Gli scienziati hanno identificato un processo termico all’interno del magma che potrebbe aiutare a spiegare perché vulcani con caratteristiche simili a volte eruttano in modi molto diversi.
Un team di ricerca internazionale guidato dall’Università di Manchester ha analizzato il magma dell’eruzione del Tajogaite del 2021 a La Palma, in Spagna. Gli scienziati hanno scoperto che il “surriscaldamento”, che si verifica quando il magma raggiunge una temperatura superiore a quella alla quale i cristalli rimangono stabili, può ritardare la formazione dei cristalli man mano che il magma risale verso la superficie.
Il surriscaldamento elimina i germi cristallini
Lo studio, pubblicato su Nature Communications , ha scoperto che il calore intenso può dissolvere i minuscoli cristalli preesistenti che normalmente fungono da “semi” per la crescita di nuovi cristalli.
Il surriscaldamento riorganizza il magma anche a livello microscopico, rendendo la sua struttura interna più uniforme e meno favorevole alla formazione di nuovi cristalli. Questi cambiamenti possono influenzare sia la velocità di risalita del magma sia la facilità con cui i gas vulcanici fuoriescono. Insieme, questi fattori possono influenzare notevolmente la probabilità che un’eruzione produca spettacolari fontane di lava o un rilascio più lento di lava.
I risultati forniscono nuove informazioni su un annoso quesito scientifico riguardante l’influenza della storia termica del magma sulla cristallizzazione prima e durante un’eruzione.
L’autrice principale, la dottoressa Barbara Bonechi, ricercatrice associata presso l’Università di Manchester, ha dichiarato: “La storia della crescita dei cristalli e delle bolle può influenzare in modo determinante le modalità di eruzione di un magma; in particolare, con la crescita di un maggior numero di cristalli, si verifica un effetto significativo sulla viscosità del magma. Fino ad ora, non comprendevamo appieno le dinamiche della crescita cristallina nei magmi che hanno ricevuto un’iniezione di calore eccessivo poco prima della risalita. Ma grazie al nostro innovativo recipiente a pressione trasparente ai raggi X, combinato con la microtomografia a raggi X di sincrotrone, possiamo effettivamente osservare questi processi ‘in situ'”.
Ricreare le condizioni vulcaniche in laboratorio
Per studiare il processo, i ricercatori hanno ricreato le condizioni presenti all’interno di un vulcano utilizzando il magma raccolto dall’eruzione del Tajogaite. Quel magma potrebbe essere stato surriscaldato prima dell’eruzione e durante la sua risalita attraverso la crosta terrestre.
Presso il Diamond Light Source, il team ha utilizzato la microtomografia a raggi X di sincrotrone per osservare in tempo reale la formazione dei cristalli all’interno del magma. Hanno inoltre condotto esperimenti ex situ complementari a Praga, che hanno permesso di osservare i campioni per periodi più lunghi.
Nel loro insieme, gli esperimenti hanno permesso agli scienziati di seguire la cristallizzazione in condizioni attentamente controllate di calore e pressione intensi.
La crescita dei cristalli è stata ritardata di oltre otto ore.
La differenza tra i campioni era sorprendente. Il magma che non era stato surriscaldato ha iniziato a formare cristalli dopo circa 20 minuti.
Al contrario, un forte surriscaldamento ha impedito la formazione di cristalli per più di otto ore.
I ricercatori hanno utilizzato questi ritardi di nucleazione misurati sperimentalmente in modelli numerici di risalita del magma. Queste simulazioni sono state progettate per mostrare come il magma si muove e cambia mentre risale attraverso la crosta terrestre.
Come il calore può modificare un’eruzione
I modelli hanno indicato che un lungo ritardo nella cristallizzazione può mantenere il magma relativamente fluido, permettendogli di risalire rapidamente verso la superficie. Questo magma in rapido movimento potrebbe contribuire a generare spettacolari fontane di lava.
Quando però i cristalli iniziano a formarsi prima, il magma diventa più denso e viscoso. Di conseguenza, risale più lentamente, dando ai gas vulcanici più tempo per fuoriuscire e rendendo più probabile un’eruzione effusiva più dolce.
Secondo i ricercatori, questo ruolo recentemente riconosciuto del surriscaldamento potrebbe aiutare i vulcanologi a interpretare meglio i dati di monitoraggio e a migliorare le previsioni sul comportamento delle eruzioni.
La coautrice, la dottoressa Margherita Polacci, docente senior di vulcanologia presso l’Università di Manchester, ha dichiarato: “Gli attuali modelli di rischio vulcanico si concentrano in genere sulla chimica del magma, sul contenuto di gas e sulle variazioni di pressione. Questo lavoro suggerisce che anche la storia termica pre-eruttiva e la cinetica di cristallizzazione possano svolgere un ruolo importante nel controllo della risalita del magma e del comportamento eruttivo, con implicazioni per la valutazione del rischio vulcanico.”
Abstract
La cinetica di cristallizzazione gioca un ruolo fondamentale nel controllo della dinamica del condotto e dello stile eruttivo. Il grado di surriscaldamento è critico nel controllo della cinetica di cristallizzazione; tuttavia, il suo effetto è ancora oggetto di dibattito e ha un impatto non chiaro sulla dinamica eruttiva. In questo studio, analizziamo come il surriscaldamento influenzi la nucleazione del clinopirosseno nei magmi tefritici dell’eruzione di Tajogaite del 2021 (La Palma, Spagna) attraverso esperimenti in situ ed ex situ. I nostri risultati mostrano che il surriscaldamento ritarda la nucleazione dissolvendo i nuclei preesistenti, inibendo così la cristallizzazione al ritorno a condizioni subliquidus. Utilizzando un modello numerico, studiamo come diversi ritardi di nucleazione, derivanti da diversi gradi di surriscaldamento, influenzino la dinamica di risalita del magma. A seconda delle condizioni termodinamiche iniziali e della storia pre-eruttiva del magma, un aumento del ritardo di nucleazione può ridurre significativamente il contenuto di cristalli durante la risalita, diminuendo la viscosità del magma e influenzando lo stile eruttivo. Questi risultati evidenziano il ruolo cruciale delle condizioni termiche pre-eruttive nel controllo dello stile eruttivo e forniscono vincoli per il perfezionamento dei protocolli sperimentali e dei modelli numerici, con implicazioni dirette per il miglioramento della valutazione del rischio vulcanico e della previsione delle eruzioni.
Materiale fornito dall’Università di Manchester . Nota: il contenuto potrebbe essere modificato per motivi di stile e lunghezza.
Barbara Bonechi, Fabio Arzilli, Margherita Polacci, Alessandro Fabbrizio, Giuseppe La Spina, Eleni Michailidou, Elisa Biagioli, Richard A. Brooker, Jean-Louis Hazemann, Robert C. Atwood, Danilo Di Genova, Sumith Abeykoon, David A. Neave, Renat R. Almeev, Mike Burton. Superheating in mafic magmas controls clinopyroxene nucleation delay and magma ascent dynamics. Nature Communications, 2026; 17 (1) DOI: 10.1038/s41467-026-73352-1
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