Nuove ricerche chiariscono il ruolo delle forze di taglio nella genesi di bolle, migliorando modelli previsionali e gestione del rischio eruttivo

Il comportamento di un vulcano non è più spiegabile soltanto con la pressione che diminuisce durante la risalita del magma. Una squadra internazionale di ricerca, con la partecipazione del Politecnico Federale di Zurigo, ha dimostrato che le forze di taglio esercitate lungo le pareti del condotto vulcanico generano bolle di gas capaci di influenzare in modo decisivo il tipo di eruzione. Questa scoperta, pubblicata su “Science” nel 2025, introduce un tassello cruciale nella comprensione delle dinamiche interne dei sistemi vulcanici, aprendo a previsioni più accurate e a migliori strategie di mitigazione del rischio.

Per decenni, la vulcanologia ha spiegato l’esplosività come conseguenza quasi esclusiva della decompressione: all’aumentare delle bolle, il magma diventa più leggero, accelera e può frammentarsi in modo violento. Tuttavia, casi storici come il Monte Sant’Elena negli Stati Uniti d’America o il Quizapu in Cile hanno mostrato colate inizialmente lente pur in presenza di magmi ricchi di gas. La nuova evidenza indica che la frizione del magma contro le pareti del condotto “impasta” il fluido, favorendo la nucleazione di bolle anche senza un calo di pressione. Quando queste bolle crescono e si connettono precocemente, creano canali di degassamento che rilasciano il gas e consentono un deflusso più calmo della lava.

Forze di taglio e bolle per nuovi scenari predittivi

La chiave sta nel gradiente di velocità: il magma scorre più lentamente lungo i bordi, dove la frizione è maggiore, e più velocemente al centro. Questo differenziale produce micro-turbolenze che innescano la formazione di bolle.

“I nostri esperimenti mostrano che il movimento del magma dovuto alle forze di taglio è sufficiente a formare bolle di gas, anche in assenza di una diminuzione di pressione”,

spiega Olivier Bachmann, Professore di Vulcanologia e Petrologia Magmatica all’ETH Zurich e co-autore dello studio.

Lo stesso studioso sottolinea come l’elevato contenuto di gas riduca la soglia di taglio necessaria alla crescita delle bolle, innescando un circuito di retroazione che può stabilizzare o destabilizzare il sistema a seconda dei tempi e delle geometrie del condotto.

Il lavoro integra esperimenti di laboratorio ad alta fedeltà e simulazioni numeriche di flusso viscoelastico, replicando le condizioni di saturazione in CO2 e le dinamiche di scorrimento lungo le pareti. I risultati mostrano che le zone più sensibili sono quelle prossime al rivestimento del condotto, dove lo sforzo di taglio è massimo: qui le bolle possono aggregarsi fino a connettersi, aprendo vie preferenziali per il degassamento e modulando la transizione tra colata effusiva ed evento esplosivo.

Laboratori, simulazioni e innovazione sperimentale

Per osservare processi invisibili in natura, i ricercatori hanno sviluppato un setup sperimentale con fluidi viscosi analoghi al magma, saturati di gas e sottoposti a sforzi controllati. Al superamento di specifiche soglie, la formazione di bolle si manifesta improvvisamente; l’esistenza di bolle preesistenti accelera ulteriormente il fenomeno, indicando una dinamica cooperativa che rafforza la previsione di canali di degassamento precoci. Le simulazioni confermano che tali effetti sono più probabili quando il magma viscoso scorre aderendo alle pareti, dove il “rimescolamento” è più intenso.

Questo approccio ibrido sperimentale-digitale rappresenta un progresso metodologico: integrare dati osservativi, fisica dei fluidi e modelli termomeccanici consente di affinare le curve di pericolosità, utili a protezione civile, pianificazione territoriale e sistemi di allerta precoce.

Gli enti scientifici coinvolti, tra cui l’ETH Zurich e istituzioni partner internazionali, indicano la necessità di aggiornare i modelli vulcanologici includendo esplicitamente le forze di taglio nei conduits, superando schemi basati unicamente sulla decompressione.

Dal caso Sant’Elena alla gestione del rischio globale

L’eruzione del 1980 del Monte Sant’Elena offre un esempio emblematico: nonostante il magma fosse ricco di gas, l’evento iniziò con una colata lenta. Le nuove evidenze suggeriscono che le forze di taglio favorirono una fase iniziale di degassamento che stabilizzò il sistema, prima che un improvviso collasso e un rapido calo di pressione scatenassero l’esplosione. La comprensione di queste sequenze temporali è centrale per interpretare i segnali precursori e distinguere tra scenari di effusività controllata e esplosività imminente.

In un contesto di crescente urbanizzazione in aree vulcaniche, l’impatto operativo è rilevante: migliori modelli aiutano a definire soglie di intervento, evacuazioni mirate e comunicazioni del rischio basate su evidenze robuste. La ricerca contribuisce inoltre all’ottimizzazione delle reti di monitoraggio, integrando dati sismici, deformativi e gasometrici con i nuovi parametri legati allo sforzo di taglio.

Verso metodi matematici integrati e resilienza territoriale

La svolta concettuale introdotta dalle forze di taglio come fattore primario della nucleazione di bolle segna un passaggio dalla descrizione statica a una visione dinamica del vulcano. Aggiornare i modelli significa riconoscere che la pericolosità non dipende solo da quante bolle si formano, ma da quando e dove si connettono, e con quali geometrie fluidodinamiche. In prospettiva, l’integrazione di sensori avanzati, calcolo ad alte prestazioni e validazione sperimentale potrà tradursi in sistemi previsionali più affidabili, a supporto di comunità esposte e decisori pubblici.

La ricerca guidata da Olivier Bachmann e dai partner internazionali dimostra come l’innovazione scientifica, quando unisce osservazione, sperimentazione e simulazione, possa trasformare la comprensione dei fenomeni naturali in strumenti concreti di prevenzione. Non tutti i vulcani esplodono allo stesso modo: capire perché è il primo passo per convivere con la loro potenza, riducendo il rischio e aumentando la resilienza dei territori.

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