Nanocristalli nel magma: il segreto delle eruzioni esplosive svelato

L’ultima ricerca condotta da un team internazionale, guidato da Danilo Di Genova dell’Istituto di scienza, tecnologia e sostenibilità per lo sviluppo dei materiali ceramici del CNR a Roma, ha rivelato che la formazione rapida di nanocristalli nel magma può aumentare notevolmente la sua viscosità, contribuendo così a eruzioni vulcaniche esplosive. Questo studio, realizzato grazie al supporto dell’Università Roma Tre, è stato pubblicato sulla rivista Communications Earth & Environment e offre un nuovo approccio per comprendere la dinamica delle eruzioni vulcaniche, nonché nuove opportunità per il design di materiali avanzati come le vetroceramiche industriali, dove il controllo della nanocristallizzazione gioca un ruolo cruciale.

La formazione di nanoliti nel magma

La ricerca ha utilizzato tecniche di imaging avanzate per osservare, per la prima volta, in tempo reale, la formazione di ‘nanoliti’, che sono cristalli di ossido di ferro e titanio più piccoli di un millesimo del diametro di un capello, in un magma andesitico. Questo tipo di magma, noto per la sua viscosità intermedia, è comune in molti vulcani che mostrano un comportamento esplosivo, come il Vesuvio in Italia e il Monte St. Helens negli Stati Uniti. La scoperta di questa rapida formazione di nanocristalli ha sorpreso gli scienziati, in particolare per gli effetti a catena che innescano all’interno del magma.

Pedro Valdivia Muñoz, primo autore dello studio e ricercatore presso il Bayerisches Geoinstitut in Germania, ha dichiarato: “Abbiamo osservato che questi nanoliti si formano in pochi secondi non appena il magma raggiunge determinate condizioni”. Tuttavia, ciò che ha veramente colpito i ricercatori è stato l’effetto che questi nanoliti hanno sulla struttura chimica del magma circostante. Invece di rimanere semplici particelle solide disperse nel fluido, i nanoliti alterano chimicamente il magma, creando zone arricchite in silice attorno ai cristalli, che sono circondati da gusci ricchi di alluminio. Questa eterogeneità chimica su scala nanoscopica si rivela essere la vera responsabile dell’aumento della viscosità del magma.

Implicazioni per le eruzioni vulcaniche

Il meccanismo di formazione e interazione dei nanoliti nel magma è più complesso di quanto si fosse precedentemente pensato. Non si tratta solamente di un progressivo impoverimento di ferro nel magma liquido o dell’ingombro fisico creato dalla presenza dei cristalli. Secondo Di Genova, “è la riorganizzazione chimica su nanoscala che modifica radicalmente il comportamento del magma, rendendolo più viscoso e quindi più difficile da far scorrere”.

Le implicazioni di queste scoperte per la comprensione delle eruzioni andesitiche sono significative. I vulcani andesitici, come il Sakurajima in Giappone e il Monte Merapi in Indonesia, sono noti per la loro attività esplosiva e per la produzione di colonne eruttive alte. La rapida formazione di nanoliti e l’aumento della viscosità del magma durante la sua risalita potrebbero essere fattori chiave che contribuiscono alla frammentazione esplosiva. Di Genova ha aggiunto che queste zone eterogenee nel magma potrebbero anche influenzare la propagazione delle fratture e facilitare la formazione di bolle di gas, aumentando ulteriormente il potenziale esplosivo delle eruzioni.

Nuove opportunità nell’industria dei materiali

La ricerca sui nanocristalli nel magma non si limita solo alla vulcanologia, ma ha anche implicazioni significative per l’industria dei materiali. La comprensione della nanocristallizzazione potrebbe fornire nuove opportunità per progettare materiali avanzati, in particolare nel campo delle vetroceramiche. Questi materiali sono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni, dalla ceramica per uso domestico alle tecnologie avanzate per l’industria aerospaziale. Il controllo della nanocristallizzazione è fondamentale per migliorare le proprietà dei materiali, come la resistenza e la durabilità.

In conclusione, questo studio rappresenta un passo avanti significativo nella comprensione della dinamica delle eruzioni vulcaniche e nella progettazione di materiali innovativi. La formazione di nanocristalli nel magma non solo aiuta a spiegare le eruzioni esplosive, ma offre anche spunti per nuove applicazioni industriali. La ricerca continua in questo campo potrebbe rivelare ulteriori meccanismi e interazioni che influenzano non solo i vulcani, ma anche l’industria dei materiali, aprendo la strada a innovazioni tecnologiche future.