Dinamicità del sistema idrotermale nel campo fumarolico di Pisciarelli (Campi Flegrei): indicazioni da modellazione geofisica e numerica

Perché questo cratere inquieto è importante

Sul bordo occidentale di Napoli, in Italia, una vasta depressione vulcanica chiamata Campi Flegrei ha lentamente sollevato, fessurato ed emesso gas sotto una zona urbana densamente popolata. All’interno di questa caldera, il campo fumarolico di Pisciarelli è oggi il sito principale dove vapore caldo e anidride carbonica sfuggono in superficie. Comprendere come i fluidi si muovono sottoterra qui non è solo un esercizio accademico: aiuta gli scienziati a valutare quanto il sistema possa essere vicino a esplosioni improvvise guidate dal vapore che potrebbero minacciare le comunità vicine.

Un quartiere vulcanico trafficato

I Campi Flegrei hanno una lunga storia di potenti eruzioni e di episodi più tranquilli, ma preoccupanti, di sollevamento del suolo, emissione di gas e piccoli terremoti. Dall’inizio degli anni Ottanta il terreno è salito di oltre un metro in alcuni punti, con cicli di gonfiamento e sgonfiamento. Più recentemente le emissioni di gas si sono intensificate e l’attività si è spostata verso Pisciarelli, dove una bocca ruggente nota come il Soffione rilascia oggi più di 600 tonnellate di anidride carbonica al giorno, quanto alcuni vulcani in eruzione. Allo stesso tempo, il paesaggio intorno alle bocche è cambiato rapidamente, con nuove fumarole che si aprono, pozze di fango in agitazione e pendii destabilizzati da frane.

Crepe nascoste e tappi sotto le bocche

I precedenti lavori di campo a Pisciarelli hanno usato immagini elettriche e altri strumenti geofisici per mappare la struttura sotterranea. Queste indagini hanno rivelato un groviglio di faglie che tagliano le rocce superficiali, un canale verticale di terreno fratturato che permette ai fluidi di risalire e uno strato sottile ricco di argilla vicino alla superficie che agisce come un coperchio parzialmente perdente. Una faglia principale, orientata attraverso l’area, sembra parzialmente ostacolare lo scorrimento laterale dei fluidi, causando accumuli di gas da un lato. Insieme, queste caratteristiche creano percorsi preferenziali e trappole per acqua calda e gas che alimentano la fumarola principale e la pozza di fango.

Costruire un modello digitale 3D del sottosuolo

Per trasformare questo quadro in uno strumento quantitativo, gli autori hanno costruito un modello digitale tridimensionale delle rocce e delle strutture sotto Pisciarelli. Hanno combinato le immagini geofisiche con registri geologici, misure di flusso di gas e temperature del suolo per assegnare proprietà realistiche come densità, porosità e facilità di flusso a ciascun strato, al canale di risalita, al coperchio argilloso e alla principale zona di faglia. Usando un codice informatico che simula come calore e una miscela bifasica acqua–anidride carbonica si muovono attraverso roccia porosa, hanno iniettato fluido caldo a circa 100 metri di profondità e lasciato evolvere il sistema fino a raggiungere uno stato stazionario che corrispondesse al flusso di gas osservato in superficie.

Dove si accumulano pressione, calore e gas

Le simulazioni mostrano che si forma una tasca pressurizzata di fluido sotto il coperchio argilloso, con pressioni simili a quelle stimate per il più ampio sistema idrotermale dei Campi Flegrei. L’anidride carbonica tende ad accumularsi alla base del canale di risalita, poi risale ed è spinta lateralmente appena sotto il coperchio invece di muoversi verticalmente. Il calore si diffonde ancora più ampiamente perché può condurre attraverso la roccia circostante, così la zona più calda avvolge la pluma di gas e si avvicina maggiormente al coperchio. Immediatamente sopra il coperchio, il modello predice una zona ad anello dove acqua liquida e vapore coesistono, arricchita in vapor sotto il nucleo fluido centrale. Questi schemi si allineano bene con mappe indipendenti dei segnali elettrici e della temperatura del suolo a Pisciarelli, suggerendo che il modello virtuale cattura il comportamento reale del sistema.

Una faglia che agisce più come una diga che come una condotta

Un risultato chiave dello studio è il ruolo della faglia principale che attraversa il campo fumarolico. Nel modello, questa faglia si comporta principalmente come una barriera piuttosto che come uno scarico aperto. La sua bassa permeabilità attenua le differenze di pressione verticale attraverso di essa e indirizza i fluidi in risalita lungo il suo margine, concentrando gas, pressione e calore vicino al contatto tra la faglia e il canale di risalita. Il coperchio argilloso parzialmente sigillante sopra conserva poi ulteriormente pressione e gas pur consentendo qualche perdita in superficie. Questa combinazione di un coperchio perdente, un canale concentrato e una faglia a effetto barriera crea un equilibrio delicato in cui modesti cambiamenti di pressione, temperatura o permeabilità delle rocce possono riorganizzare i percorsi di flusso e spostare i luoghi dove l’energia è immagazzinata.

Cosa significa per il rischio locale

Per le persone che vivono attorno ai Campi Flegrei, lo studio non prevede un’eruzione imminente, ma chiarisce dove è più probabile che inizino i problemi. I risultati indicano che l’area del Soffione, il coperchio argilloso superficiale e la zona in cui il canale di risalita incontra la faglia sono obiettivi prioritari per il monitoraggio. Variazioni nel flusso di gas, nella temperatura del suolo o nei sottili segnali elettrici in queste aree potrebbero rivelare un aumento della sovrapressione o spostamenti tra acqua e vapore, entrambi ingredienti importanti per improvvisi scoppi guidati dal vapore. Collegando misure di superficie a un modello sotterraneo basato sulla fisica, il lavoro offre un modo più chiaro per seguire lo stato evolutivo di questo sistema idrotermale inquieto.

Citazione: Salone, R., Troiano, A., Di Giuseppe, M.G. et al. Hydrothermal system dynamics at Pisciarelli fumarole field (Campi Flegrei): insights from geophysical and numerical modelling. Sci Rep 16, 15852 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46202-9

Parole chiave: Campi Flegrei, fumarole di Pisciarelli, sistema idrotermale, gas vulcanico, esplosioni freatiche