Monitoraggio geochimico

I gas vulcanici

Studiare i gas vulcanici è essenziale per capire come e perché i vulcani eruttano. Una camera magmatica è sottoposta ad elevate pressioni in profondità e contiene disciolta una certa quantità di gas (fino al 5% circa della massa del magma), che vengono liberati durante la risalita del magma verso la superficie. Il gas più abbondante è il vapore acqueo (H2O), seguito dal biossido di carbonio o anidride carbonica (CO2) e dal biossido di zolfo o anidride solforosa (SO2). I gas secondari comprendono idrogeno solforato (H2S), idrogeno (H), monossido di carbonio (CO), acido cloridrico (HCl), acido fluoridrico (HF) ed elio (He).

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Risalita del magma ed essoluzione dei gas disciolti

La differenza di densità tra il magma e la roccia circostante, permette al magma di risalire verso la superficie. Mentre il magma si sposta verso l'alto, la pressione delle rocce sovrastanti diminuisce: i gas disciolti si separano dal liquido ed essolvono in forma di bolle. Proprio come quando viene stappata una bottiglia di una bibita gassata, anche il magma si riempie di bolle di gas mentre sale e si depressurizza. Le bolle crescono ed aumentano di volume, rendendo più efficiente lo spostamento del magma verso la superficie perché ne diminuiscono ulteriormente la densità e, quando la pressione nelle bolle diventa maggiore della pressione della roccia sovrastante si creano le condizioni perché si verifichi un'eruzione vulcanica. Se le bolle di gas in rapida espansione rimangono intrappolate nel liquido e fanno sì che il magma si frammenti nella roccia vulcanica, si verificherà un'eruzione esplosiva. Se le bolle possono risalire attraverso il liquido e sfuggire, allora l'eruzione sarà più effusiva e genererà prevalentemente colate laviche. (Fig.1)

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 Fig. 1: migrazione dei gas nel magma, a seconda della velocità di risalita delle bolle di gas nel magma può verificarsi un’eruzione effusiva o esplosiva

I gas non vengono essolti tutti insieme: il rilascio delle singole specie gassose da parte del magma avviene in funzione della relazione positiva esistente fra solubilità e pressione (più è alta la pressione, più il gas rimane disciolto e viceversa). La solubilità è la quantità massima di una specie gassosa che può sciogliersi in un fuso in determinate condizioni di Temperatura, Pressione, e concentrazione. Ogni specie volatile si libera dal magma ad un caratteristico valore di pressione/profondità. (Fig.2) Questa proprietà consente ai geochimici di determinare a quale profondità si trova la sorgente magmatica; le portate di alcune specie chimiche (ad esempio SO2) consentono di stimare anche il volume di magma degassante, dato molto importante per stimare la durata di una eventuale eruzione.

Fig 2: Rilascio delle specie gassose dal magma a differente pressione/profondità

 

Il monitoraggio geochimico

I vulcani emettono una grande quantità di gas in atmosfera sotto forma di emissioni crateriche, emissioni fumaroliche e degassamento diffuso dai fianchi dell’edificio vulcanico.
Il geochimico studia i gas per ricavarne informazioni utili a valutare lo stato di attività del vulcano e le ricadute sulle popolazioni che vivono alle sue pendici e sull’ambiente. Le emissioni fumaroliche e diffuse si misurano con tecniche di campo (in-situ), prelevando campioni di gas e misurando il flusso di gas con spettrometri portatili. Per le emissioni crateriche, tra le metodologie utilizzate ci sono le tecniche di misura a distanza (telerilevamento o remote sensing) che permettono di determinare il flusso e la concentrazione di gas utilizzando spettrometri posti a terra o su mezzi in movimento o dallo spazio su piattaforme satellitari.

Tecniche di misura in-situ

Tecniche di misura a distanza (remote sensing)