L'Istituto di Scienza, Tecnologia e Sostenibilità per le Ceramiche del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Faenza (CNR-ISSMC), che ne dà notizia, ha coordinato uno studio internazionale che apre nuove prospettive nella comprensione delle eruzioni vulcaniche altamente esplosive, le più pericolose per le comunità che vivono in prossimità di vulcani attivi, caratterizzate dalla produzione di grandi colonne di cenere e gas, e deposito di ingenti volumi di materiale vulcanico anche a chilometri di distanza dall’eruzione.

Utilizzando una tecnica avanzata che sfrutta i raggi X per creare immagini ad alta risoluzione – la pticografia a raggi X, disponibile presso i sincrotroni per l’analisi di materiali direttamente in 3D su scala nanometrica – spiega la nota di CNR, il team ha analizzato in maniera innovativa le forme tridimensionali dei nanocristalli, o “nanoliti” che si formano nel magma durante la risalita verso la superficie all’interno dei condotti vulcanici, quando si verifica un’eruzione, con l’obiettivo di comprenderne il loro comportamento e il ruolo. Proprio nella fase di risalita del magma attraverso la crosta verso la superficie, infatti, avvengono processi che determinano l'esplosività di un'eruzione vulcanica, come la formazione di cristalli e bolle, e l'aumento della viscosità del magma: fattori che influiscono sulla probabilità di un'eruzione esplosiva. Comprendere tali processi permette, quindi, di ottenere informazioni cruciali per una corretta valutazione del rischio.

l vulcano Masaya (Nicaragua), esempio di vulcano basaltico. Le rocce analizzate in questo studio sono state prese dai depositi vulcanici di un’eruzione altamente esplosiva di questo vulcano. Crediti foto: CNR.

Lo studio è pubblicato su Nature Communications. 

“Tali cristalli hanno dimensioni inferiore a 1 micron (per confronto, un capello umano ha un diametro di 100 micron) e sono pertanto difficili da osservare utilizzando tecniche di microscopia convenzionali”, spiega Emily C. Bamber, ricercatrice del CNR-ISSMC e autrice principale dello studio. “Attraverso la tecnica della pticografia a raggi X siamo riusciti, invece, ad acquisire informazioni cruciali per comprendere la forma, la distribuzione e l'interazione tra i cristalli, per capire il loro impatto sulla viscosità del magma e, in ultima analisi, sull'esplosività. Tale tecnica ha permesso di visualizzare la struttura 3D dei cristalli nelle rocce vulcaniche, scoprendo che i nanocristalli sono inclini all'aggregazione, aumentando il loro volume effettivo e l'impatto sulla formazione ed evoluzione del magma”.

La ricerca è stata condotta in collaborazione con un gruppo di ricercatori internazionale di diverse università ed enti di ricerca: Università di Manchester (Regno Unito), Università di Camerino (Italia), University College di Londra (Regno Unito), Diamond Light Source (Regno Unito), INGV di Catania (Italia), Università di Liverpool (Regno Unito), Università di Bristol (Regno Unito), Università di Torino (Italia) e Università di Bayreuth (Germania).

“Il nostro studio ha importanti implicazioni soprattutto per la comprensione della struttura su scala nanometrica dei magmi basaltici, mostrando come la cristallizzazione e l'aggregazione dei nanoliti possano influire sulla viscosità del magma e, quindi, sulla probabilità di un'eruzione altamente esplosiva”, prosegue Bamber. “In Italia, ad esempio, un vulcano basaltico come l’Etna presenta un'ampia gamma di stili eruttivi - da colate laviche e fontane di lava meno intense a eruzioni storiche altamente esplosive: comprendere i meccanismi che guidano l'evoluzione verso un comportamento vulcanico altamente esplosivo è, pertanto, importante per valutare il rischio. L'utilizzo di tecniche innovative basate su sincrotrone, come la pticografia a raggi X, può aiutarci a estendere la nostra conoscenza delle caratteristiche tessiturali nelle rocce vulcaniche alla scala nanometrica, fornendo informazioni preziose circa la dinamica di risalita del magma e il controllo dell'esplosività nei vulcani attivi”.

Questo filone di ricerca sarà ulteriormente sviluppato da Bamber attraverso il progetto ERC NANOVOLC del CNR-ISSMC, sotto la direzione del Principal Investigator Danilo Di Genova.

In primo piano: Ricostruzione 3D di un aggregato di nanocristalli osservato in una roccia vulcanica (figura modificata dall’originale pubblicata nell’articolo Bamber et al., 2025). La scala è di 1 micron. Crediti: CNR.

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