Struttura di magnetizzazione tridimensionale del seamount TA12 dell’arco di Tofua vincolata dall’inversione del vettore di magnetizzazione

Vulcano nascosto sotto il mare

Lontano sotto le onde del Pacifico sud-occidentale, i vulcani sottomarini contribuiscono a modellare il fondo oceanico e alimentano sorgenti termali che concentrano metalli come rame e oro. Questo studio scruta l’interno di uno di questi vulcani nascosti, il seamount TA12 nel bacino di Lau, per capire come si sia formato, come il magma si muova al suo interno e dove possano circolare oggi fluidi caldi.

Un fondale giovane in movimento

Il seamount TA12 si trova in una regione agitata della Terra dove una placca tettonica sprofonda sotto un’altra e il fondale dietro la fossa viene esteso. Questa regione back-arc, tra l’arco vulcanico delle Tonga e il bacino di Lau, ospita molti picchi sottomarini segnati da crateri da collasso e tagliati da faglie. L’acqua di mare può filtrare in queste fratture, riscaldarsi vicino al magma sepolto e risalire come sorgenti calde sul fondale, lasciando depositi ricchi di minerali. Comprendere la struttura interna di un singolo seamount come TA12 aiuta gli scienziati a ricostruire come tali vulcani crescono, si fratturano e incanalano questi fluidi ricchi di metalli.

Leggere la forma e il magnetismo del fondale

Per sondare TA12, i ricercatori hanno combinato mappe batimetriche ad alta risoluzione con misure di piccole variazioni nel campo magnetico terrestre raccolte da una nave nel 2009. La batimetria rivela un vulcano dalle pareti ripide coronato da una caldera allungata, con una profonda depressione centrale e due piccoli coni al suo interno. Pareti interne scoscese e segni di frane suggeriscono un collasso passato della sommità. Le mappe magnetiche mostrano segnali intensi attorno al bordo della caldera e più deboli all’interno della depressione e nei settori franati, suggerendo che le rocce lì differiscano nell’intensità della magnetizzazione. Poiché le linee di survey sono distanziate di quasi due chilometri, il gruppo si è concentrato sui pattern generali di alcune decine di chilometri piuttosto che sui dettagli fini.

Convertire gli indizi magnetici in un’immagine tridimensionale

I dati magnetici sono complessi perché le rocce possono portare sia una magnetizzazione indotta dal campo attuale sia una memoria magnetica duratura dall’epoca del loro raffreddamento. Invece di assumere una direzione fissa unica, il team ha utilizzato un metodo chiamato inversione del vettore di magnetizzazione, che permette a intensità e direzione della magnetizzazione di variare all’interno di una griglia tridimensionale sotto il seamount. Hanno corretto i dati grezzi per il campo principale terrestre, esplorato la sensibilità dei risultati a cambiamenti nella direzione del campo e quindi calcolato la magnetizzazione in ciascun piccolo volume di roccia, bilanciando una buona corrispondenza con i dati e un modello liscio e geologicamente plausibile.

Cosa c’è dentro il vulcano sottomarino

Il modello risultante mostra che le rocce meno profonde di circa tre chilometri sotto il livello del mare sono generalmente più magnetizzate di quelle più profonde. Alta magnetizzazione avvolge il bordo della caldera e si estende sotto le pendici vulcaniche, con massimi locali sotto parti della depressione centrale e vicino ai piccoli coni interni. Questi pattern indicano corpi sill-like sepolti e intrusioni successive che hanno alimentato la ricrescita dei coni dopo il collasso principale. Al contrario, zone di magnetizzazione ridotta all’interno della depressione e nelle aree franate si allineano con caratteristiche viste in precedenti profili sismici, come faglie ad anello, depositi caotici da collasso e una superficie basale poco profonda. Gli autori sostengono che fluidi caldi e chimicamente aggressivi probabilmente si siano mossi lungo queste faglie, alterando i minerali magnetici e indebolendo il segnale, sebbene avvertano che anche detriti vulcanici frantumati e ridistribuiti potrebbero giocare un ruolo.

Una storia a tappe per TA12

Mettere insieme le linee di evidenza, gli autori delineano una storia in tre fasi per il seamount. Primo, una grande eruzione svuotò un serbatoio magmatico poco profondo e scatenò il collasso della caldera, frane e una profonda depressione centrale. Secondo, il magma risalì nuovamente lungo percorsi guidati da faglie attorno al bordo della caldera, alimentando intrusioni sommarie e costruendo nuovi coni all’interno della depressione. Terzo, le stesse faglie e i materiali frantumati divennero condotti per l’acqua di mare, che circolò, si riscaldò e alterò le rocce circostanti, abbassandone la magnetizzazione. Pur non potendo risolvere percorsi a scala fine e non essendo unico, il modello mostra come survey magnetici accuratamente processati, interpretati insieme a mappe del fondale e profili sismici, possano rivelare la struttura interna e l’evoluzione ampia dei vulcani sottomarini e guidare future esplorazioni a distanza più ravvicinata.

Citazione: Choi, S.Y., Kim, H.R., Ko, Y.T. et al. Three dimensional magnetization structure of the Tofua Arc 12 seamount constrained by magnetization vector inversion. Sci Rep 16, 15960 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46834-x

Parole chiave: vulcano sottomarino, bacino di Lau, inversione di magnetizzazione, circolazione idrotermale, evoluzione della caldera