Campi_Flegrei_3D

Uno dei supervulcani più grandi d'Europa si trova in Italia. Parliamo dei Campi Flegrei, una delle aree vulcaniche più attive (e pericolose) del nostro Paese.  Qui si verificano spesso fenomeni sismici legati bradisismo,  cioè il periodico innalzamento e abbassamento del terreno. Oltre la zona è interessata da intenso idrotermalismo che si esprime in superficie con fumarole, vulcanetti di fango e pozze di fango.

Proprio in questi ultimi anni l'area di Pisciarelli è sotto osservazione speciale perché è una delle più attive di tutto il supervulcano. Situata al margine della Solfatara, negli ultimi anni i fenomeni idrotermali della zona si sono notevolmente evoluti: si sono infatti formate nuove bocche fumaroliche, è cambiata la composizione geochimica dei fluidi e ci sono state nuove emissioni di fango. Per questo motivo tutta l'area è ormai da diverso tempo chiusa al pubblico.

Trattandosi anche di zone urbanizzate, l'attenzione verso questi siti è massima e per riuscire a monitorarli al meglio è stato creato un modello tridimensionale del sottosuolo.
Lo studio, chiamato "The Pisciarelli main fumarole mechanisms reconstructed by electrical resistivity and induced polarization imaging", è stato pubblicato il 20 settembre 2021 su Nature ed è stato redatto da un team di ricerca dell'INGV. Si tratta di un lavoro doppiamente utile: da una parte ci aiuta a capire con più facilità l'evoluzione di quest'area dei Campi Flegrei – permettendoci di valutare i rischi associati -, dall'altra permette di migliorare le attuali tecniche di monitoraggio.

Come è stato creato il modello 3D dell'area flegrea?

Realizzato dall'Osservatorio Vesuviano dell'INGV, lo studio ha permesso di ricostruire la struttura dell'area di Pisciarelli tramite due tecniche:

  • ERT (Electrical Resistivity Tomography);
  • TDIP (Time-Domain Induced Polarization).

Si tratta di "indagini tomografiche ad alta risluzione", ma per spiegarle in modo "pop" possiamo dire che sono tecniche che si basano sull'elettricità che viene "fatta scorrere" nel terreno tramite due elettrodi.
I due metodi permettono di valutare il modo in cui i diversi livelli rocciosi nel sottosuolo reagiscono a questa corrente e, da questo, dedurne la geometria (quindi "la forma") e la loro natura geologica. Le tecniche vengono spesso utilizzate in coppia e, essendo particolarmente abili nell'individuare la presenza di acqua e metalli nel sottosuolo, non sono importanti solo per lo studio di zone vulcaniche idrotermali ma anche in altri campi, come ad esempio la geotermia o l'estrazione mineraria (Yatini et al., 2018).

Modello 3D campi flegrei
in foto: Modello 3D dell’area di Pisciarelli. I diversi colori rappresentano zone con diversi valori di resistività elettrica. In rosso la pozza di fango, in nero il Soffione (modificato da Troiano et al., 2021).

Il sistema idrotermale di Pisciarelli

Grazie all’alta sensibilità della resistività e della caricabilità elettrica nel rilevare la presenza di fluidi all’interno delle strutture sepolte è stato possibile realizzare il primo modello concettuale in grado di spiegare i meccanismi che governano l'attività emissiva del complesso di Pisciarelli.

Queste le parole di Antonio Troiano, ricercatore INGV e principale autore dello studio. In altre parole le tecniche utilizzate – come abbiamo visto – sono molto sensibili alla presenza di fluidi e perciò in un'area idrotermale sono in grado di creare modelli molto dettagliati del terreno.

Il risultato finale di questo lavoro è un modello schematico che rappresenta il sistema idrotermale superficiale del sito di Pisciarelli. I principali elementi di questo modelli sono il Soffione – cioè la fumarola principale e la pozza di fango.

Soffioni_Pisciarelli
in foto: Rappresentazione schematica del sistema idrotermale dell’area di Pisciarelli (Troiano et al., 2021).

Le frecce colorate rappresentano invece il sistema idrotermale dell'area:

  • arancione – pioggia, che si infiltra nel terreno;
  • blu – risalita di fluidi idrotermali liquidi;
  • rosso – risalita di fluidi idrotermali gassosi.

Tolte le frecce arancioni – che si tratta di acqua che si infiltra nel terreno dall'alto – le frecce blu e rosse rappresentano una risalita di fluidi – sia liquidi che gassosi. Ma risalita da dove? I fluidi caldi provengono da un serbatoio più profondo e, come hanno osservato i ricercatori, si muove verso l'alto attraverso un condotto preferenziale di roccia più permeabile (quello che sullo schema sottostante è rappresentato come un'area con azzurra con una griglia grigia).

Dall'immagine si vede bene che al di sotto del Soffione è presente un livello di argille (denominato qui "clay cap") che è impermeabile ai liquidi che, di conseguenza, si accumulano ai suoi lati. È per questo che accanto al Soffione si è formata una pozza di fango! Il soffione stesso è invece frutto della risalita di gas che, al contrario dei liquidi, sono in grado di passare attraverso lo strato di argilla.

Nello studio si avanza anche l'ipotesi che il livello di argille stesso sia stato creato dai fluidi idrotermali: trattandosi di liquidi e gas molto caldi che risalgono verso la superficie, hanno alterato nel corso del tempo la roccia presente lungo il loro cammino, creando il "clay cap".

Ma a cosa servono tutti questi studi?

Ricostruire il sistema idrotermale di Pisciarelli è un ottimo modo per avere una finestra sulla camera magmatica dei Campi Flegrei. Infatti se una fumarola cambia composizione chimica o se si crea una nuova pozza di fango è perché probabilmente il magma si è in qualche modo spostato, andando a riscaldare in modo più o meno intenso i fluidi presenti nel sottosuolo – che a loro volta originano i fenomeni idrotermali.
Ricordiamo che si tratta di un supervulcano sopra al quale c'è un'area intensamente popolata: quante più informazioni abbiamo in merito e tanto più saremo in grado di monitorarlo in modo accurato.

Bibliografia
Troiano, A., et al. "The Pisciarelli main fumarole mechanisms reconstructed by electrical resistivity and induced polarization imaging." Scientific Reports 11.1 (2021): 1-17.
Yatini, Yatini, et al. "Physical Modeling on Time Domain Induced Polarization (TDIP) Response of Metal Mineral Content." Indonesian Journal of Applied Physics 8.2 (2018): 57-66.

Articolo a cura di
Stefano Gandelli