Evoluzione reologica di un trachibasalto dell’Etna durante il raffreddamento lento

Perché importa il modo in cui la lava si indurisce

Quando un vulcano come il Monte Etna erutta, i fiumi incandescenti di lava non si limitano a raffreddarsi; si irrigidiscono gradualmente e possono perfino fratturarsi man mano che al loro interno crescono minuscoli cristalli. La velocità con cui avviene questo irrigidimento contribuisce a determinare quanto lontano si estenderanno i flussi lavici, quanto diventeranno spessi e quali comunità o infrastrutture si troveranno sulla loro traiettoria. Questo studio esamina, con dettaglio insolito, come una lava dell’Etna passi da un liquido fluido a una pasta lenta ricca di cristalli durante un raffreddamento lento e realistico, fornendo dati che possono rendere più affidabili le previsioni dei flussi lavici.

Uno sguardo più ravvicinato a una lava dell’Etna

I ricercatori si sono concentrati su un tipo specifico di roccia vulcanica fluida, un trachibasalto eruttato dall’Etna nel 2001. Hanno prima frantumato e rimesso in fusione pezzi di questa lava per ottenere un vetro privo di bolle che riproducesse fedelmente la composizione originale. Misure chimiche ad alta precisione, effettuate prima e dopo gli esperimenti, hanno confermato che il materiale è rimasto sostanzialmente invariato, per cui qualsiasi variazione nel comportamento del flusso può essere ricondotta alla temperatura e alla crescita dei cristalli, e non a deriva chimica indesiderata.

Riprodurre in laboratorio le condizioni di un flusso lavico

Per simulare ciò che avviene quando la lava si muove attraverso condotti poco profondi o si espande sulla superficie, il team ha utilizzato un dispositivo rotazionale chiamato reometro a cilindri concentrici. Un piccolo crogiolo di lava fusa è stato mantenuto a 1400 °C, mescolato fino a raggiungere l’uniformità completa e quindi raffreddato a tassi molto lenti e controllati di 0,1 o 0,5 °C al minuto — valori simili al calo di temperatura che la lava reale può sperimentare mentre irradia calore nell’ambiente circostante. Contemporaneamente, il melt è stato tagliato a diverse velocità costanti, rappresentando l’agitazione interna e l’allungamento che la lava subisce durante il flusso. Lo strumento ha monitorato in continuo quanto fosse difficile mantenere il movimento della lava, una misura diretta di come la sua resistenza al flusso si evolvesse mentre iniziavano a formarsi i cristalli.

Come i minuscoli cristalli cambiano il flusso

A temperature elevate, ben al di sopra del punto in cui i cristalli possono esistere, la lava si comportava come un liquido semplice: raffreddandosi, la sua resistenza al flusso aumentava in modo regolare e prevedibile. Una volta che la temperatura scendeva al di sotto del punto in cui i cristalli possono iniziare ad apparire, si osservava una fase di incubazione “silenziosa” in cui la resistenza misurata continuava a seguire la tendenza del liquido puro. Solo quando si era formato un numero sufficiente di cristalli — appena qualche percento in volume — il comportamento della lava divergeva bruscamente, con la resistenza al flusso che aumentava di ordini di grandezza. In alcune condizioni il materiale finiva per rompersi in modo duttile, con il flusso che si localizzava in zone strette e il volume totale che si comportava più come un solido deformabile che come un semplice liquido.

I ruoli concorrenti di raffreddamento e agitazione

Confrontando esperimenti a diversi tassi di raffreddamento e di taglio, lo studio mostra che la velocità di raffreddamento è il fattore principale che controlla quando la cristallizzazione inizia a influenzare il flusso. Un raffreddamento più lento permette ai cristalli di formarsi più vicino alla temperatura di equilibrio teorica, così l’inizio dell’irrigidimento si avvicina al liquidus calcolato quando i tassi di raffreddamento diventano molto bassi. L’agitazione imposta svolge un ruolo secondario ma evidente: un taglio più intenso tende a far emergere gli effetti dei cristalli a temperature leggermente più alte e può favorire episodi di riorganizzazione interna, in cui cristalli allungati si allineano al flusso e producono brevi, rumorose fluttuazioni nella resistenza misurata prima che il materiale si irrigidisca o si rompa improvvisamente.

Dai numeri di laboratorio alle previsioni di rischio

Integrando questi nuovi esperimenti a raffreddamento lento con dati precedenti ottenuti a raffreddamento più rapido, gli autori mostrano che la temperatura alla quale la lava comincia a irrigidirsi segue una relazione sistematica e curva con il tasso di raffreddamento. Questa relazione implica che, man mano che la lava reale si raffredda più dolcemente, il suo comportamento di cristallizzazione si avvicina ai limiti imposti dalla termodinamica di base, pur riflettendo l’influenza del flusso. Poiché l’intero insieme di dati — incluse le serie temporali grezze di temperatura e viscosità — è condiviso apertamente, può essere inserito direttamente nei modelli numerici di avanzamento dei flussi lavici. In termini pratici, questi risultati contribuiscono a trasformare immagini idealizzate di lava “fluidissima” in descrizioni più realistiche di come e quando essa rallenta, si addensa e si arresta, perfezionando le previsioni sulla distanza che un futuro flusso dall’Etna o da vulcani simili potrebbe raggiungere.

Citazione: Di Fiore, F., Vona, A. Rheological evolution of a trachybasalt from Mt. Etna under slow cooling. Sci Data 13, 704 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-07048-y

Parole chiave: flusso lavico, viscosità del magma, cristallizzazione, Monte Etna, rischi vulcanici