Eruzione vicino a Grindavík: come sfruttare i processi vulcanici?

Il 18 dicembre 2023 è iniziata un’eruzione sulla penisola islandese di Reykjanes, la quarta nella penisola in tre anni. Le fontane di lava illuminavano il cielo e il bagliore era visibile da Reykjavík. L’eruzione si è verificata presso la fila di crateri Sundhnúkagígar, vicino alla centrale di Svartsengi e a Grindavík. La cittadina era stata evacuata a novembre per i terremoti e i movimenti del magma.

Una forte sequenza sismica ha preceduto l’eruzione. Circa due ore dopo è iniziata la fuoriuscita di lava. I primi resoconti descrivevano una portata circa dieci volte superiore ai picchi delle tre eruzioni precedenti nella penisola. La frattura eruttiva si è rapidamente allungata fino a circa quattro chilometri.

Dopo circa otto secoli senza eruzioni nella penisola di Reykjanes, nel 2021 è iniziata una nuova fase di attività. I singoli sistemi vulcanici della zona hanno però storie eruttive differenti.

“Considerando gli ultimi tre anni sulla penisola di Reykjanes, è davvero sbalorditivo.”

– Tom Winder, sismologo dei vulcani presso l’Università di Islanda, ha commentato in un’intervista.

Le tre precedenti eruzioni nella penisola risalgono al 2021, al 2022 e all’estate del 2023. Una precedente fase attiva di Reykjanes si era conclusa nel XIII secolo. Le eruzioni recenti sono state fissurali: il magma è risalito attraverso fratture della crosta terrestre.

L’eruzione ha attirato l’attenzione internazionale anche per il ricordo della nube di cenere dell’Eyjafjallajökull, che nel 2010 aveva interrotto il traffico aereo. A Sundhnúkagígar una produzione di cenere analoga era ritenuta improbabile, perché la lava non fuoriusciva sotto una calotta glaciale.

L’intensità è diminuita già nel primo giorno. Inizialmente la durata era incerta, ma questa eruzione si è conclusa il 21 dicembre 2023.

L’Islanda ospita circa 130 vulcani e si trova al confine tra la placca eurasiatica e quella nordamericana. Le placche si allontanano lungo la dorsale medioatlantica; anche un pennacchio del mantello contribuisce al vulcanismo. Le eruzioni sono ricorrenti, ma non seguono una scadenza prevedibile. Katla ha avuto eruzioni, tra le altre, nel 1721, 1755, 1823, 1860 e 1918. L’assenza di terremoti recenti non dimostra che una nuova eruzione sia imminente.

Utilizzare i vulcani a nostro vantaggio

L’Islanda è una delle aree vulcanicamente attive della Terra. Un vulcano è un’apertura, o un sistema di aperture, attraverso cui magma, cenere e gas possono raggiungere la superficie. I vulcani si trovano sia sulla terraferma sia sui fondali oceanici.

Secondo la NASA, il magma può formarsi e risalire dove le placche si separano, dove una placca scende sotto un’altra e in corrispondenza dei punti caldi. Il tipo di vulcano e il carattere delle eruzioni dipendono, tra l’altro, dalla composizione e dalla viscosità del magma, dal contenuto di gas e dal percorso verso la superficie.

Oltre l’80% della superficie terrestre, compresi i fondali marini, è di origine vulcanica. Circa 1.500 vulcani sulla terraferma sono considerati potenzialmente attivi; una quota significativa si trova negli Stati Uniti.

Le eruzioni possono causare vittime e seppellire città sotto lava o cenere. I processi vulcanici possono anche formare suoli fertili e giacimenti di minerali e metalli come oro, argento, nichel, rame e piombo. Vediamo alcuni impieghi del calore e dei materiali vulcanici.

Produzione di energia geotermica

Nelle aree vulcaniche il calore del sottosuolo è spesso relativamente vicino alla superficie. L’acqua calda può essere utilizzata direttamente per riscaldare edifici o alimentare reti di teleriscaldamento. È un uso diverso da quello delle pompe di calore geotermiche superficiali, che possono riscaldare e raffrescare anche fuori dalle zone vulcaniche.

La produzione geotermica di elettricità impiega fluidi caldi o vapore estratti tramite pozzi. Il vapore può azionare turbine; negli impianti binari il calore viene trasferito a un altro fluido di lavoro. La geotermia può fornire elettricità in modo continuo, mentre capacità e impatti ambientali dipendono dal sito e dalla tecnologia.

Molti paesi, come Nuova Zelanda, Filippine, Costa Rica e Islanda, e stati come California, Hawaii e Utah negli Stati Uniti, utilizzano l’energia geotermica derivata dall’attività vulcanica per la produzione generale di elettricità.

Secondo l’autorità keniota EPRA, la geotermia ha fornito circa il 45,4% dell’elettricità prodotta nell’esercizio 2022/2023. El Salvador utilizza elettricità geotermica anche per il mining di Bitcoin.

Ormat Technologies (ORA ) sviluppa progetti geotermici. Nel 2021 è stata selezionata come impresa EPC prevista per il progetto Makushin da 30 MW presso Unalaska, in Alaska: ciò non significa che l’impianto fosse già operativo. Nel 2023 Volcano Energy e Luxor Technology Corporation hanno lanciato Lava Pool, il primo pool salvadoregno per il mining di Bitcoin. Un pool non è una centrale: la prima fase energetica prevista da Volcano Energy comprende 241 MW solari ed eolici, mentre la geotermia appartiene alla seconda fase.

Agricoltura

L’alterazione della cenere e di altri materiali eruttivi può dare origine a suoli fertili, fra cui gli Andisoli. Le loro caratteristiche dipendono dal materiale originario, dall’età e dal clima. I minerali possono rilasciare nutrienti come magnesio e potassio.

La cenere appena depositata non rende immediatamente fertile un campo e può danneggiare le colture. I nutrienti vengono liberati gradualmente dall’alterazione delle rocce. La distribuzione di roccia finemente macinata sui terreni agricoli viene studiata per migliorare il suolo e rimuovere CO2 mediante alterazione accelerata delle rocce, o enhanced rock weathering.

Uno studio pubblicato sulla rivista Earth’s Future dell’AGU modella il contributo alla rimozione di CO2 della roccia vulcanica macinata distribuita sui campi. La tecnica appare particolarmente promettente nei tropici caldi e umidi; i risultati dipendono dalle condizioni locali e dalle modalità di applicazione.

Turismo e ricreazione

Le aree vulcaniche attirano visitatori con escursioni, sorgenti termali, paesaggi e patrimonio geologico. Il turismo può generare reddito per le comunità locali. Esempi noti sono Fagradalsfjall in Islanda, Cumbre Vieja in Spagna, Etna in Italia, Sakurajima in Giappone e Popocatépetl in Messico. L’accesso ai vulcani attivi dipende dalle misure di sicurezza e dalle chiusure in vigore.

Anche i vulcani che non stanno eruttando attirano visitatori, come il Fuji in Giappone, un vulcano attivo in fase di quiescenza, e i resti del vulcano estinto di Arthur’s Seat a Edimburgo. Nelle aree attive i pericoli comprendono lava, cenere, frane, colate di fango e gas.

Nel 2023 l’operatore turistico islandese Icelandia ha riferito un forte interesse per i tour vulcanici.In un’intervista l’azienda ha raccontato di aver iniziato a offrire navette dopo l’eruzione di Fagradalsfjall del 2021, per poi sviluppare visite ai campi di lava. L’eruzione del vicino Litli-Hrútur si è verificata nel 2023.

“È come uscito da una fiaba. La risposta è stata incredibile. Le recensioni sono ottime. Quando vedono il vulcano, alcuni piangono, altri sono in completo shock.”

– Svala Magnúsdóttir, responsabile clienti di Icelandia, sull’esperienza delle visite ai vulcani.

Ricerca scientifica

I vulcani permettono di studiare i processi geologici, l’interno della Terra e l’evoluzione dei paesaggi. L’analisi di rocce, gas, terremoti e deformazioni del suolo aiuta a comprendere i sistemi vulcanici e valutarne i pericoli. I risultati costituiscono anche una risorsa per la formazione.

Nell’agosto 2023 il team scientifico della missione VERITAS della NASA ha utilizzato l’Islanda come analogo terrestre di Venere. Il pianeta è poco più piccolo della Terra, con una pressione atmosferica molto elevata, nubi di acido solforico e una superficie estremamente calda. Gli studi in terreni vulcanici aiutano a sviluppare strumenti e metodi di misura. Si stanno inoltre sviluppando telecamere a basso consumo energetico per misurare l’anidride solforosa (SO2) emessa dai vulcani.

Organizzazioni come l’U.S. Geological Survey (USGS) monitorano e conducono ricerche sui vulcani negli Stati Uniti. Nel frattempo, il Hawaiian Volcano Observatory (HVO), parte dell’USGS, si concentra sulle attività vulcaniche alle Hawaii, in particolare quelle sull’Isola Grande.

Altre organizzazioni includono l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) dell’Italia, l’Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) in Francia e l’Agenzia Meteorologica Giapponese (JMA), che conduce ricerche sull’attività vulcanica in Giappone.

Estrazione di minerali

I sistemi vulcanici possono concentrare metalli preziosi come oro, argento e rame. Secondo le ricerche descritte dai geologi Jon Blundy e Joe Hogg, l’Etna emette ogni giorno nei gas circa 20 tonnellate di rame e 10 chilogrammi d’oro. L’estrazione diretta dai gas è poco pratica. Le salamoie magmatiche calde nel sottosuolo vengono quindi studiate come possibile fonte di metalli, senza che ciò dimostri già la fattibilità economica di un’estrazione su larga scala.

Uno studio pubblicato nel 2023 ha stimato che la caldera di McDermitt, al confine tra Nevada e Oregon, possa contenere 20–40 milioni di tonnellate di litio legato a depositi argillosi. È una stima geologica, non una riserva comprovata economicamente estraibile. Il litio è importante per le batterie ricaricabili, comprese quelle delle auto elettriche, e gli Stati Uniti dipendono in parte dalle importazioni.

Nell’ottobre 2023 geologi dell’Università di Leicester hanno descritto un metodo che usa la composizione dell’apatite per valutare se il magma fosse saturo di una fase fluida. Può aiutare a individuare sistemi vulcanici favorevoli alla formazione di giacimenti di rame: è uno strumento di ricerca per l’esplorazione futura.

Freeport-McMoRan (FCX ), Barrick Gold Corporation (ABX.TO ), Newmont Corporation (NEM ) e Anglo-American sono alcune delle compagnie minerarie globali che operano in diversi contesti geologici, comprese le aree con attività vulcanica.

Usi terapeutici

Le sorgenti termali e i bagni di fango nelle aree vulcaniche vengono utilizzati per il relax e il benessere. Ad alcuni trattamenti vengono attribuite proprietà terapeutiche, ma ciò non significa che ogni applicazione abbia un’efficacia medica dimostrata.

Le sorgenti termali fanno parte del turismo del benessere e attirano persone in cerca di relax.

Fra le destinazioni termali note figurano Blue Lagoon in Islanda, The Springs Resort and Spa in Costa Rica, Pamukkale in Turchia, Rotorua in Nuova Zelanda, Beitou a Taiwan, Calistoga in California e Hakone in Giappone. L’origine geologica delle sorgenti varia secondo la località.

Fanghi e balneoterapia vengono impiegati anche per disturbi reumatici. Una revisione Cochrane ha però riscontrato prove insufficientemente affidabili per stabilirne i benefici nell’artrite reumatoide. Materiali vulcanici lavorati vengono impiegati anche nei cosmetici.

La cenere vulcanica contiene silice e vari minerali. In prodotti cosmetici appositamente formulati questi materiali possono, per esempio, svolgere una funzione abrasiva o assorbire il sebo. Ciò non dimostra generici effetti disintossicanti, rigeneranti o ringiovanenti. La cenere appena eruttata non è un prodotto pronto per la pelle: le particelle e i rivestimenti chimici possono irritare cute, occhi e vie respiratorie.

Materiali da costruzione

I materiali vulcanici hanno impieghi diversi nell’edilizia. Il basalto è una roccia dura utilizzata come pietrisco nell’asfalto e nel calcestruzzo. La pomice, leggera e porosa, può invece essere impiegata in prodotti da costruzione più leggeri.

La pomice viene usata anche come abrasivo. Alcune ceneri vulcaniche fungono da pozzolana nel cemento e nel calcestruzzo, mentre il tufo viene utilizzato come pietra da costruzione. L’impatto ambientale dipende da estrazione, lavorazione, trasporto e composizione, non soltanto dall’origine naturale.

La cenere vulcanica di Pozzuoli, sul Golfo di Napoli, contribuiva alla durabilità di alcuni tipi di calcestruzzo romano. Anche gli altri ingredienti e le reazioni chimiche del materiale hanno un ruolo nella sua longevità.

Secondo la ricerca, alcuni additivi vulcanici possono migliorare la resistenza ai cicli di gelo e disgelo delle malte e del calcestruzzo, in funzione del materiale e del dosaggio. Secondo un’intervista all’azienda, l’indonesiana Rebricks mescola cenere vulcanica, pietra, rifiuti plastici e cemento per realizzare blocchi senza la consueta sabbia.

Cattura e stoccaggio della CO2

La cattura e lo stoccaggio della CO2 prevedono la separazione dell’anidride carbonica, per esempio da una fonte industriale, il trasporto e il deposito sotterraneo per evitarne l’emissione. Nel 2023 è stata riportata anche una ricerca su microrganismi di ambienti vulcanici ricchi di CO2, come possibile base per future tecniche biologiche di cattura.

La ricerca continua sull’uso delle formazioni rocciose di basalto, prevalenti nelle aree vulcaniche, per la cattura e lo stoccaggio del carbonio.

Studi recenti suggeriscono che la polvere di basalto distribuita sui campi può fissare CO2 attraverso l’alterazione chimica. Il potenziale dipende da clima, suolo, roccia e misurazione della rimozione effettiva.

Uno studio discusso nel 2023 ha stimato per Fontanelas, vulcano sottomarino estinto al largo del Portogallo, una possibile capacità di stoccaggio di 1,2–8,6 gigatonnellate di CO2. Gli autori l’hanno confrontata con circa 24–125 anni di emissioni industriali portoghesi. Si tratta di capacità geologica stimata, non di un impianto operativo. Il governo britannico ha inoltre assegnato a geoscienziati scozzesi circa un milione di sterline per sviluppare metodi di misura dello stoccaggio di CO2 nelle rocce vulcaniche.

Ricerca spaziale

Non solo i vulcani sono monitorati dallo spazio, ma i paesaggi vulcanici sulla Terra sono usati per simulare e studiare le condizioni su altri pianeti, contribuendo all’esplorazione e alla ricerca spaziale, che comportano pericoli e costi intrinseci.

I professori dell’Idaho State University stanno studiando i vulcani nella regione della pianura orientale del fiume Snake. Questi vulcani, secondo i ricercatori, hanno lo “stesso tipo di lava e lo stesso stile di eruzione dei vulcani sulla Luna e su Marte”, e si aspettano che le loro tecniche di ricerca vengano utilizzate dagli astronauti in future missioni per studiare le stesse forze di cambiamento sulla Luna e oltre.

Nel maggio 2023 è stata annunciata la scoperta dell’esopianeta LP 791-18 d. Le forze mareali potrebbero causare un’intensa attività vulcanica. È un’ipotesi ricavata dalle caratteristiche del sistema planetario, non un’osservazione diretta di eruzioni.

Considerazioni finali

Le eruzioni vulcaniche possono causare vittime e gravi danni. Cenere e gas possono colpire le vie respiratorie; lava, calore, colate di fango e terreni instabili comportano altri pericoli. Allo stesso tempo, i processi vulcanici hanno modellato la Terra e forniscono materiali ed energia utilizzabili.

Tra i benefici vi sono suoli fertili, nuove isole, giacimenti minerari, materiali da costruzione, sorgenti termali ed energia geotermica. Le grandi eruzioni possono raffreddare temporaneamente il pianeta quando l’anidride solforosa forma aerosol nell’alta atmosfera. È un processo diverso dalla rimozione di CO2 e non rende le eruzioni una soluzione climatica controllabile. La ricerca aiuta a comprendere questi processi e sviluppare applicazioni appropriate.

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