Quando nel gennaio 2020 è iniziato un periodo di unrest improvviso e inaspettato all’interno del campo geotermico ad alta temperatura di Svartsengi nella penisola di Reykjanes, nel sud-ovest dell’Islanda, gli scienziati hanno immediatamente iniziato a monitorare in dettaglio quanto stava avvenendo. Un rapido sollevamento fino a 12cm, accompagnato da un’intensa sismicità, è stato osservato al centro del campo geotermico ad alta temperatura, dove sono ubicate importanti infrastrutture, tra cui una grande centrale geotermica e la Blue Lagoon Spa.
Con questo sforzo congiunto, un team internazionale di scienziati ha identificato e documentato per la prima volta un processo precursore che porta a un’eruzione vulcanica sul confine di una placca oceanica attiva dove le camere magmatiche crostali non sono coinvolte, ma il magma è direttamente derivato dal mantello terrestre. I risultati spiegano anche l’interazione tra processi magmatici e campi geotermici ad alta temperatura e sottolineano il ruolo della transizione fragile-duttile nei processi di accrezione crostale al confine di una placca oceanica attiva.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature. L’articolo è il risultato di un progetto di ricerca dell’Iceland GeoSurvey (ÍSOR) e del GFZ German Research Center for Geosciences con la partecipazione dell’Accademia delle Scienze della Repubblica Ceca.
Monitoraggio sul campo in vista dell’eruzione vulcanica
“Grazie alla nostra cooperazione di ricerca di lunga durata, ÍSOR e GFZ hanno potuto reagire immediatamente“, afferma Ólafur Flóvenz, autore principale dello studio. “La nostra ricerca includeva il monitoraggio della deformazione della superficie utilizzando i dati satellitari, l’installazione di una fitta rete di sismometri e l’utilizzo di un cavo di telecomunicazione ottica per monitorare la sismicità e ripetute indagini gravitazionali per rilevare se il magma o altri fluidi si stessero introducendo sotto il campo geotermico”, ha aggiunto.
Il monitoraggio integrato ha mostrato chiaramente tre episodi di sollevamento e aumento della sismicità, ciascuno seguito da una subduzione relativamente rapida. Quattordici mesi dopo l’inizio dell’unrest, è iniziata un’eruzione vulcanica a Fagradalsfjall, otto chilometri a est del centro del sollevamento.
Un modello aiuta a interpretare i dati
“All’inizio siamo rimasti perplessi dalla subduzione relativamente veloce subito dopo i cicli di sollevamento, il che è difficile da spiegare se il magma si è introdotto a livelli poco profondi”, afferma Torsten Dahm, uno dei coautori dello studio. “Infine, abbiamo sviluppato un modello poroelastico, in cui fluidi a bassa densità come l’anidride carbonica si introducono in una falda acquifera preesistente a quattro chilometri di profondità alla base del sistema geotermico. Ciò ha risolto l’enigma e, sorprendentemente, potrebbe anche spiegare il sollevamento e la rapida subduzione, insieme ai modelli specifici di sismicità”, ha aggiunto l’esperto.
Il volume totale dei fluidi intrusi nella falda acquifera è stimato in 0,11 ± 0,05 chilometri cubi con una densità di 850 ± 350 chilogrammi per metro cubo. Sulla base della bassa densità, lo studio suggerisce che l’ingresso di CO₂ magmatica può spiegare i dati geodetici, gravitazionali e sismici, sebbene non sia possibile escludere un certo contributo del magma.
Ricostruzione dei processi nel sottosuolo
“Per spiegare l’iniezione ciclica, proponiamo che lotti di fluido a volume finito dal sottostante serbatoio magmatico sottocrostale a 15-20 chilometri di profondità si stacchino dopo che le forze di galleggiamento aumentano e salgono attraverso un canale alimentatore lungo la transizione fragile-duttile che è più superficiale al di sotto del campo geotermico ad alta temperatura di Svartsengi”, afferma Torsten Dahm.
Infine, tutte le osservazioni geofisiche e i risultati della modellazione sono combinati con i risultati delle osservazioni geochimiche del magma eruttato, per suggerire un modello concettuale che spieghi tutti i set di dati disponibili. Il modello concettuale presuppone un serbatoio magmatico sottocrostale a 15-20 chilometri di profondità sotto il sito eruttivo di Fagradalsfjall. È alimentato da un lento afflusso di magma dal mantello più profondo. La CO₂ dal magma degassante si accumula e migra verso l’alto attraverso la crosta duttile inferiore e rimane intrappolata in una transizione fragile-duttile impermeabile a una profondità di sette-otto chilometri. Da lì, viene deviata lateralmente verso l’alto lungo la transizione fragile-duttile fino al suo punto più superficiale, sotto Svartsengi da un lato, e sotto il campo geotermico ad alta temperatura di Krýsuvík dall’altro, dove si è verificato un quarto ciclo di sollevamento prima che la crosta fragile sopra il serbatoio di magma alla fine si rompesse e portasse all’eruzione del Fagradalsfjall.
Possibili ulteriori eruzioni
“Abbiamo stimato che il volume minimo di magma degassato sotto il sito dell’eruzione è almeno dell’ordine di 2-9 chilometri cubi“, afferma Ólafur Flóvenz. “Di conseguenza, il volume disponibile di magma non è né un fattore limitante per la longevità dell’eruzione né per il volume eruttato. Solo una piccola parte di questo volume è stata eruttata durante l’eruzione di Fagradalsfjall, durata sei mesi, che indica una grande fonte di magma preparata per ripetute eruzioni in futuro“, conclude l’esperto.
