Nei cristalli di sette vulcani delle Ande, quelli formatisi per ultimi prima dell’eruzione mostrano la stessa impronta chimica: un segnale che indica l’arrivo di magma più caldo dal sottosuolo. La somiglianza è emersa nonostante i vulcani abbiano storie molto diverse, da eruzioni ripetute a episodi avvenuti una sola volta, anche 3 milioni di anni fa. Lo studio, pubblicato su Nature Communications, suggerisce che una spinta di magma fresco possa innescare le normali eruzioni di questo arco vulcanico. Non dimostra, però, che l’impronta permetta di prevedere quando un vulcano erutterà.
La ricerca è stata condotta da Daniela Parra-Encalada, dottoranda alla School of the Environment dell’Università del Queensland, insieme all’autrice senior Teresa Ubide e a colleghi australiani, dell’Universidad de Chile, spagnoli e argentini. Il gruppo ha analizzato 28 campioni di lava e cenere raccolti da sette vulcani lungo un tratto di 230 chilometri delle Ande centrali.
L’attenzione si è concentrata sulla plagioclasio, un comune minerale bianco che costituisce gran parte dei cristalli nelle rocce vulcaniche. Si forma nel magma a pochi chilometri di profondità e reagisce ai cambiamenti di temperatura, quantità d’acqua e composizione. Tra le trasformazioni possibili c’è la sostituzione del calcio con il sodio: la composizione del cristallo conserva così una traccia del magma in cui si è formato.
In ogni roccia esaminata sono stati individuati due tipi di cristalli. I più grandi, lunghi fino a circa 2 millimetri, si sono formati lentamente mentre il magma era immagazzinato nel sottosuolo. I più piccoli, lunghi meno di circa 300 micrometri, si sono formati durante la risalita finale verso la superficie e sono gli unici derivati interamente dal magma eruttato.
In tutti e sette i vulcani, i cristalli più piccoli avevano un rapporto calcio-sodio quasi identico. La stessa composizione si ritrovava nei bordi esterni dei cristalli più grandi. I ricercatori hanno chiamato questa fascia di composizioni «campo di eruttività della plagioclasio».
I vulcani, tuttavia, sono molto diversi tra loro. Lascar è il più attivo della regione, mentre alcuni vulcani vicini hanno eruttato una sola volta, anche 3 milioni di anni fa. Alcuni si trovano sull’arco vulcanico principale; altri sono molto più arretrati, in una zona dove la crosta è spessa la metà. In un’intervista a Earth.com, Parra-Encalada ha detto che la sorpresa maggiore è stata scoprire che la somiglianza chimica era legata anche alle trame e alle forme dei cristalli di plagioclasio.
I nuclei dei cristalli più grandi raccontano una storia diversa da quella dei bordi. Circa metà della plagioclasio presente nelle rocce non si è formata dal magma eruttato. La sua composizione indica un magma ricco di silice, raffreddatosi e cristallizzato a lungo a pochi chilometri di profondità, mentre incorporava materiale dalla crosta circostante. I vulcanologi chiamano mush questa massa viscosa e ricca di cristalli.
Durante le eruzioni, frammenti di questo mush sono risaliti in superficie sotto forma di aggregati di cristalli incastrati tra loro e di blocchi di roccia completamente solidificata. I cristalli intrappolati hanno una composizione simile a quella dei cristalli nei depositi lasciati dalle antiche super-eruzioni della regione. Parra-Encalada ha indicato questa somiglianza come una delle due scoperte che l’hanno entusiasmata di più. Secondo la ricercatrice, gli stessi sistemi magmatici stagnanti potrebbero contribuire anche alla formazione sotterranea di giacimenti di rame e oro. Il gruppo sta confrontando i cristalli andini con quelli provenienti da grandi depositi minerari.
Per interpretare l’impronta chimica, i ricercatori hanno simulato al computer il raffreddamento e la cristallizzazione del magma a diverse profondità. I cristalli intrappolati si sarebbero formati tra 750 e 850 °C, entro 11 chilometri dalla superficie. Quelli appartenenti al campo di eruttività si sarebbero invece formati a temperature più alte, tra circa 900 e 975 °C, dopo che il magma era stato riscaldato da una nuova iniezione proveniente da maggiore profondità.
Questa iniezione trasportava anche più acqua disciolta. Durante la risalita, l’acqua ha iniziato a separarsi dal magma sotto forma di bolle, aumentando la pressione nella camera magmatica superficiale. Anche gli isotopi dello stronzio, varianti dello stesso elemento chimico, sostengono questa ricostruzione: i nuclei dei cristalli conservano la firma del magma che aveva assimilato la crosta antica, mentre i bordi corrispondono al magma fresco che lo ha trasportato. Secondo l’interpretazione del gruppo, nei vulcani di questo arco la spinta dal basso è necessaria perché avvenga un’eruzione, e i cristalli più recenti ne conservano la traccia.
Parra-Encalada ha poi consultato un database pubblico di geochimica con dati sulla plagioclasio provenienti da 26 archi vulcanici. La composizione media dei cristalli a livello mondiale rientrava nel campo di eruttività individuato nelle Ande. Lo stesso valeva per le medie delle Cascate e della Kamčatka. «E non succedeva solo nelle Ande!», ha detto la ricercatrice. Nelle Aleutine e in Indonesia, dove la crosta passa da continentale a oceanica, anche i bordi dei cristalli rientravano nel campo, mentre i nuclei mostravano valori più variabili.
Il risultato offre anche una possibile spiegazione per la presenza comune, lungo questi archi vulcanici, di lave con quantità intermedie di silice. I magmi ricchi e poveri di silice che si mescolano per produrle raramente raggiungono da soli la superficie. I cristalli suggeriscono che la crosta agisca da filtro: i mush densi, sia quelli ricchi di silice sia quelli ricchi di ferro, restano intrappolati, mentre può risalire la miscela intermedia, riscaldata di nuovo.
Le super-eruzioni potrebbero seguire un meccanismo diverso. Due campioni provenivano da un antico deposito sotto il Lascar, lasciato da una delle eruzioni esplosive che hanno formato una caldera e sepolto la regione circa 4 milioni di anni fa. In quei campioni i cristalli mostravano pochi segni di riscaldamento: una mappa chimica di un’intera sezione di roccia indicava che il 97% si era formato regolarmente, senza perturbazioni. Gli autori ipotizzano quindi che la spinta che innesca una normale eruzione andina non sia quella responsabile delle eruzioni gigantesche. Enormi serbatoi ricchi di silice potrebbero destabilizzarsi e svuotarsi da soli, una volta accumulata una quantità sufficiente di magma.
Resta da verificare se la composizione dei cristalli possa aiutare a individuare i vulcani più inclini a eruttare. L’ipotesi di Parra-Encalada è che un vulcano i cui cristalli più grandi rientrano nel campo di eruttività possa contenere magma già vicino alle condizioni necessarie per un’eruzione. Alcuni cristalli all’interno del Lascar presentano questa caratteristica. Il vulcano è eruttato l’ultima volta nel 2022, due settimane dopo che il gruppo aveva concluso il lavoro sul campo nella zona.
«Se osservassimo un modello simile in altri vulcani poligenetici, in cui la maggior parte dei cristalli di plagioclasio presenta composizioni comprese nel campo di eruttività, potrebbe essere il segnale di un sistema vulcanico da tenere sotto più stretta osservazione», ha osservato Parra-Encalada. Un vulcano poligenetico è un vulcano che erutta più di una volta.
Lo studio non collega l’impronta chimica né alla frequenza delle eruzioni né al tempo che manca alla successiva: il prossimo articolo del gruppo affronterà questa domanda. Inoltre, i campioni provengono da una sola porzione di un unico arco continentale. Il confronto globale si basa su dati raccolti da altri ricercatori, per la maggior parte senza la classificazione cristallo per cristallo utilizzata in questo studio. Il gruppo sta ampliando la ricerca a Tonga per verificare se il modello si ritrovi anche in un contesto oceanico.
Fonte: earth.com
