All'interno della previsione salvavita degli scienziati sull'eruzione dell'Islanda | Rivista Quanti

A novembre 10, 2023, Kristín Jónsdottir, capo del dipartimento di ricerca sui vulcani dell'Ufficio meteorologico islandese, stava trascorrendo un raro giorno libero. "Era il mio cinquantesimo compleanno", ha detto. Poi tutto cominciò a tremare. Trascorreva la giornata fissando il telefono, osservando i terremoti che si manifestavano sulle mappe della penisola islandese di Reykjanes.

La penisola sperimenta eruzioni di fessura, dove il terreno si spacca e la lava fuoriesce. Dalla fine di ottobre, l'attenzione si è concentrata sulla regione di Svartsengi, sede della famosa spa Blue Lagoon, di una centrale geotermica e della città costiera di Grindavík. Le ultime tre eruzioni fissurali della penisola avevano inondato di fuoco valli isolate. Ora, però, la città era minacciata.

Il vortice di terremoti del 10 novembre ha rivelato che un fiume magmatico sepolto si era fatto strada verso Grindavík e i suoi 3,600 abitanti. Ancora più angosciante, una diga – un corpo di magma verticale simile a una cortina di fuoco liquido – si era formata una fontana da quel fiume sotterraneo, fermandosi appena prima della superficie.

Le autorità hanno rapidamente evacuato la città. E poi tutti hanno aspettato.

Il 18 dicembre, una fessura vulcanica spaccò il terreno a nord-est della città e dipinse il suolo invernale di roccia fusa. L'intensa eruzione durò alcuni giorni e rimase fuori Grindavík.

Poi, alle 3 del mattino del 14 gennaio, i pochi residenti che erano tornati alle loro case sono stati svegliati da clacson e messaggi di testo che dicevano loro di fuggire. Un'altra eruzione aveva invaso la città. Quando finì, circa 60 ore dopo, diverse case erano state inghiottite, ma nessuno era morto.

I residenti di Grindavík devono la loro vita alle autorità locali proattive, ai gestori delle emergenze e allo studio dell'interno della Terra. Gli scienziati hanno monitorato il movimento del magma decodificando le onde sismiche e le distorsioni nella crosta del pianeta. Mappando l'impianto idraulico vulcanico della penisola, stanno costruendo una migliore comprensione di come funziona il vulcanismo in generale, mirando anche a fornire previsioni locali ancora più precise in futuro.

Il lavoro è in corso; questa crisi vulcanica è lungi dall’essere finita. Una penisola che non vedeva un’eruzione da 800 anni si è ora risvegliata, e le prove geologiche suggeriscono che le eruzioni potrebbero continuare per anni, decenni o addirittura secoli.

"Abbiamo visto solo una frazione della lava salire", ha detto Jónsdóttir. “La natura è cupa.”

Il potere della geofisica

Eruzioni di fessure - che si verificano anche altrove in Islanda, così come alle Hawaii e (diversi millenni fa) Idaho, Nuovo Messico e California sono difficili da prevedere. A differenza delle classiche eruzioni vulcaniche caratterizzate da una morfologia montuosa, è difficile prevedere esattamente dove si materializzeranno le fessure.

Il vulcanismo a fessura della penisola di Reykjanes è particolarmente peculiare. Antichi flussi di lava, ora congelati sul posto, rivelano che le eruzioni hanno afflitto la regione per molti anni consecutivi, ma che in entrambi i casi l'attività vulcanica è stata assente per secoli. L'ultimo periodo di eruzioni terminò nel 1240, e così fu il terzo del suo genere sulla penisola negli ultimi 4,000 anni, con ciascun gruppo separato da circa otto secoli. Ma perché esiste questa periodicità di circa 800 anni? "Ancora non lo sappiamo, a dire il vero", ha detto Alberto Caracciolo, geologo dell'Università dell'Islanda.

Il fatto che esista del vulcanismo non è affatto scioccante. La penisola si trova in cima a un pennacchio di mantello: a fontana di calore risalendo dal confine nucleo-mantello della Terra. E si trova a cavallo della dorsale medio-atlantica, una sutura soggetta a eruzioni tra la placca eurasiatica e quella nordamericana. L'irrequietezza tettonica di Reykjanes ha reso l'area una delle regioni vulcaniche più esaminate al mondo.

Così, nel 2020, quando decine di migliaia di terremoti iniziarono a scuotere la penisola e il terreno cominciò a gonfiarsi, gli scienziati sospettarono che il terremoto potesse essere il preludio di un’attività vulcanica in atto da otto secoli. Dovevano solo capire dove. 

Caccia al magma

Quando il magma rompe la roccia in profondità nella crosta terrestre, crea terremoti con firme distinte. Queste onde sismiche e le loro proprietà forniscono agli scienziati gli indizi più immediati – e meno ambigui – sulla presenza e la migrazione del magma. Durante una crisi vulcanica, “se potessi avere solo una cosa”, ha detto Sam Mitchell, vulcanologo dell’Università di Bristol, “sarebbe quello”.

Anche il magma in movimento, se è sufficientemente superficiale, deforma notevolmente il terreno. I satelliti utilizzano il radar per identificare i cambiamenti di elevazione nel corso di ore, giorni o settimane. Le stazioni GPS a terra forniscono anche informazioni ad alta risoluzione e in tempo reale sui cambiamenti di elevazione.

Jónsdóttir sospetta che la cacofonia dei terremoti iniziata nel 2020 sia dovuta sia alla migrazione magmatica che al movimento delle placche tettoniche. In Islanda, le placche eurasiatica e nordamericana non si separano nettamente, ma si sfregano l’una contro l’altra mentre si spostano. Tra i cicli eruttivi si accumula molto stress tettonico. Poi, quando il magma si insinua nei crepacci sotterranei lungo questo confine, innesca il rilascio di quella tensione sotto forma di terremoti potenti e frequenti.

All’inizio del 2021, però, questa macchina magmatica ha cambiato marcia. Sia i cambiamenti di altitudine che i movimenti sismici suggerivano che il magma si stesse accumulando sotto Fagradalsfjall, un piccolo tumulo vulcanico vicino a una valle disabitata. Per molti mesi, terremoti di lungo periodo avevano scosso la crosta profonda della penisola. Questi tipi di terremoti “sono stati visti qui sotto altri vulcani in tutto il mondo, e non sono ancora del tutto compresi”, ha affermato Tom Winder, un sismologo vulcanologico dell'Università dell'Islanda. Sebbene enigmatici, suggeriscono che sta accadendo qualcosa di lento: la graduale frammentazione della roccia calda, forse, o bolle di magma che vengono schiacciate attraverso una costrizione.

Poi, il 19 marzo 2021, la penisola è esplosa per la prima volta in otto secoli. Per sei mesi, la materia fusa fuoriuscì da una fessura vicino a Fagradalsfjall. Seguirono due eruzioni più brevi, nelle estati del 2022 e del 2023.

A parte quei tremori di lungo periodo, simili a bassi, la sinfonia sismica complessiva che ha preceduto le tre esplosioni di Fagradalsfjall suggeriva che il magma stesse prendendo un percorso insolito verso la superficie. Invece di raccogliersi nella crosta poco profonda, la roccia fusa sembrava schizzare direttamente in superficie da una grande profondità, il confine tra la crosta e il mantello sottostante, simile a stucco. "È piuttosto inaudito", ha detto Winder.

Rispetto a molti sistemi vulcanici islandesi, Fagradalsfjall si comportava in modo strano, ma almeno accadeva lontano da niente e da nessuno.

Fu solo nell’ottobre del 2023 che la curiosità degli scienziati si trasformò in ansia quando l’attività si spostò nella regione di Svartsengi, ricca di infrastrutture, a sud.

La battaglia di Grindavík

Il terreno nella regione di Svartsengi si è alzato, poi ha smesso di alzarsi, diverse volte dal 2020, suggerendo che il magma arrivava a intervalli irregolari, anche se senza eruttare. Ma verso la fine del 2023, il ritmo del movimento è aumentato. Il magma stava entrando nella regione più velocemente che mai. A metà novembre, un davanzale – un corpo orizzontale di magma – di proporzioni elefantiache si trovava a pochi chilometri sotto Svartsengi. "Tutti erano all'erta e non sapevamo davvero cosa sarebbe successo dopo", ha detto Jónsdóttir. Non era chiaro dove o quando avrebbe potuto verificarsi un'eruzione.

I terremoti che hanno scosso la regione a novembre hanno contribuito a indicare la strada. Inizialmente, il loro numero sovraccaricava le capacità di monitoraggio sismico dell'Ufficio meteorologico islandese, ma il personale è riuscito rapidamente a trovare il ritornello nel caos e a decifrarne il testo: i terremoti che hanno rotto le rocce significavano che parte del magma aveva lasciato il davanzale e si era spostato lateralmente. E i satelliti di monitoraggio del suolo hanno confermato ciò che suggeriva la sismicità: il terreno sopra il davanzale di Svartsengi era crollato mentre il magma veniva drenato.

Era facile vedere dove fosse andato a finire quel magma. Il terreno intorno a Grindavík stava sprofondando. Per un vulcanologo che studiava il territorio, quel modello rivelava non un’assenza di magma, ma un’incursione dello stesso. Il magma che ha lasciato il davanzale si era spostato lateralmente prima di oscillare verso l'alto direttamente sotto Grindavík. Mentre si sollevava, questo viticcio verticale di magma spingeva via le pareti di roccia ai suoi lati. Ciò, a sua volta, fece sì che la terra sopra il viticcio crollasse nel vuoto appena creato. Più tardi, scienziati riferirebbe che ad un certo punto durante la tempesta sismica del 10 novembre, circa 7,400 metri cubi di magma si riversavano dal davanzale nel viticcio ogni secondo.

Segni di questo spostamento sotterraneo sono stati individuati anche all'interno dei pozzi della centrale geotermica. I gas vulcanici, come il biossido di zolfo, fuga dal magma a profondità basse e possono segnalare un'eruzione imminente. Gli scienziati hanno visto quel gas e un cambiamento di pressione all’interno dei pozzi – un’altra indicazione che il magma si stava muovendo verso la città.

Un colossale viticcio di magma, noto come diga, era germogliato sotto Grindavík, con una cresta a soli 800 metri sotto le sue strade.

A poche ore dal terremoto del 10 novembre, gli scienziati hanno identificato una sezione di terra lunga 10 miglia dove un'eruzione sembrava altamente probabile. Tagliava Grindavík da una serie di antichi crateri vulcanici a nord-est della città fino a sud-ovest. A mezzanotte, la protezione civile islandese aveva evacuato la città e gli operai edili costruirono in fretta muri protettivi nelle aree che più probabilmente sarebbero state inondate dalla lava.

Nelle settimane successive, le osservazioni geofisiche rivelarono che il magma stava ancora fluendo nella regione. Entro il 18 dicembre, in base al terreno in mongolfiera, gli scienziati hanno calcolato che sul davanzale si erano accumulati circa 11 milioni di metri cubi di magma fresco. Sembrava essere il massimo che poteva contenere. Quel giorno, un altro rumoroso flusso di magma lasciò il davanzale e riempì eccessivamente la diga. I terremoti che hanno provocato la rottura delle rocce hanno avvertito gli scienziati che il magma stava finalmente emergendo in superficie, e 90 minuti dopo l’inizio di quei terremoti, “abbiamo avuto l’eruzione”, ha detto Jónsdóttir. "È stato un evento davvero veloce." Nei giorni successivi, l'eruzione ha prosciugato la diga abbastanza da consentirle di stabilizzarsi e stabilizzarsi.

Questo schema si ripeteva prima dell’eruzione del 14 gennaio: 12 milioni di metri cubi di magma riempivano il davanzale prima di innescare un’eruzione quattro ore dopo. Questa volta, la materia infernale fuoriuscì da una fessura lunga 3,000 piedi emersa vicino a una delle mura protettive a nord della città, che riuscì a deviare la lava. Ma una seconda fessura, più piccola, apparve proprio al confine del paese, dietro il muro, e distrusse tre case.

Successivamente, il davanzale ha iniziato a gonfiarsi di nuovo. A questo punto, gli scienziati avevano calcolato che un'eruzione sarebbe diventata altamente probabile quando la soglia si fosse riempita di almeno 9 milioni di metri cubi di materia fusa. All'inizio di febbraio il davanzale aveva superato quella soglia e l'8 febbraio iniziò un'altra eruzione. Una fessura lunga 3 chilometri si è aperta vicino al luogo dell'eruzione di dicembre, incanalando la lava lontano da Grindavík ma verso un tubo che fornisce acqua calda a gran parte della penisola.

E così il ciclo continua.

Rivelazioni geochimiche

Le tecniche geofisiche che gli scienziati stanno utilizzando per monitorare il cuore magmatico di Svartsengi non si limitano a monitorare il pericolo in tempo reale. Stanno anche aiutando a costruire un'immagine delle arterie che incanalano tutto quel magma in superficie, il che è cruciale per comprendere l'intera penisola e come potrebbe comportarsi in tempi più lunghi.

Fagradalsfjall e Svartsengi – i due sistemi vulcanici attualmente attivi – sono separati da poche miglia. Nonostante la loro vicinanza, le prove geologiche suggeriscono fortemente che si tratti di sistemi distinti. Le loro architetture sotterranee sono manifestamente diverse. A Fagradalsfjall, il magma scorre dal mantello direttamente in superficie, mentre a Svartsengi viene temporaneamente immagazzinato nella crosta superficiale.

Eppure, sorprendentemente, i due sistemi sembrano attingere materiale dalla stessa fonte nel mantello terrestre, suggerendo una profonda connessione.

Ed Marshall, geochimico dell'Università dell'Islanda, ha studiato la lava appena raccolta dalle eruzioni in entrambi i siti per cercare di determinare come i due sistemi vulcanici sono collegati e perché si sono alternati in eruzione. "Vuoi parcheggiare in un posto dove il gas e la lava non ti porteranno fuori", ha detto. Quindi "entri, raccogli il campione e te ne vai".

In generale, le lave islandesi mostrano modelli chimici simili. Ma "Fagradalsfjall ha la chimica di fusione più strana del mondo", ha detto Marshall, riferendosi alla specifica miscela di elementi e composti che compongono la sua zuppa magmatica. “In realtà non è solo strano. È unico." Unico, ad eccezione di quello che ha la lava Svartsengi quasi esattamente le stesse impronte chimiche, anche se Fagradalsfjall e Svartsengi sono sistemi vulcanici apparentemente indipendenti. "Questo non ha assolutamente senso", ha detto Marshall. "La natura ci sta solo prendendo in giro a questo punto."

Ma “se le cose sono fisicamente connesse in profondità”, ha detto, “questa è una soluzione piuttosto elegante all’intero problema”.

L'analisi sismica del vulcanismo della penisola è in corso. Gli scienziati sperano di essere in grado di prevedere dove emergerà nei prossimi mesi e anni, come hanno fatto con le recenti eruzioni. Per cominciare, Halldór Geirsson, geofisico dell'Università dell'Islanda, e i suoi colleghi stanno utilizzando il radar satellitare per mappare faglie e fratture sulla penisola durante questo periodo di disordini, cosa che suggeriscono possono rivelare difetti nascosti, compresi quelli che potrebbero essere luoghi di future eruzioni di fessure.

Non vi è alcuna garanzia che le eruzioni successive seguiranno lo stesso schema delle recenti esplosioni di Svartsengi: il cuore del sistema non è necessariamente una caratteristica fissa. “Ogni volta che si verifica un’eruzione, si cambia il sistema idraulico. Non si ripristina a zero", ha detto Mitchell.

La futura abitabilità di Grindavík è una questione aperta, e resta da vedere se le altre città della penisola si troveranno ad affrontare torrenti di lava. La nuova era ipervulcanica della penisola di Reykjanes è appena iniziata e potrebbe durare anni, decenni, forse addirittura secoli.

"Purtroppo non ci sono buone notizie per il futuro", ha detto Jónsdóttir.