I vulcani

Durante le eruzioni più esplosive immense nubi, formate di ceneri, gas e pulviscolo, vengono proiettate a gran velocità nell'atmosfera e talvolta raggiungono anche la stratosfera, dove le particelle vulcaniche riescono a rimanere anche per qualche anno, prima di ricadere, per effetto della gravità, nella troposfera. La quantità di materiale immesse in atmosfera durante un'eruzione di grandi proporzioni è immensa, per non dire inimmaginabile.

L'eruzione avvenuta circa 2 milioni di anni fa nel Parco di Yellowstone produsse una nube di polveri e ceneri che occupava un volume di almeno 2500 km³: con tutto quel materiale si potrebbe ricoprire l'intera Valle d'Aosta con uno strato uniforme spesso 750 metri!

La nube vulcanica però, oltre che polveri e ceneri, contiene anche vapore acqueo e gas, fra i quali l'anidride solforosa è senz'altro il più importante. Giunta nella stratosfera, l'anidride solforosa viene difatti convertita in triossido di zolfo o in solfati: composti che, a contatto con il vapore acqueo, si trasformano facilmente in acido solforico. L'acido così generato si trova generalmente allo stato di vapore e condensa assieme al vapore acqueo dando vita a minuscole goccioline costituite per circa il 75% di acido solforico e per la restante parte d'acqua. La presenza delle goccioline di acido solforico nella nube vulcanica svolge un ruolo importantissimo: mentre infatti le parti solide, pulviscolo e cenere, più pesanti, ricadono negli strati bassi atmosferici nel giro di poche settimane, le gocce di acido possono rimanere nella stratosfera anche per 2 o 3 anni. In tal modo, sospinto e sparpagliato dai venti in quota, si forma un velo di polvere - e, soprattutto, di goccioline di acido - che avvolge per mesi o anni una larga fascia della superficie terrestre.

L'effetto principale della nube vulcanica nella stratosfera è quello di riflettere parte della radiazione solare incidente, provocando un lieve raffreddamento della parte più bassa dell'atmosfera e quindi anche della superficie terrestre.

Gli aerosol immessi nella stratosfera mediante attività vulcanica possono attenuare notevolmente, anche in misura del 20-30%, la radiazione solare diretta incidente, anche se in realtà un concomitante aumento della radiazione diffusa verso il basso riduce tale schermaggio a valori del 5-7%. Il potenziale impatto climatico della nube vulcanica è ridotto anche dalla diffusione non omogenea delle polveri, cosicché l'effetto più consistente è localizzato principalmente nell'emisfero di appartenenza del vulcano, dove si possono provocare variazioni sensibili dell'albedo, cioè della capacità di riflettere o assorbire la radiazione solare. Le particelle che influenzano maggiormente il clima sono quelle di diametro inferiore a 5 micrometri, e soprattutto quelle di acido solforico. La ridotta grandezza rende difatti tutte queste particelle particolarmente adatte a interferire con la radiazione solare in arrivo. Inoltre proprio queste particelle, a seguito della loro particolare leggerezza, risultano dotate di piccola velocità di sedimentazione e tendono quindi a rimanere più a lungo in sospensione nell'atmosfera. Sempre a causa delle loro dimensioni, le polveri vulcaniche in generale interferiscono in minor misura con la radiazione infrarossa irraggiata dalla Terra, e quindi possono catturare e rimandare verso il suolo solo una modesta frazione di tale calore.

La riduzione di radiazione solare incidente è più forte alle alte latitudini, dove i raggi solari, a causa della maggiore inclinazione, sono costretti ad effettuare un percorso più lungo per attraversare lo strato di nube vulcanica.

In realtà l'entità del raffreddamento prodotto da una singola eruzione di grandi proporzioni è piuttosto ridotto, dell'ordine di appena 0,2 °C. Tuttavia un'intensa attività vulcanica - con numerose eruzioni di tipo esplosivo e che si ripetano l'una dall'altra nell'arco di pochi anni - è in grado di provocare raffreddamenti molto più consistenti: è ciò che accadde, ad esempio, verso la fine della Piccola Era Glaciale. Oltre a influenzare la temperatura della superficie e dei primi strati atmosferici, le grandi eruzioni vulcaniche hanno però effetti importanti anche sulla struttura della stratosfera, ovvero degli strati atmosferici più alti. Le particelle di polvere, gas o acido, difatti, oltre che rifletterla, assorbono la radiazione solare incidente e provocano così un apprezzabile aumento della temperatura della stratosfera: nonostante la quantità di energia assorbita sia piccola, tuttavia il conseguente riscaldamento è dell'ordine di alcuni gradi, a causa della bassa densità dell'aria a quelle quote. Un cambiamento della temperatura stratosferica non provoca in generale immediati effetti sul clima, ma un forte riscaldamento può in alcuni casi modificare il regime dei venti alle alte quote, interferendo così, sul lungo periodo, anche sulla circolazione atmosferica in prossimità del suolo. In ultimo, le eruzioni vulcaniche sono uno dei pochi fenomeni naturali in grado di intaccare lo strato di ozono stratosferico che ci protegge dai nocivi raggi ultravioletti provenienti dal sole.

I solfati presenti nella nube vulcanica sono in grado di convertire facilmente i clorofluorocarburi (CFC) in composti molto più attivi e capaci di accelerare la distruzione del vitale strato di ozono.

Classificazione di intensità e impatto sul clima delle eruzioni vulcaniche

Come si misura l'intensità di un eruzione? Attraverso un particolare indice - il Volcanic Explosivity Index (VEI) - basato su una serie di eventi osservabili durante l'eruzione.

VEI	Tipo di eruzione	Altezza della nube	Frequenza	Esempio
0	non esplosiva	< 100 m	ogni giorno	Kilauea
1	moderata	100-1000 m	ogni giorno	Stromboli
2	esplosiva	1-5 km	settimanale	Galeras, 1992
3	violenta	3-15 km	annuale	Ruiz, 1985
4	catastrofica	10-25 km	decennale	Galunggung,1982
5	parossistica	> 25 km	secolare	St. Helens, 1981
6	colossale	> 25 km	secolare	Krakatoa, 1883
7	super-colossale	> 25 km	millenaria	Tambora, 1815
8	mega-colossale	> 25 km	Ogni 10.000 anni	Yellowstone, 2 milioni anni fa

Tab. 1: scala empirica di misura dell'intensità delle eruzioni vulcaniche.

In accordo con questa scala le eruzioni particolarmente violente, per fortuna, accadono molto raramente. In particolare nel XX secolo le eruzioni con indice VEI maggiore a 4 sono state circa una decina. Ecco, al riguardo, le più intense, tutte con VEI prossimo a 6: Santa Maria (Guatemala 1902), Katmai (Stati Uniti 1911), Pinatubo (Filippine 1991).

Negli ultimi 5000-10.000 anni l'esplosione più violenta di cui si abbia memoria è quella del Monte Tambora (Indonesia, 1815) che immise nella stratosfera circa 200 milioni di tonnellate di acido solforico: un'eruzione da VEI = 7.

Tuttavia non è detto che le eruzioni più violente siano quelle che immettono poi le maggiori quantità di materia in atmosfera. L'eruzione del Monte St. Helen, di classe VEI pari a 5, proiettò nella stratosfera 550.000 tonnellate di polveri e gas; la nube stratosferica prodotta da El Chicon, anch'esso di classe 5, era di 12 milioni di tonnellate; il Monte Pinatubo con la sua eruzione, classificata a metà strada tra il valore 5 e 6 della scala VEI, sparò nella stratosfera 30 milioni di tonnellate di polveri e gas!

La quantità di materia vulcanica immessa nell'alta atmosfera non dipende solo dalla violenza dell'eruzione, ma anche dalla direzione in cui l'esplosione si sfoga; l'impatto della nube sul clima è strettamente legato, invece, oltre che alla quantità di polveri e gas, anche alla loro particolare composizione chimica.

Per tale motivo nel 1970 il climatologo inglese Hubert Lamb definì una nuova scala, quella del Dust Veil Index (DVI), con cui classificare le eruzioni sia in base alla loro intensità che al loro impatto sul clima. In particolare, il DVI consente di stimare in quale misura la nube vulcanica renda più o meno opaca l'atmosfera e lo zero della scala è stato realizzato in modo da ottenere DVI = 1000 per la catastrofica eruzione del Krakatoa (1883). Valori superiori a 200 sono ritenuti potenzialmente sufficienti a produrre sensibili mutamenti climatici, per tempi non lunghi, in zone anche molto lontane dal vulcano, mentre eruzioni con valori DVI superiori a 1000 sarebbero in grado di influenzare il clima per periodi anche di 5-10 anni su gran parte del Pianeta.