Le viscere del vulcano Soufrière in Guadalupa mappate in 3D

Dominati dal vulcano Soufrière, il punto più alto della Guadalupa, gli abitanti dell'isola delle Antille sono tra gli 800 milioni di persone al mondo che vivono a meno di 100 chilometri da un pericoloso vulcano, e sono quindi soggetti ai capricci di quello la soprannominano “la Vecchia Signora”. Per gestire al meglio il rischio legato alle eruzioni vulcaniche è fondamentale prevederne il verificarsi, operazione spesso molto difficile a causa della mancanza di dati sull’interno del vulcano. Elsa Giraudat, dell'Istituto Langevin, a Parigi, e i suoi colleghi dell'Institute of Globe Physics hanno fatto un importante passo avanti producendo immagini tridimensionali della struttura interna di Soufrière.

Il team ha installato sui fianchi del vulcano una rete di 76 geofoni, dispositivi che misurano il rumore sismico, causato in particolare dalle attività umane o dalle onde sulla sabbia. Quando le onde sismiche incontrano strutture riflettenti nel vulcano (fratture, sacche di magma, ecc.), cambiano traiettoria. In linea di principio sarebbe possibile, misurandoli in superficie, ricostruire la struttura interna dell'edificio. Alexandre Aubry, direttore della ricerca del CNRS, che ha partecipato allo studio, spiega: “Per molto tempo non abbiamo utilizzato il rumore sismico, anche se contiene molte informazioni. I ricercatori si sono accorti circa vent’anni fa che se mettiamo in relazione il rumore sismico registrato da due geofoni, accediamo a quella che chiamiamo “risposta all’impulso” tra questi geofoni: tutto avviene come se stessimo creando un microsismo su uno dei dispositivi e che ascoltassimo ad esso dall'altro. Considerando tutte le possibili combinazioni di coppie, otteniamo una matrice di riflessione, dalla quale costruiamo un'immagine delle strutture riflettenti del vulcano, come negli ultrasuoni. »

Tuttavia, l’immagine così raccolta è offuscata dalle eterogeneità dell’ambiente, che creano distorsioni. Per correggere queste aberrazioni, i ricercatori hanno applicato l’elaborazione computerizzata ai loro dati, traendo ispirazione da un metodo utilizzato in astronomia con le onde luminose. “Quando guardiamo una stella”, continua Alexandre Aubry, “la vediamo brillare a causa della turbolenza dell'atmosfera che ne distorce l'immagine. Gli astronomi compensano queste aberrazioni utilizzando specchi deformabili posti nel telescopio. » In questa tecnica chiamata “ottica adattiva”, gli astronomi utilizzano un laser puntato verso il cielo che eccita gli atomi di sodio presenti nell'alta atmosfera e crea così una “stella virtuale”. L'immagine distorta dalla turbolenza di questa stella artificiale indica come configurare lo specchio per raccogliere un'immagine nitida delle stelle reali. “Qui riprendiamo questo principio”, continua Alexandre Aubry. Dai dati della matrice di riflessione, sintetizziamo tipi di stelle virtuali in tutte le aree del vulcano e “ascoltiamo” le onde sismiche provenienti da queste “stelle” per studiare e compensare la loro distorsione. »

I ricercatori hanno così ottenuto una seconda immagine dell'interno del vulcano, molto più nitida, con una precisione di circa un centinaio di metri. Hanno scoperto che tra i 5 chilometri di profondità e la superficie della Soufrière, il magma attraversa la roccia in un lungo condotto tortuoso, mentre tra gli 8 ei 5 chilometri di profondità si distribuisce in grandi lenti orizzontali sovrapposte le une alle altre e collegate da piccole verticali condotti.

Grazie a questo metodo unico, Alexandre Aubry e i suoi colleghi sperano di andare oltre: “Il prossimo passo sarebbe stabilire questo tipo di immagine in funzione del tempo, per studiare in profondità la dinamica del magma. Inoltre attualmente, per prevedere le eruzioni, ascoltiamo i microsismi in profondità senza sapere realmente da dove provengano. Il nostro metodo consentirebbe quindi di localizzare meglio questi terremoti per sapere quale zona sotterranea del vulcano si sta muovendo. » Questi dati aiuterebbero anche a valutare con precisione le pressioni e le temperature all'interno del vulcano, la connettività tra i sistemi magmatici e la superficie, a rilevare anticipatamente la presenza di magma potenzialmente eruttivo e a monitorare la sua evoluzione spaziotemporale… parametri che influenzano il verificarsi di eruzioni vulcaniche.