Il mondo dei laghi craterici

di Dmitri Rouwet

I laghi craterici sono specchi d’acqua che riempiono un cratere vulcanico. Più raramente, si tratta di laghi che colmano un cratere d’impatto provocato da un meteorite. I laghi craterici di origine vulcanica sono, quindi, “finestre azzurre” che ci permettono di guardare dentro i “vulcani bagnati”, espressione tradotta dall’inglese che sta a indicare i vulcani caratterizzati dalla presenza di abbondante acqua allo stato liquido al loro interno. Questo tipo di lago craterico si forma dove una falda acquifera interseca la superficie terrestre in un cratere originato da un’eruzione vulcanica.

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Figura 1 – La riapparizione della Laguna Caliente del vulcano Poás, Costa Rica, dopo le eruzioni freatomagmatiche del mese di aprile 2017 (foto: Raúl Mora-Amador).

Le caratteristiche fisiche e chimiche dei laghi craterici rispecchiano direttamente lo stato di attività del vulcano sottostante. I laghi che sovrastano i sistemi magmatico-idrotermali più attivi sono di colore turchese-azzurro, verde acido, bianco o grigio per la presenza di specie gassose e disciolti dello zolfo e altri sali. Spesso manifestano una evaporazione vigorosa e possono essere coperti da un tappeto giallo di zolfo galleggiante. Per questo costituiscono uno dei fenomeni più spettacolari sulla nostra Terra. I laghi craterici più famosi e studiati al mondo sono quelli del vulcano Poás (in Costa Rica, figura 1), del Ruapehu (in Nuova Zelanda), del Kawah Ijen (in Indonesia, figura 2) e lo Yugama (sul vulcano Kusatsu-Shirane, in Giappone).

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Figura 2 – Il lago craterico del vulcano Kawah Ijen, in Indonesia, considerato il serbatoio d’acqua ultra-acida (pH uguale a 0) più grande del mondo (foto: Dmitri Rouwet, settembre 2014).

La presenza dell’acqua fa sì che questi vulcani siano più facilmente soggetti a eventi vulcanici pericolosi, come le eruzioni freatiche (eruzioni di vapore e gas), o la fuoriuscita repentina di acqua a seguito di un’eruzione o un trabocco, fenomeno che può generare pericolosi lahars. Si stima che solo l’8% delle eruzioni vulcaniche ha attraversato un volume d’acqua; eppure, questo tipo di eruzione ha causato il 20% delle vittime dell’ attività vulcanica. È quindi corretto dire che la presenza di un lago craterico rende il vulcano intrinsecamente più pericoloso.

Tuttavia, un lago craterico rappresenta anche un valido strumento per il monitoraggio vulcanico, visto che si comporta come un enorme calorimetro e condensatore di gas e vapore e permette di seguire le variazioni nel degassamento del vulcano. Così, i laghi craterici attivi più piccoli (come il citato Poás) sono più sensibili a cambiamenti repentini che vengono rilevati da variazioni della temperatura, del livello e della composizione chimica dell’acqua (in particolare del contenuto in anioni e del pH). Al contrario, i laghi più grandi (come il Kawah Ijen) hanno bisogno di un più sostanzioso ingresso di fluidi provenienti dal sistema magmatico-idrotermale prima di rivelare cambiamenti significativi nelle loro acque. Rispetto all’arrivo di nuovi fluidi dal sistema vulcanico di cui fanno parte, i laghi piccoli rispondono quindi in modo rapido e sono più dinamici o “veloci”, mentre quelli grandi sono più “lenti”.

Studi recenti eseguiti da ricercatori INGV hanno rivelato che i laghi craterici più acidi e caldi liberano gas acidi (es. CO2, SO2, H2S, HCl, HF), come se fossero delle fumarole. Il lago agisce inoltre come filtro selettivo per le diverse specie gassose; su questa base si pensa di utilizzare le misure di gas in tempo reale per lo studio dei precursori di eruzioni freatiche.

Non tutti i laghi craterici si impostano su vulcani attivi o al di sopra di sistemi magmatici-idrotermali; alcuni infatti riempiono crateri inattivi e contengono soltanto acqua piovana. Sono state fatte varie proposte di catalogazione e classificazione dei laghi vulcanici, ma il loro numero esatto nel mondo sarà sempre sottostimato, per la presenza di innumerevoli laghi presenti all’interno di strutture vulcaniche tipo maar. Un maar è un tipo di cratere generalmente formato in seguito a un’unica eruzione freatomagmatica, derivante cioè dalla interazione esplosiva tra magma e acqua di falda. I maar si ritrovano spesso in gruppi di decine o centinaia di unità in campi di vulcani monogenici. Appaiono come dei buchi nella superficie terrestre, caratterizzati da un basso rapporto tra altezza e larghezza del cratere.

Il maar più famoso al mondo è il lago Nyos in Camerun (figura 3). Durante la notte del 21 agosto 1986, quasi 1800 persone morirono per asfissia sul versante nord-occidentale del lago. Dopo l’intervento umanitario e i primi rilievi scientifici, l’ipotesi di causa più accreditata fu quella di una fuoriuscita di CO2 dalle acque del lago a causa di un “ribaltamento limnico”. Spieghiamo cosa si intende con questa espressione.

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Figura 3 – Lago Nyos, Camerun, il lago tipo-maar più famoso del mondo. La colorazione rossa deriva dal degassamento artificiale, che, mentre l’acqua rilascia la CO2, trasporta acque ricche in ferro dal fondo in superficie colorando il lago di rosso (foto: Dmitri Rouwet, marzo 2016).

Un importante e continuo afflusso di CO2 di origine magmatica ricarica costantemente le acque più profonde del lago Nyos (209 m di profondità). Come il gas in una bottiglia di spumante sotto pressione, la CO2 presente negli strati profondi del lago rimane disciolta a causa della pressione idrostatica generata dalla colonna d’acqua sovrastante, fino ad arrivare a una sovrasaturazione che fa essolvere l’anidride carbonica disciolta come bolla di gas. Nel 1986 l’anidride carbonica, inodore, incolore e più densa dell’aria, liberata e risalita in superfice, si riversò come una nube invisibile lungo le valli che circondavano l’edificio vulcanico, uccidendo uomini e animali senza lasciare alcuna traccia del suo passaggio. Il giorno dopo il lago Nyos era caratterizzato da una colorazione rosso sangue.

Nonostante il carattere non vulcanico di questo evento, il lago Nyos ha fortemente motivato e spinto la ricerca scientifica sui laghi vulcanici, portando alla creazione della ”Commission on Volcanic Lakes” dell’Associazione internazionale di vulcanologia e di chimica dell’interno della terra (IAVCEI). Molti laghi simili come aspetto al Nyos prima del 1986, apparentemente innocui, sono stati oggetto di indagini, concentrate soprattutto sullo studio delle acque profonde, per verificare l’esistenza di condizioni che potessero causare eventi simili in futuro. Cosi Lac Pavin (Francia), Laacher See (Germania) e i nostri laghi Albano (Lazio) e Monticchio Grande e Piccolo (Basilicata) iniziarono a essere studiati poco dopo il 1986.

Fortunatamente, i laghi delle zone temperate sono soggetti ogni inverno a un ribaltamento degli strati di acqua che li costituiscono a causa dello sbalzo termico tra inverno ed estate che fa variare la densità delle acque superficiali, rilasciando così la CO2 accumulata. Al contrario, i laghi tropicali rimangono stratificati perennemente a causa dell’assenza di forti sbalzi termici, così evitando il rilascio annuale e sicuro di CO2 accumulata.

Contrariamente alle eruzioni freatiche originate dai laghi craterici attivi, le esplosioni di gas in laghi craterici come il  lago Nyos sono prevedibili e mitigabili. Tra gli anni 2001 e 2011 sono stati installati al lago Nyos tre tubi di degassamento artificiale per mettere in comunicazione gli strati profondi del lago con la superficie, portando così la pressione delle acque profonde alla pressione atmosferica. Questo ha prodotto la fuoriuscita spontanea e continua dell’acqua naturalmente “gassata” presente in profondità, rivelandosi una valida azione diretta di mitigazione del rischio.

Lo stato attuale del nostro lago Albano, nel complesso vulcanico dei Colli Albani,  è lontano dall’essere sovrassaturo in CO2. Tuttavia l’afflusso di CO2 da sotto i laghi vulcanici può essere soggetto a variazioni, e un suo aumento è spesso correlato con l’attività sismica. Per questo motivo è importante continuare a monitorare i Colli Albani anche se l’ultima attività eruttiva risale a molte migliaia di anni fa.

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