Come funzionano i supervulcani

Nel 1883, un vulcano indonesiano eruttò con la forza di diverse migliaia di bombe atomiche, uccidendo circa 36.000 persone e producendo quello che alcuni chiamano il suono più forte mai sentito sulla Terra [fonte: Bhatia ]. Krakatau (aka Krakatoa ) echeggiò come un lontano fuoco di cannone su 3.000 miglia (4.828 chilometri) di terra e oceano. Ha vomitato abbastanza gas e polvere verso il cielo per abbassare la temperatura media globale di 0,9-1,8 F (0,5-1,0 C) [fonti: Geological Society of London ; Tharoor ]. Ancora oggi, il suo nome è sinonimo di cataclisma.

Accanto a un supervulcano, Krakatau è un tappo a scatto. Un pacchetto di Pop Rock.

OK, questa è un'esagerazione e più adatta ai vulcani più piccoli. Ma immagina 50 Krakataus o 1.000 Mount St. Helens che eruttano in un unico luogo, facendo esplodere in pochi minuti tanto ejecta quanto i vulcani più piccoli producono negli anni.

Per quanto si possa temere terremoti, tsunami, incendi e tempeste assassine, in realtà solo pochi eventi naturali sono in grado di mettere alle calcagna la civiltà globale. Uno è un meteorite che uccide il pianeta. Ti va di indovinare l'altro?

Ecco un suggerimento: 74.000 anni fa, l'isola vicina di Krakatau, Sumatra, vide una supereruzione che secondo alcuni avrebbe quasi spazzato via la razza umana. Sebbene questo ipotetico collo di bottiglia della popolazione rimanga oggetto di indagine e dibattito, sappiamo che la supereruzione di Toba ha prodotto 670 miglia cubiche (2.800 chilometri cubi) di materiale espulso, lasciato dietro di sé una caldera che misura 19 x 62 miglia (30 x 100 chilometri) e forse salta - ha iniziato un'era glaciale di 10.000 anni [fonti: Achenbach ; Friedman-Rudovsky ; Società geologica di Londra ; maresciallo ; Tyson ; USGS ].

Gli scienziati hanno identificato circa 30-40 supervulcani a livello globale, 6-10 dei quali sono potenzialmente attivi [fonti: Friedman-Rudovsky ; Maresciallo ]. L'ultimo a eruttare è stato vicino a Taupo, Nuova Zelanda, 26.000 anni fa [fonti: WTVY ; USGS ]. Il più grande che conosciamo, l'evento Fish Canyon Tuff in Colorado circa 28 milioni di anni fa, ha eruttato 1.200 miglia cubiche (5.000 chilometri cubi) di depositi, cinque volte la quantità solitamente richiesta per unirsi alla vulcanica Legion of Boom [fonte: Geological Società di Londra ].

Oggi, il Nord America, il Sud America e l'Asia affrontano i maggiori rischi di future supereruzioni. L'unico supervulcano conosciuto in Europa, l'area dei Campi Flegrei situata attraverso il Golfo di Napoli dal Vesuvio, eruttò l'ultima volta 35.000 anni fa [fonte: Geological Society of London ].

Mentre esaminiamo i supervulcani in questo articolo, presteremo particolare attenzione al gigante che dorme in modo irregolare nel cortile di casa degli Stati Uniti: l'hotspot sotto il Parco Nazionale di Yellowstone, sede di 2-3 supereruzioni negli ultimi 2,1 milioni di anni [fonti: Achenbach ; Robinson ; Tyson ; USGS ]. E speriamo che i vulcanologi abbiano stimato correttamente la frequenza di questi cataclismi intorno a uno ogni 100.000 anni perché, in questo momento, non c'è molto che possiamo fare al riguardo.

1. Quello che non sappiamo sui supervulcani riempirebbe una caldera
2. Yellowstone: Il supervulcano nel cortile di casa
3. Yellowstone e il giorno terribile, orribile, non buono, molto brutto

Non ci sono criteri universalmente accettati per i supervulcani. I vulcani esistono su un continuum, anche se logaritmico, quindi i bordi categoriali tendono ad essere sfocati [fonti: Achenbach ; Società geologica di Londra ; Tyson ]. Di conseguenza, le stime variano per quanto riguarda il numero di supervulcani e la frequenza con cui ne fanno esplodere le cime.

Ma esistono alcune delineazioni comuni, tra cui la magnitudine , il volume o la massa del magma eruttato e l' intensità , la velocità con cui il magma erutta [fonte: Geological Society of London ]. Il magma è materiale caldo e fuso che proviene dall'interno del mantello o della crosta terrestre ed è espulso come lava durante le eruzioni vulcaniche. In genere contiene silicati, cristalli sospesi e gas disciolti [fonte: Oxford Dictionary of Science].

Un'altra categorizzazione comune, chiamata Volcano Explosivity Index (VEI) , classifica i vulcani in base all'altezza della colonna di cenere e alla quantità di cenere, pomice e lava espulsa [fonte: USGS ]. I supervulcani occupano comunemente la categoria VEI più alta, magnitudine 8, il che significa che producono più di 240 miglia cubiche (1.000 chilometri cubi) di materiale eruttato e un pennacchio alto più di 16 miglia (25 chilometri) [fonti: Marshall ; Rowlett ; USGS ]. I supervulcani fanno piovere distruzione su intere regioni e lasciano dietro di sé caldere delle dimensioni del Rhode Island [fonti: Achenbach ; Società geologica di Londra ; Robinson ; Tyson ].

Per queste meraviglie enormi e distruttive, i supervulcani sono sorprendentemente difficili da individuare. In effetti, la loro dimensione e potenza sono parte del problema. Invece di costruire montagne, questi giganti le fanno saltare in aria. In effetti, il supervulcano del Parco Nazionale di Yellowstone è stato scoperto in parte a causa di una lacuna che ha creato nel paesaggio altrimenti aspro. Anche allora, la sua mera estensione - 30 per 45 miglia (50 per 70 chilometri) - mendica la capacità della mente di prendere tutto in [fonti: Achenbach ; Società geologica di Londra ; Tyson ].

Aggiungete a ciò la vastità del tempo -- le centinaia di migliaia o milioni di anni in cui una caldera può erodersi, riempirsi di lava da eruzioni più piccole o diventare un lago alberato -- e non è difficile capire come i supervulcani possano nascondersi in in piena vista. Ma i ricercatori rimangono ostacolati da un'altra immensità, vale a dire la scala dei processi che li alimentano - meccanismi che raggiungono le profondità della Terra e si estendono per centinaia di miglia attraverso [fonti: Friedman-Rudovsky ; Società geologica di Londra ; maresciallo ; Tyson ; USGS ].

Quindi non pensare a loro come a vulcani ingranditi. I supervulcani sono un fenomeno tutto loro, un processo profondo che ancora fatichiamo a comprendere [fonti: Achenbach ; Malfait et al. ]. Per capire meglio come funzionano, i ricercatori si rivolgono a potenziali supervulcani come Uturuncu in Bolivia, che è cresciuto di mezzo pollice (1,3 centimetri) all'anno negli ultimi due decenni, e a noti punti caldi di magma in aumento come quello sotto Yellowstone [fonte : Friedman-Rudovsky ].

Traccia una linea sulla mappa dal nord del Nevada attraverso l'Idaho meridionale e fino al nord-ovest del Wyoming, e seguirai una cicatrice intermittente di caos vulcanico che si estende per 350 miglia (560 chilometri) e risale a 18 milioni di anni fa. La catena di vulcani diventa progressivamente più giovane man mano che ti muovi lungo questa linea da ovest a est, ognuno dei quali segna un'area in cui la pressione del magma da un punto caldo solitario ha fatto irruzione. La catena, come l'hot spot, ha un vicolo cieco nel Parco Nazionale di Yellowstone [fonti: Achenbach ; Società geologica di Londra ].

In realtà, non è il punto caldo che si muove. Piuttosto, la piastra nordamericana macina sopra la testa a circa 1,8 pollici (4,6 centimetri) all'anno. Ogni tanto, l'hot spot esplode. Durante i suoi oltre 2 milioni di anni sotto Yellowstone, ha prodotto tre eventi di dimensioni enormi [fonti: Achenbach ; Robinson ; Tyson ; USGS ]:

Oggi, l'hot spot di Yellowstone ha assunto un aspetto più dolce, per quanto ne sappiamo. Riscalda i famosi geyser del parco , le sorgenti termali, gli sfiati del vapore e i mudpot, e toglie un po' di freddo al lago Yellowstone, a sua volta in parte formato da una caldera di un supervulcano crollato. Ma occasionalmente fa anche in modo che il terreno sopra diventi inquietante e ci ricorda che un drago addormentato è ancora, dopo tutto, un drago [fonti: Achenbach ; Enciclopedia Britannica ; USGS ].

Sebbene i ricercatori monitorino Yellowstone per terremoti, deformazione del suolo, flusso del flusso e temperatura, non è chiaro quanto avviso potrebbe fornire un supervulcano prima dell'eruzione [fonti: Geological Society of London ; Tyson ; USGS ]. I terremoti, di cui Yellowstone ha 1.000-3.000 all'anno, potrebbero avvertire di un evento vulcanico, ma potrebbero anche rilasciare pressione e quindi aiutare a prevenirne uno [fonti: Achenbach ; USGS ].

Anche i supervulcani rilasciano periodicamente pressione tramite eruzioni più piccole. Nei 640.000 anni trascorsi da Lava Creek, Yellowstone ha subito circa 80 eruzioni non esplosive che producono lava, e la prossima eruzione di Yellowstone sarà più probabilmente della scala di Pinatubo - tutt'altro che insignificante, ma non un supervulcano [fonti: Achenbach ; USGS ].

Ma cosa succede se i dadi non rotolano verso di noi? Come potrebbe essere un'eruzione supervulcanica a Yellowstone?

Punto di non ritorno

Le enormi dimensioni dei supervulcani, combinate con la nostra mancanza di dati sui tipi e le quantità di gas che producono, rendono difficile prevedere il loro impatto sul clima, specialmente se si considera la complessità del sistema climatico terrestre. Ma sappiamo di punti di non ritorno in natura che possono causare alterazioni climatiche rapide, irreversibili (o lente nell'inversione). La crescita dei ghiacciai e lo scioglimento della calotta glaciale, ad esempio, funzionano entrambi tramite circuiti di feedback che possono accelerare nel tempo. Il supervulcano Toba ha fattibilmente accelerato un'era glaciale mettendo un pollice sulla scala di uno di questi equilibri [fonti: Achenbach ; Friedman-Rudovsky ; Società geologica di Londra ; maresciallo ; Tyson ].

La maggior parte delle supereruzioni si verifica in aree che rimangono attive per milioni di anni ma godono di un lungo periodo di riposo , quindi non riporre troppa fiducia nell'apparente calma di Yellowstone. In linea di massima, più lunga è la dormienza , maggiore è il boom [fonte: Geological Society of London ].

Come altre aree supervulcaniche, Yellowstone si trova su una zona tettonica a lungo attiva, una crosta indebolita e assottigliata che sovrasta una cupola magmatica di 2.500 F (1.370 C) che sale dal mantello superiore . Questa cupola si è fusa e si è rotta nella crosta per creare due camere magmatiche a circa 5-7 miglia (8-11 chilometri) sottoterra, ciascuna delle quali misura oltre 30 miglia (48 chilometri) di diametro [fonte: Encyclopedia Britannica ]. Queste camere magmatiche sono riempite con un amalgama di magma, roccia semisolida e gas disciolti come vapore acqueo e anidride carbonica.

Nel corso dei secoli e dei millenni, si accumula ulteriore magma, fornendo più calore e pressione, spingendo verso l'alto il terreno sovrastante a poco a poco. Se la camera riceve una fornitura costante e sostanziale di magma caldo, la pressione si accumula in un processo spesso ciclico chiamato incubazione . In caso contrario, del materiale si solidifica e affonda, rimuovendo la pressione. L'enorme volume della camera magmatica di un supervulcano significa che l'incubazione richiede una velocità di erogazione di calore di 2-3 ordini di grandezza maggiore di quella di un vulcano tradizionale [fonti: Achenbach ; Clemetti ].

Alla fine, la sovrappressione crea fratture lungo la periferia della cupola, scaricando la pressione dalla camera. Il magma pieno di gas esplode verso il cielo, facendo piovere cenere e detriti per centinaia di miglia e rilasciando letali flussi piroclastici - spesse nubi di gas, cenere e rocce in rapido movimento che ribollono via dall'eruzione a 1.470 F (800 C) - attraverso decine di migliaia di miglia quadrate [fonti: Achenbach ; Società geologica di Londra ].

Additional blasts pop off periodically for weeks. Ash drifts down on a regional scale, filling the sky with pollutants and blanketing tens of millions of square miles in inches of crop-killing ash [sources: Geological Society of London; Klemetti]. Until it settles, anyone within thousands of miles around risks breathing tiny glass needles, bursting pulmonary blood vessels and drowning in a slurry of ash and lung moisture [sources: Achenbach; Geological Society of London; Tyson]. Ash collapses roofs, pollutes vital water sources and gums up vehicle engines, sparking a crisis of food production, transportation, communication and economics lasting months to years [sources: Geological Society of London; Klemetti].

Within weeks, dust and sulfate aerosols encircle the globe, filtering out sunlight and cooling global average temperatures by an estimated 5-9 F (3-5 C) for several years afterward [sources: Geological Society of London; Klemetti; Marshall]. One-third of the U.S., particularly the states of Montana, Idaho and Wyoming, remain uninhabitable for months, possibly years [sources: Tyson; USGS].

Thankfully, the odds argue against this happening any time soon. But another supereruption, someday, somewhere in the world, is inevitable. Maybe it's time we got started on that Mars colony after all.

It Doesn't Take Much

Sebbene 50 volte più piccolo di un supervulcano, Pinatubo (1991), sull'isola filippina di Luzon, ha abbassato le temperature superficiali nell'emisfero settentrionale fino a 0,9-1,1 F (0,5-0,6 C). Tambora (1815) ha smorzato le temperature estive nell'emisfero settentrionale per due anni consecutivi. Krakatau (1883) ha causato un calo medio di 0,9-1,8 F (0,5-1,0 C) nelle temperature dell'atmosfera inferiore che è durato anni. Queste medie probabilmente nascondono effetti locali più gravi [fonti: Geological Society of London ; Sé et al. ].

Nota dell'autore: come funzionano i supervulcani

I supervulcani presentano un argomento affascinante, ma difficile da scrivere. Da un lato, ci meravigliamo dell'enorme scala rivelata attraverso le loro vaste caldere e depositi ad alto cumulo, e possiamo intuire la loro capacità di cambiamento climatico attraverso carote di ghiaccio, anelli degli alberi e microbi che alterano la loro struttura in risposta ai cambiamenti climatici. Dall'altro, c'è così tanto che non sappiamo sul contenuto dei loro magmi e sulle dinamiche che guidano i loro pennacchi di pozzo profondo. Anche sostanze chimiche e materiali apparentemente innocui potrebbero causare indicibili perturbazioni nel clima se scaricati nell'atmosfera in quantità sufficienti. Semplicemente non lo sappiamo.

E questo è ciò che è terrificante di questi colossi. Nonostante tutte le nostre conoscenze sugli eventi vulcanici e tettonici, e anche se i supervulcani esistono proprio qui sulla Terra, in qualche modo potrebbero anche essere meteore a livello di estinzione provenienti dallo spazio. La nostra capacità di prevederli, o di fare qualcosa al riguardo, è ugualmente piccola, e in entrambi i casi rimaniamo aggrappati al freddo conforto delle probabilità lunghe.

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