Esiste una correlazione tra vulcani e cambiamento climatico?

Monitorare l’interazione tra eruzioni vulcaniche e atmosfera sta diventando sempre più importante nel contesto del cambiamento climatico

Attorno al periodo di Natale dell’anno scorso, il vulcano Cumbre Vieja ha smesso di sputare lava sull’isola spagnola di La Palma, concedendo una tregua alla popolazione locale dopo oltre 85 giorni di eruzione e danni per 1 milione di euro. Ma nel 2021, il vulcano Cumbre Vieja non è stato l’unico a far parlare di sé per le violente esplosioni. In tutto il mondo, dalla Kamchatka a Réunion e al Guatemala, dall’Islanda alla Sicilia, diversi vulcani si sono risvegliati eruttando violentemente e andando ad aggiungersi all’elenco di eventi estremi che incidono sulla vita delle persone e sulle economie. Il verificarsi di eventi estremi, siano essi incendi, tifoni o alluvioni, stimola sempre più dibattiti in merito al ruolo del cambiamento climatico in relazione alla maggiore frequenza e/o intensità delle catastrofi naturali. Ma si può dire lo stesso delle eruzioni vulcaniche? È possibile mettere in relazione il comportamento dei vulcani con il cambiamento climatico? Se sì, perché è importante?

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La relazione con il clima

L'interazione tra vulcani e clima esiste e scaturisce da ciò che essi immettono nell’atmosfera durante le eruzioni. Infatti, con l’eruzione si producono enormi quantità di gas, particelle note come aerosol, ceneri e metalli che alterano momentaneamente il clima su scala locale, regionale o perfino globale.

“In passato le grandi eruzioni vulcaniche hanno modificato il clima globale sia direttamente sia rafforzando altri processi”, dice il dott. Santiago Arellano, ricercatore al Department of Space, Earth and Environment del Chalmers Institute of Technology. L’effetto di un’eruzione sul clima dipende dal luogo, dall’altitudine, dalla quantità del materiale emesso e dalla sua composizione, spiega il dott. Arellano. Ad esempio, l’impatto delle eruzioni tropicali sarà maggiore rispetto a quello che si verifica a latitudini più settentrionali, poiché l’aria dei tropici viaggia in maniera più diffusa e può trasportare le emissioni vulcaniche in tutto il mondo. Inoltre, le eruzioni più forti producono effetti più duraturi perché inviano le particelle nella stratosfera, dove rimangono per tempi più lunghi. Un esempio è l’eruzione del Monte Pinatubo, nelle Filippine, che nel 1991 ha inviato a 20 km di altezza nell’atmosfera enormi quantità di particelle e gas, che successivamente sono circolate per il pianeta per circa 3 settimane.

Si potrebbe pensare che alle esplosioni di lava incandescente e di gas corrisponda un riscaldamento dell’atmosfera, ma in realtà la scienza indica il contrario. Le eruzioni rilasciano CO2 a effetto riscaldante, anche se in realtà un’eruzione contemporanea di tutti i vulcani del mondo produrrebbe anidride carbonica in quantità 100 volte inferiore rispetto a quella dell’attività umana, ma tali eruzioni influiscono sul clima principalmente con un effetto raffreddante. “L’effetto delle grandi eruzioni vulcaniche sul nostro clima […] è dovuto all’emissione di particelle, principalmente ceneri sottili e solfati capaci di bloccare le radiazioni solari”, afferma il dott. Arellano. “Queste particelle di aerosol di solfati sono minuscole e lucide e riflettono parte della luce solare in arrivo rimandandola nello spazio, fenomeno che dà luogo a un momentaneo effetto di raffreddamento della superficie terrestre”, spiega la dott.ssa Anya Schmidt, docente di Modellazione climatica presso l’LMU di Monaco. “La media globale prevede un effetto di raffreddamento della superficie di circa 0,5°C per le eruzioni più potenti, come quella del Monte Pinatubo, e perdura qualche anno”, afferma la dott.ssa Schmidt.

Gli effetti derivanti da eventi più recenti restano da vedersi. “Dobbiamo ancora stabilire se l’eruzione di Tonga del 2022 […] produrrà effetti apprezzabili sul clima”, afferma il dott. Arellano.

L’influenza della crisi climatica sulle eruzioni vulcaniche

Ultimamente, i ricercatori stanno studiando in che modo il cambiamento climatico potrebbe influire sulle eruzioni, osservando quali cambiamenti potrebbero verificarsi a livello terrestre e dell’aria.

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Alcuni studi evidenziano che la variazione nei modelli di circolazione dell’atmosfera potrebbe alterare l’effetto raffreddante dei pennacchi vulcanici. Da una ricerca condotta dalla Cambridge University e dal Met Office, è emerso che gli effetti di un clima più caldo cambiano notevolmente a seconda della potenza delle eruzioni. “Per le esplosioni più forti, come quella del Pinatubo, che normalmente avvengono una o due volte per secolo, il cambiamento climatico provocherà l’innalzamento dei pennacchi vulcanici e la diffusione più rapida degli aerosol sul globo terrestre, amplificando l’effetto di raffreddamento fino al 15 percento rispetto alle temperature attuali”, afferma la dott.ssa Schmidt.

“Per le eruzioni più moderate, come quella del vulcano Nabro in Eritrea nel 2011, che solitamente si registra una volta all’anno, l’effetto di raffreddamento della superficie si può ridurre del 75 percento in uno scenario di riscaldamento” (N.B. svariati gradi di riscaldamento). Poiché si prevede un aumento dell’altezza della tropopausa, lo strato che separa l’atmosfera dalla stratosfera, i pennacchi vulcanici impiegheranno più tempo per raggiungere quest’ultima, spiega la dott.ssa Schmidt. Di conseguenza, gli aerosol delle eruzioni rimarranno nell’aria a un livello basso e avranno un impatto limitato, in quanto verranno spazzati via velocemente dalle precipitazioni.

Gli scienziati stanno inoltre indagando su come il cambiamento climatico potrebbe influire sulla frequenza delle eruzioni vulcaniche. “Qui esiste un’interessante correlazione”, sostiene il dott. Arellano, “perché il riscaldamento globale causa lo scioglimento dei ghiacciai, molti dei quali ricoprono i fianchi dei vulcani attivi”. Secondo il dott. Arellano, uno scioglimento massiccio ridurrebbe la pressione sulla superficie terrestre, alterandone i processi della crosta e provocando, ad esempio, il contatto tra magma e falde acquifere. “Ciò, a sua volta, potrebbe scatenare l’attività vulcanica poiché l’intero sistema è interconnesso”, dice il dott. Arellano. Tuttavia, è necessario condurre ulteriori ricerche, poiché non vi sono prove che dal 1850 ad oggi le eruzioni siano divenute più frequenti a seguito dello scioglimento dei ghiacciai, secondo quanto riporta la dott.ssa Schmidt.

Anche i vulcani che si trovano a un’elevata altitudine potrebbero essere interessati dal cambiamento climatico, se le loro calotte polari si stanno sciogliendo, afferma la dott.ssa Tamsin Mather, docente di Scienze della terra presso la Oxford University. “Se le calotte polari sorreggono le strutture vulcaniche, la loro scomparsa potrebbe causare instabilità ed eventi quali gli smottamenti vulcanici.”

Monitoraggio delle emissioni vulcaniche

Mentre è difficile misurare gli impatti del cambiamento climatico sui vulcani, monitorare le emissioni delle eruzioni è di fondamentale importanza per la qualità dell’aria, la salute pubblica e le industrie come quella dell’aviazione. Il Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) tiene regolarmente traccia del trasporto e del comportamento dell’anidride solforosa rilasciata dalle eruzioni. Nel caso del vulcano Cumbre Vieja, il CAMS ha monitorato i pennacchi di SO2 che viaggiavano attraverso il Nord Africa, l’Europa e l’Atlantico, fino a raggiungere la regione caraibica, dove gli aerosol di solfato hanno contributo a creare una situazione di scarsa qualità dell’aria. Il CAMS ha inoltre monitorato le emissioni derivanti dalle recenti eruzioni dell’Etna, in Sicilia, del La Soufrière a Saint Vincent, del Nyiragongo nella Repubblica Democratica del Congo e del Raikoke nelle Isole Curili.

Previsione CAMS della colonna totale di anidride solforosa alle 00 UTC del 19 ottobre e valida per 12 UTC. Le previsioni CAMS si basano sulle osservazioni satellitari delle colonne totali di SO2, (cioè il numero di molecole di SO2 per unità di superficie in una colonna dalla superficie alla zona superiore dell’atmosfera). Credit: Copernicus Atmosphere Monitoring Service/ECMWF.

“Abbiamo a diposizione molteplici modi per monitorare le emissioni di lava, gas, cenere o aerosol rilasciate dai vulcani, ma la precisione dipende dal tipo di emissione e dalle sue proprietà”, dice il dott. Arellano, che collabora con il CAMS per fornire informazioni sulle valutazioni delle emissioni vulcaniche. Il telerilevamento da terra, dall’aria e nello spazio quantifica la SO2 gassosa, i satelliti mappano la cenere vulcanica, mentre la mappatura del suolo e la radiazione termica si impiegano per tracciare la lava. “Gran parte delle tecniche di monitoraggio delle emissioni vulcaniche non sono state progettate per questo scopo”, dice il dott. Arellano. “Sono prodotti mutuati da missioni che si prefiggono altri obiettivi, come il monitoraggio su scala globale dello strato di ozono.” I dati hanno un utilizzo ad ampio raggio. “I vulcanologi vogliono tracciare il tasso e l’entità dell’emissione di gas, lava o ceneri per determinare lo stato fisico del vulcano e prevederne l’attività. I meteorologi potrebbero avere interesse a tracciare i pennacchi vulcanici per capire i modelli di circolazione e l’interazione dei vulcani con l’atmosfera”, aggiunge il dott. Arellano. “Gli scienziati del clima vogliono sapere dove, a che altezza e in che quantità vengono emesse determinate sostanze per quantificare la forzante climatica. Le autorità per il trasporto aereo sono interessate a osservare i luoghi in cui si trovano i pennacchi di cenere vulcanica per poter allertare i piloti ed evitare incidenti.”

Pur non monitorando direttamente le eruzioni, il CAMS offre informazioni sul carico di SO2 nell’atmosfera tramite osservazioni satellitari quasi in tempo reale e combina quei dati con le sue previsioni globali per fare una stima della composizione e della qualità dell’aria per un periodo di cinque giorni.

Secondo la dott.ssa Schmidt, capire in che modo i vulcani e il clima abbiano un’influenza reciproca rimane difficile. “Mentre alcuni feedback loop, o cicli di retroazione, stanno diventando sempre più evidenti, il sistema climatico è complesso e riuscire a capire tutti i potenziali cicli di retroazione è cruciale per realizzare proiezioni climatiche accurate che prendano in considerazione le eruzioni vulcaniche.”