Didattica generale

Indice di esplosività vulcanica (VEI)

Le sfere nella figura sottostante rappresentano il volume della tefrite eruttata per alcune delle eruzioni vulcaniche esplosive più ampiamente conosciute. Sebbene la maggior parte delle persone crede che le eruzioni del Vesuvio (79 dC - l'eruzione di Pompei), il Mount St. Helens (1980) e il Monte Pinatubo (1991) fossero enormi, sono invece molto piccole rispetto ad antiche eruzioni come quelle del Wah Wha Springs, Toba, Yellowstone o Long Valley Caldera.

Scale di misura per Eventi naturali

Misurare la dimensione o la forza degli eventi naturali è sempre stata una sfida per gli scienziati. Hanno sviluppato la scala di magnitudo Richter per stimare la quantità di energia liberata da un terremoto, la scala Saffir-Simpson per stimare il potenziale di un uragano, e la scala Fujita per valutare l'intensità degli uragani. Queste scale sono utili per la comparazione di eventi diversi, e per comprendere la quantità di danni che gli eventi di diverse dimensioni possono causare.

Misurare la forza di una eruzione vulcanica è più impegnativo sia nella raccolta dei dati della velocità del vento, che in quelli della misurazione del movimento a terra con uno strumento. Le eruzioni vulcaniche producono diversi tipi di prodotti, hanno diverse durate, e si sviluppano in modi diversi. C'è anche un problema, che alcune eruzioni sono esplosive (materiali rocciosi che sono fatti saltare dalla bocca), mentre altre eruzioni sono effusive (roccia fusa che scorre dalla bocca).

Misurare le eruzioni esplosive

Chris Newhall, della United States Geological Survey, e Stephen Sé, della University of Hawaii, hanno sviluppato l' indice di esplosività vulcanica (VEI) nel 1982. Si tratta di una scala relativa che consente di confrontare le eruzioni vulcaniche esplosive con altre. E' molto importante, perché può essere utilizzata sia per le eruzioni recenti, che per le eruzioni storiche, accadute da migliaia a milioni di anni fa.

La caratteristica eruttiva principale utilizzata per determinare l'indice di esplosività vulcanica è il volume di materiale piroclastico espulso dal vulcano. Il materiale piroclastico include la cenere vulcanica, tefrite, flussi piroclastici, e altri tipi di materiale espulso. L'altezza della colonna eruttiva e la durata dell'eruzione sono considerati in assegnazione di un livello VEI ad un'eruzione.

Passaggi della scala VEI

La scala VEI inizia a 0 per le eruzioni che producono meno di 0,0001 chilometri cubi dì materiale espulso. La maggior parte di queste eruzioni sono di dimensioni molto piccole. Tuttavia, alcune di loro sono "effusive" piuttosto che essere "esplosive". Le eruzioni effusive sono caratterizzate dalla lava che scorre dalla bocca del vulcano, invece di espellere materiale dalla bocca stessa.

Le eruzioni assegnate a VEI 1 producono tra 0.0001 e 0.001 chilometri cubi di materiale espulso. Sopra il VEI 1, la scala risulta logaritmica, il che significa che ogni passo in scala rappresenta un aumento di 10 volte nella quantità di materiale espulso. Eruzioni VEI 2 producono tra 0,001 e 0,01 chilometri cubi di materiale espulso. Eruzioni VEI 3 producono tra 0,01 e 0,1 chilometri cubi di materiale espulso. La progressione della scala da VEI 0 a VEI 8 è indicata nella figura a sinistra (cliccate per allargare la visione).

Ad ogni passo della scala con un incremento di esplosività di 10X, un VEI 5 ​​è circa dieci volte più esplosivo di un VEI 4. Due gradini della scala sono un aumento di 100X di esplosività. Ad esempio, un VEI 6 è circa 100 volte più esplosivo di un VEI 4. Un VEI 8 è un milione di volte più esplosivo di un VEI 2. Tutto questo si basa sul volume di materiale espulso.

Poiché ogni scaglione è un aumento di 10 volte nel materiale espulso, vi è un'enorme differenza nella dimensione di un'eruzione sulla parte bassa di una cima vulcanica, e un'eruzione sulla fascia alta di essa. Per questo motivo, un "+" spesso è aggiunto a eruzioni che sono note per essere sull'estremità superiore del loro passaggio eruttivo principale. Ad esempio, l'eruzione del Katla in Islanda meridionale, il 12 ottobre 1918, è stata valutata a VEI 4+, perché l'eruzione era una molto forte VEI 4.

Quale Eruzione ha il VEI più alto?

Una cinquantina di eruzioni hanno raggiunto VEI 8, perché si pensa possano aver prodotto un incredibile quantità di 1.000 chilometri cubici o più di materiale espulso. Questa sarebbe una massa di materiale espulso non compattato di dieci chilometri di lunghezza, dieci chilometri di larghezza e dieci chilometri di profondità. Le eruzioni a Toba (74 mila anni fa), Yellowstone (640 mila anni fa), e il lago Taupo (26500 anni fa), sono tre dei 47 VEI 8 che sono stati identificati.

L'eruzione VEI 8 con il maggior volume di materiale espulso noto è l'eruzione del Wah Wah Springs, che si è verificata in quello che oggi è lo stato dello Utah, circa 30 milioni di anni fa. Si stima che abbia prodotto oltre 5500 chilometri cubi di materiale eiettato in circa una settimana.

Un'altra eruzione VEI 8 che rivaleggia con quella del Wah Wah Springs, é avvenuta circa 28 milioni di anni fa in quello che oggi è il sud-ovest del Colorado. L'eruzione a La Garita Caldera ha prodotto il Fish Canyon Tuff, una ignimbrite dacitica, con un volume originale stimato di circa 5.000 chilometri cubici!

Le eruzioni al Plateau di Etendeka e di Paraná avevano un volume eruttivo di oltre 2,6 milioni di chilometri cubi. Tuttavia, queste sono ritenute eruzioni effusive che producono fluido basalto lavico, anziché eruzioni esplosive che producono materiale espulso. Le eruzioni al Paraná / Etendeka si sono verificate circa 128-138.000.000 di anni fa. I loro flussi di lava prendevano l'arco dal Brasile orientale fino a porzioni occidentali della Namibia e dell'Angola. Si sono verificate quando Africa e Sud America erano ancora collegate.

La Frequenza delle grandi eruzioni

Come con la maggior parte degli eventi naturali, le piccole eruzioni vulcaniche sono molto comuni e le grandi eruzioni sono molto rare. I dati espandibili a sinistra, della United States Geological Survey, riassumono la frequenza relativa di eruzioni di diverse classi VEI. Esso mostra chiaramente la rarità di alte eruzioni VEI, ma dimostra che questi eventi sono possibili.

Il grafico a barre sottostante, riassume la frequenza delle eruzioni abbinata al VEI, utilizzando i dati Programma Globale del vulcanismo della Smithsonian Institution, per le eruzioni che si sono verificate tra circa 10.000 anni fa e nel 1994. Solo quattro eruzioni di VEI 7 sono stati documentate, ma si sono verificati oltre tremila eventi VEI 2. Fortunatamente, eventi eruttivi molto grandi sono rari.

Stima del volume di Ejecta

Quando si verifica un'eruzione esplosiva, il materiale espulso si sviluppa grazie alla forza dell'esplosione e al vento. E' tipicamente più spesso vicino alla sorgente, e diminuisce di spessore con la distanza. Con le eruzioni del giorno d'oggi, gli osservatori possono compilare relazioni sullo spessore della cenere proveniente da molti luoghi diversi, e creare una mappa di contorno per lo spessore della cenere. Questi dati possono essere utilizzati per stimare il volume di materiale espulso.

Stime accurate diventano più difficili quando l'eruzione si verifica in una zona remota, e molto difficili quando si verifica su un'isola che è ad una grande distanza dalle altre isole o masse terrestri. In queste situazioni, la dimensione della nube eruttiva e la durata dell'eruzione possono essere combinati con i dati del deposito di cenere per assegnare un punteggio VEI.

Problemi di stima simili si verificano nel calcolo dei volumi ejecta di antiche eruzioni. L'Ejecta è facilmente eroso e spesso ricoperto da materiali più giovani. In queste situazioni devono essere fatte "stime migliori". L'assegnazione di una numerazione VEI è difficile, e un punto di domanda è spesso aggiunto al numero per indicare l'incertezza. Ad esempio, il Vulcanism Global Project elenca il VEI del 24 ottobre 79 dC abbinato all'eruzione Italiana del Vesuvio come "5?", perché i dati disponibili sono insufficienti per essere certi circa la numerazione.

Perché la Scala si ferma a VEI 8?

Le più grandi eruzioni esplosive che sono state documentate fino ad oggi hano ricevuto una numerazione fino a VEI 8. La Terra ha la capacità di produrre una eruzione in grado di lanciare i 10.000 chilometri cubi di materiale eiettato necessari per valutare un VEI 9?

E' possibile che le prove per una eruzione stimata VEI 9 esistano, sepolte nelle annotazioni geologiche storiche. Grandi eruzioni sarebbero eventi molto rari, ma è impossibile dire che non sono mai avvenute. Se un tipo di grande eruzione dovesse verificarsi in futuro, sarebbe una minaccia significativa per la vita sulla Terra.

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