Monitorare le eruzioni vulcaniche “ascoltando” i loro anelli di fumo

Un nuovo e innovativo studio è stato realizzato sul vulcano Stromboli, gettando le basi per una promettente tecnica di monitoraggio delle eruzioni, effettuata sulla base dei suoni emessi dai vulcani proprio durante le primissime fasi del fenomeno eruttivo. Questa tecnica consente di riuscire a percepire, in anticipo, il comportamento dell’eruzione grazie all’analisi dell’anello effimero di fumo e cenere.

Il nuovo studio “cattura” questi vortici toroidali, in inglese “vortex rings”, di origine vulcanica e il loro suono su video ad alta velocità, creando una nuova possibilità di analisi sull’andamento eruttivo.

I vortex rings vulcanici sono vortici ad anello che si formano intorno alla cima di una nube eruttiva durante i primi secondi dell’evento, come i mulinelli che si formano dietro un remo spinto nell’acqua. La valutazione di forma e dimensione di questi vortici può diventare un utile strumento per comprendere in tempo reale le possibili evoluzioni di questi fenomeni.

Anello di vortice vulcanico da un’esplosione stromboliana. © J. Taddeucci/INGV

Un’attività che può essere un concreto aiuto soltanto nel momento in cui le osservazioni vengano effettuate tempestivamente, sin dai primi istanti che caratterizzano l’attività vulcanica legata all’imminente eruzione. Gli anelli sono, infatti, apprezzabili solamente per brevi periodi e possono essere difficili da misurare in eruzioni piccole. Eruzioni più grandi possono invece formare dei vortici più visibili, ma gli scienziati non sempre sono in grado di avvicinarsi abbastanza per fare le dovute osservazioni.

Lo studio, unico nel suo approccio che unisce audio e video, è il primo che ha isolato il suono degli anelli ed è stato pubblicato sulla rivista AGU Geophysical Research Letters, proprio in virtù dell’alto impatto che questo potrebbe avere per tutte le Scienze della Terra e dello Spazio.

«C’è un suono caratteristico prodotto dal vortice vulcanico, che è un suono basso e prolungato. La bellezza dei vortex rings è che sono stabili, ciò significa che emettono un suono costante che si propaga nel tempo» illustra Jacopo Taddeucci, vulcanologo dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) e primo autore dello studio.

Con queste nuove conoscenze messe a disposizione dei vulcanologi è possibile prevedere un incremento delle informazioni su diversi processi e suoni vulcanici, con lo scopo di migliorare costantemente i dati ottenuti dalle osservazioni, come momento predittivo di quanto potrebbe accadere in seguito.

“Vortex ring” vulcanico.

“Anche se non vediamo l’eruzione perché, ad esempio, il cielo è nuvoloso o non disponiamo di una telecamera fissa sul vulcano, con questa nuova tecnica siamo in grado di sapere cosa sta succedendo analizzando solamente il suono.” prosegue Taddeucci. “La mia speranza è che, conoscendo meglio il suono delle eruzioni, saremo presto in grado di monitorare solo attraverso il rumore i cambiamenti di un’eruzione in corso. Questo è uno degli obiettivi futuri della nostra ricerca”.

Suoni caratteristici

Per individuare il suono dei vortici vulcanici, Taddeucci e i suoi collaboratori hanno installato telecamere ad alta velocità e microfoni posizionandoli a varie distanze dalle bocche eruttive dello Stromboli. Per meglio monitorare il fenomeno eruttivo è stato importante anche l’utilizzo di un drone per filmare il vulcano durante l’eruzione, che ha dato origine a grandi colonne di gas caldi, cenere e fumo, che sul vulcano eoliano possono raggiungere i 100-300 metri di altezza.

Dopo aver misurato le dimensioni e la velocità degli anelli, invisibili a occhio nudo, e sincronizzato con precisione il video con l’audio, i ricercatori hanno isolato il rombo basso e costante proveniente dai vortici, mettendolo in relazione con altre caratteristiche del fenomeno.

Misure acustiche e visive degli anelli di vortici vulcanici. © J. Taddeucci/INGV

«I vortex rings sono piuttosto sensibili ai parametri con cui vengono generati» spiega Juan José Pena Fernández, ricercatore di meccanica dei fluidi e co-autore dello studio. «Se registriamo l’acustica generata da un vortex ring possiamo conoscere abbastanza precisamente le condizioni che l’hanno creato. Se, quindi, ci fosse un cambiamento nel comportamento del vulcano potremmo essere in grado di rilevarlo».

La combinazione di audio con immagini ad alta velocità «Ha perfettamente senso» afferma Amanda Clarke, vulcanologa dell’Università dell’Arizona, non coinvolta nello studio. «Ho ritenuto che fosse molto creativo e intelligente. Non è facile effettuare contemporaneamente questo tipo di misurazioni sul campo» prosegue Clark. «Nel caso delle eruzioni esplosive, i vortici vulcanici possono davvero ‘parlare’ delle condizioni della sorgente, quindi del vulcano stesso. Non è però facile estrapolare queste informazioni da misurazioni che non sono facilmente osservabili».

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