del mare. Serviranno quindi ulteriori ricerche volte a stabilire la composizione ed età dei magmi emessi, la composizione dei gas che vengono rilasciati dal fono del mare, e, infine, la struutura interna e crostale di questi vulcani. Fino ad oggi abbiamo informazioni sui primi 3-4 kn di profondità ma non conosciamo la struttura più profonda e la posizione delle eventuali camere magmatiche.

 

9) Prima dello studio che ha portato alla scoperta dei nuovi vulcani sommersi cosa si sapeva della geodinamica del Mar Tirreno e delle zone di subduzione del mondo? Cosa è cambiato nel livello di conoscenze da parte della comunità scientifica sulla geodinamica del Tirreno e delle zone di subduzione del mondo? Quali sono gli scenari che si sono aperti rispetto alla ricostruzione dell’evoluzione della crosta terrestre e all’interpretazione e significato geodinamico delle catene vulcaniche sottomarine attive e degli archi insulari? Ci sarà uno stravolgimento completo delle teorie sull’evoluzione della crosta terrestre oppure soltanto una modifica parziale?

 

Prima della scoperta di questi vulcani non si sapeva che il Tirreno era interessato da questa grande frattura della crosta terrestre e il limite settentrionale della subduzione Ionio-Arco Calabro era fonte di dibattiti continui in seno alla comunità scientifica italiana e internazionale. Per molti anni ci si è concentrati sullo studio del vulcanismo delle Eoliano e, in minore misura, di quello del Marsili. Il nostro lavoro ha messo in evidenza che, in effetti, il vulcanismo più sviluppato del Tirreno Meridionale è quello della catena del Palinuro che abbiamo scoperto e che nuova crosta si sta formando in questa area.

Questa scoperta apre quindi nuove vie allo studio della genesi dei magmi, della vulcanologia, e della geodinamica del Tirreno. Inoltre, come ricordato sopra, simili zone esistono anche lungo i margini del Pacifico e dell’Atlantico, dove numerose catene di vulcani, la maggior parte delle quali sconosciute, si impostano lungo i margini laterali della zone di subduzione. Per queste catene non esisteva una spiegazione univoca, anche per la mancanza di dati. Il nostro studio fissa un primo punto fermo nello studio di questi vulcani e rappresenta un trampolino dal quale tuffarsi per intraprendere uno studio sistematico di queste aree del mondo sommerso.

 



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