Nelle profondità di un vulcano grazie all’intelligenza artificiale

Dal 2021 l’isola di Vulcano, la più settentrionale dell’arcipelago siciliano delle Eolie, è in fase di risveglio. Chi ha avuto l’occasione di visitarla, come il sottoscritto, saprà che fra le isole vulcaniche a Nord di Messina, Vulcano consente un maggior avvicinamento al suo cratere principale.

In un’ora scarsa di camminata, tra ginestre, massi vulcanici e sabbia lavica, è possibile raggiungere il Gran Cratere, una vasta depressione dal diametro di circa 500 metri da cui affiorano numerose fumarole, uniche manifestazioni visibili del mondo in movimento sotto ai piedi dei visitatori.

Uno scatto, un momento di contemplazione del paesaggio (dalla vetta è possibile ammirare l’intero arcipelago nel suo splendore, con Stromboli, Alicudi, Filicudi, Lipari e Salina in primo piano), e via di ritorno sul mare, con quella sensazione di timore mista a meraviglia che si porta con sé dopo essersi affacciati al cratere di un vulcano in attività.

“Le fumarole sono la parte più alta di un sistema idraulico strutturato che raggiunge i 10 km di profondità”, ci spiega Matteo Lupi, professore associato presso il Dipartimento di Scienze della terra dell’Università di Ginevra. “Sono la cartina tornasole di un vulcano, e ne descrivono lo stato, ad esempio attraverso una concentrazione più o meno alta di CO2, fluido rilasciato in presenza di magma”.

Oltre all’analisi delle loro fumarole, il monitoraggio dei vulcani si serve dei segnali sismici raccolti nelle immediate vicinanze della loro superficie.  Anche se alcuni lavori hanno definito la struttura interna su larga scala, sono pochi quelli che sono riusciti ad esplorarne le dinamiche più profonde.

La mappatura 3D realizzata dall’Università di Ginevra, in collaborazione con l’Istituto nazionale italiano di Geofisica e Vulcanologia (INGV), fornisce ora una fotografia dell’interno di un vulcano senza precedenti.

 “La tecnologia utilizzata (la tomografia, ndr.) è disponibile dai primi anni duemila. Ma impiegare un numero così elevato di sensori ed elaborarne i dati con l’intelligenza artificiale è la vera novità”, spiega Matteo Lupi, che ha guidato questo lavoro.

A titolo di paragone, il ricercatore precisa che “siamo di fronte al passaggio dall’ecografia alla risonanza magnetica”: immagini ad altissima risoluzione svelano dettagli sinora inesplorati delle profondità terrestri.

Dalla fine di settembre 2021, dicevamo, dall’isola di Vulcano sono arrivati segni inequivocabili di risveglio legati al movimento di fluidi nel sottosuolo, quindi di magma e gas. “Siamo stati avvisati dall’INGV di Catania. Abbiamo caricato il nostro furgone e nel giro di tre giorni eravamo sul posto per collaudare la nostra strumentazione in un ambiente vulcanico”.

L’obiettivo per Matteo Lupi e il suo team era di comprendere cosa innesca il risveglio di un vulcano. Il metodo, sviluppato originariamente per la prospezione geotermica a basso costo e già applicato in diverse aree della Svizzera, Ticino incluso, era in attesa di un’applicazione in ambienti vulcanici logisticamente accessibili.

Quasi 200 speciali sensori all’avanguardia, chiamati “nodi sismici”, sono stati installati sul posto e per un mese hanno registrato le vibrazioni naturali del terreno su un’ampia gamma di frequenze. È noto, ad esempio, che alcune onde – note come onde sismiche secondarie – si propagano lentamente quando attraversano zone ricche di fluidi, consentendo il rilevamento di magma.

Questo enorme volume di informazioni è stato poi elaborato dal supercomputer Yggdrasil dell’Università di Ginevra, addestrato con un’enorme quantità di dati simili provenienti da tutto il mondo. Senza l’intelligenza artificiale, sarebbe stato impossibile arrivare a questi risultati manualmente e in tempi brevi. All’origine di questa tecnica innovativa, ci tiene a precisare il professore, c’è l’ingegno di Douglas Stumpp, dottorando presso il Dipartimento di Scienze della Terra e autore principale dello studio.

Nel caso di Vulcano, queste prime analisi hanno permesso di capire che il fianco del vulcano sta scivolando verso Lipari, con fratture riempite di fluidi in pressione. “Essere in grado di capire dove il sistema è più fragile, permette di identificare con maggiore precisione le aree a rischio in caso di eruzione, migliorando la gestione delle evacuazioni”, racconta Matteo Lupi, che prosegue: “nel caso specifico di Vulcano, oggi sappiamo che la parte di pianura dell’isola può stare più tranquilla, mentre l’area del porto e del camping sarebbero totalmente da evitare”.

Prevedere con precisione l’eruzione di Vulcano resta al momento impossibile. Questo nuovo modello rivoluzionario permetterebbe però di monitorare con precisione la sua attività: “possiamo immaginare una sorta di timelapse: facciamo una fotografia oggi, un’altra tra un mese, e in caso di deformazioni possiamo intensificare il monitoraggio per comprendere le variazioni del sistema idraulico, in altre parole: dove si verificherà la prossima eruzione”, precisa Matteo Lupi. Ciò che è certo, è che “Vulcano è un vulcano attivo, la sua ultima eruzione è avvenuta nel 1888-1890 e un’altra potrebbe avvenire nel breve termine geologico”. 

Insomma, grazie all’ausilio dell’intelligenza artificiale, questa ricerca, pubblicata sulla rivista Nature Communications, offre nuove speranze alle oltre 800 milioni di persone che vivono a ridosso dei 1500 vulcani attivi sul nostro pianeta. In futuro, strumenti del genere potranno rivelarsi fondamentali per previsione dell’attività vulcanica globale, con piani di evacuazione dinamici e adattabili.