La lava è disponibile in due "sapori". Gli scienziati potrebbero aver finalmente capito il perché

Durante una vacanza in famiglia nel 2018, Jenny Suckale stava vagando attraverso un vecchio flusso di lava hawaiano quando un brusco cambiamento nelle rocce nere come il jet catturò la sua attenzione. Da un lato c'era il tipo di lava liscia e ondulata chiamata pahoehoe (pronunciata pah-hoy-hoy); dall'altro c'era il tipo affilato e frastagliato noto come aa (pronunciato ah-ah). Da quel giorno, una domanda apparentemente semplice ha tormentato Suckale, un geofisico dell’Università di Stanford: cosa causa la drammatica trasformazione della struttura, osservata nelle lave di tutto il mondo?

Nel corso degli anni, gli scienziati hanno individuato una serie di possibili colpevoli: la velocità di un flusso, la pendenza del terreno su cui scorre o la quantità di lava eruttata. Ma nessun singolo fattore ha spiegato il cambiamento. Ora, modellando la dinamica dei flussi di lava, Suckale e i suoi colleghi hanno offerto un’altra spiegazione: la brusca transizione potrebbe essere innescata da un’agitazione caotica all’interno del flusso di roccia fusa, secondo quanto riportato il mese scorso dal team su Geophysical Research Letters.

Capire come il pahoehoe si trasforma in aa è qualcosa di più di una semplice curiosità scientifica perché i due tipi di lava si muovono a velocità diverse e pongono pericoli distinti. Sebbene gli scienziati siano bravi a prevedere dove andrà la lava, la velocità e la distanza con cui la lava viaggia è un problema molto più complicato. "Essere in grado di mappare questa transizione tra i tipi di flusso contribuirebbe notevolmente a risolvere queste domande", afferma Leif Karlstrom, uno scienziato della Terra dell'Università dell'Oregon che non faceva parte del gruppo di studio.

Per il nuovo modello, Suckale e i suoi colleghi si sono ispirati a un esperimento condotto quasi un secolo fa dal geologo OH Emerson presso l'Università delle Hawaii a Manoa. Emerson polverizzò un pezzo di pahoehoe indurito da un'eruzione del 1920 del vulcano Kilauea delle Hawaii e riscaldò la roccia polverizzata in una fornace finché non divenne incandescente e trasudava come miele. Quindi spense il forno e mescolò il materiale fuso con una bacchetta metallica.

In pochi minuti si era solidificato in una consistenza grossa simile ad un aa. Come mescolare una tazza di tè, mescolare la lava ha accelerato il raffreddamento e apparentemente ha innescato la formazione di aa, afferma l'autore principale dello studio Cansu Culha, ricercatore post-dottorato presso l'Università della British Columbia.

I ricercatori si sono chiesti se la miscelazione potesse anche innescare la transizione in natura, attraverso un fenomeno chiamato instabilità di taglio. Quando due strati all'interno di una sostanza fluente si muovono a velocità diverse, lo strato più veloce trascina lo strato più lento mentre passa. "Si scontrano a vicenda nel modo sbagliato", dice Suckale. Il risultato è che qualsiasi increspatura lungo il confine tra gli strati viene amplificata in onde turbolente.

Per testare l’idea, i ricercatori hanno creato un modello di fluidodinamica per simulare il comportamento di una lava virtuale divisa in due strati: una parte superiore più fredda e appiccicosa posta su un fondo più caldo e più veloce. Al confine tra i due strati sono state introdotte piccole increspature, che inevitabilmente si formano a causa di imperfezioni comuni in natura, come le asperità sottostanti del terreno o le bolle nella lava.

Il team ha poi testato la stabilità della lava in una serie di velocità, viscosità e spessori degli strati. L’analisi ha rivelato che in molti casi, i cambiamenti nell’ambiente, come l’irripidimento dei pendii o l’aumento dei tassi di eruzione, hanno amplificato le increspature, che potrebbero portare a un mescolamento incontrollato e alla probabile formazione di aa. "La situazione può andare fuori controllo abbastanza rapidamente", afferma Suckale.

Il nuovo modello può aiutare a spiegare la varietà di condizioni precedentemente osservate per innescare la transizione da pahoehoe ad aa, o perché a volte questa non avviene affatto. "È una possibilità molto interessante", afferma Arianna Soldati, vulcanologa della North Carolina State University che non faceva parte del gruppo di studio.

Ma sono necessari ulteriori test per dimostrare che il modello riflette la realtà sotto la superficie bollente della lava. Poiché la lava è difficile da studiare direttamente, una possibilità sarebbe quella di testare il modello in laboratorio utilizzando un analogo della roccia fusa come la cera, suggerisce Karlstrom.