7 millenni di eruzioni, con Google Earth

Con il progredire delle prospezioni geologiche ,ormai, siamo in grado di ricostruire la storia delle più grandi eruzioni vulcaniche degli ultimi 70 secoli.
Alcune di queste meritano di essere divulgate per le loro conseguenze distruttive a scala planetaria, altre invece, anche se meno imponenti, sono più note, ma per le conseguenze storiche che hanno avuto.

Innanzitutto è bene chiedersi fino a quali conseguenze possa spingersi la manifestazione di forza di un vulcano. Bene, la comunità scientifica internazionale ha realizzato una specie di “scala mercalli” delle eruzioni, che potete trovare descritta in questa pagina della straordinaria wikipedia: Si chiama VEI (volcan explosivity index).
Nei primi posti di questa classifica figurano dei “botti” al cospetto dei quali l'eruzione del Vesuvio nel 79d.c. è stata un flebile brontolio. E un modo per dimostrarlo è confrontare i km cubi di cenere (chilometri cubi!) emessi in altre eruzioni al confronto della più famosa esplosione della storia. Per onestà, va detto che il calcolo di queste emissioni non è facile da fare e proprio per questo le fonti spesso sono un po' discordanti.



L'enorme caldera del monte Mazama, foto di acid cookie.

Agli albori della storia
In ordine rigorosamente cronologico partirei dall'esplosione (Classe 6 del VEI) del Monte Mazama (qui, con google earth), avvenuta all'incirca nel 4600 a.c. (con le dovute incertezze del caso). Questo vulcano, i cui resti si trovano nell'Oregon (potete ammirare la sua straordinaria bellezza e approfondire la sua storia naturale in questa pagina), è stato capace di ridursi dai 3700 metri stimati prima del grande “botto” a meno di 2500, lasciando però una caldera larga 8 km e profonda 1600m! Ma è impressionante il conto dei Km3 di cenere sparati in aria:75.


Il crater lake, la caldera nata dall'esplosione del Mazama.

Nello stesso “filone” possiamo considerare Thera, il vulcano dell'isola di Santorini (nel mare Egeo, anche lui VEI 6) che nel 1600 a.c. circa esplose, causando una accoppiata maremoto/terremoto che alla civiltà minoica costò un declino rapido e inarrestabile. Il vulcano (che si ritiene abbia eruttato 60kmc di materiale) ha lasciato una caldera sfondata di 84 km2, che giace 400m sotto il livello del mare. In epoca storica si sono succedute tante piccole eruzioni, che hanno fatto rinascere un piccolo cono nella parte centrale della caldera.

La caldera sfondata di Santorini, nel Mar Egeo. Foto di Rambling.


Santorini vista con Google earth. Come potete notare, google ci riporta fedelmente i terremoti degli ultimi anni...e sembra proprio che non ci sia affatto da stare tranquilli...

Tragedie senza memoria
Eppure, ci sono eruzioni vulcaniche colossali accadute in tempi storici, delle quali praticamente non esiste alcuna testimonianza (o quasi).
Questo perchè sono accadute in luoghi e tempi dove la densità umana era molto scarsa e le possibilità di trasmettere informazioni nel tempo erano molto ridotte.
Ne sono un tipico esempio l'eruzione denominata “Tianchi” del vulcano Baekdu (tra Cina e Corea del Nord...tuttora non proprio facile da studiare) e quella del Llopango in Salvador di datazione decisamente incerta, oppure ancora del misconosciuto Huynaputina.
Non c'è alcuna descrizione diretta poi, della tremenda eruzione del Vulcano sottomarino Kuvae (1452 d.c.) nell'arcipelago di Vanuatu (inutile cercarlo su google earth, c'è, ma essendo due metri sotto il pelo dell'acqua non lo si nota..).
Possiamo solo leggere questa pagina, che ci informa delle drammatiche conseguenze dell'evento: dalla luna rossa nel cielo di Costantinopoli (causata dalle polveri proiettate dal vulcano) ai venti forti, presagi minacciosi della caduta (di li a breve) di Costantinopoli, al Mar giallo ghiacciato per i 20km dalla costa. Il JPL ha studiato le carote di alcuni alberi dell'epoca scoprendo che gli effetti di quella esplosione ne condizionarono pesantemente la crescita su scala planetaria per i quattro anni successivi dell'umanità.

Ma allora sei recidivo!
A volte una esplosione VEI 6 o superiore decreta la fine dell'apparato vulcanico (che in parte viene proiettato nell'atmosfera e in parte crolla per collasso gravitativo). La caldera che rimane genera una piccola attività vulcanica residuale, che dura al massimo un paio di secoli. Altre volte invece gli episodi catastrofici si sommano per decine di migliaia di anni.

Esiste nel mondo un posto nel quale ci sono state molte eruzioni catastrofiche nel corso dei millenni, le più forti delle quali non hanno affatto decretato la fine delle attività, anzi, sembrano aver aperto nuovi “spazi” eruttivi. Si tratta del complesso vulcanico del Lago Taupo, in Nuova Zelanda.

Il Lago su google earth. Da una bassa angolazione si può capire meglio quanto sia grosso, considerando che la superficie dell'isola del nord è all'incirca come mezza italia.... Da notare che a ogni triangolo rosso corrisponde un vulcano.

La sua maggiore “performance” risale a 26500 anni fa, quando la cosiddetta “Ouranui eruption” (VEI 7!) causò la nascita del lago, sorto a riempire un collasso strutturale di 140km3. Non considerando le nubi ardenti e i conseguenti depositi piroclastici, ma solo le ceneri, si stimano 430 km3 (sto parlando di un cubo di roccia di 7,5 km di lato!) proiettati in aria (140 volte l'eruzione del vesuvio del 79 D.C.).
Ma chiaramente il tutto non si ferma a questo episodio.
La peggiore eruzione degli ultimi 5000 anni potrebbe infatti essere quella del 181 d.c., quando nel settore sudorientale del lago una eruzione causò una nuova esplosione (di nuovo VEI 7) da 100 km3 di cenere. All'epoca, per fortuna, mancavano circa otto secoli alla colonizzazione dell'isola da parte dei Maori, quindi si suppone che possa essere costato delle vite umane solo in maniera indiretta.

La terribile Indonesia
Gli ultimi cinque secoli hanno visto una forte e ben documentata attività vulcanica in diverse aree del mondo. Tra queste sicuramente quella che ha vissuto sulla propria pelle i peggiori disastri è l'Indonesia. Molti pensano che la peggiore eruzione della storia sia stata quella del krakatoa, nel 1883. Falso. E' solo molto meglio documentata.
La sua eruzione, come riporta questa accurata pagina di wikipedia, causò un maremoto violentissimo, che si calcola abbia ucciso 36.000 persone. Ma il conto dei Km3 di cenere emessi si ferma solo a 25-30 (meno di un quarto di quello aveva fatto il suo "vicino" di casa di cui stiamo per parlare).
Se qualcosa può contendere al Taupo la “palma” della peggiore eruzione degli ultimi 7000 anni, quello è il monte Tambora, che nel 1815 ha proiettato più di 100Km cubi di cenere nell'atmosfera (ma le stime peggiori vanno ben oltre). L'anno successivo fu chiamato infatti “l'anno senza estate”, perché similmente a quanto accaduto con il Kuvae la quantità di polveri nell'atmosfera aveva schermato così intensamente la luce del sole da condizionare drasticamente le temperature globali e creare a scala planetaria effetti catastrofici e.. suggestivi.

Il cratere del Tambora, foto di Alfora. La veduta di Google earth è nella presentazione dell'approfondimento

Cento anni di cronache.
Venendo agli ultimi due secoli, possiamo dire di avere grandi prove documentali, che ci raccontano cosa succede quando un vulcano esplode con tutta la sua forza. Molte eruzioni, soprattutto quelle del XX secolo, sono state seguite da schiere di vulcanologi. In molti casi sono state eruzioni imponenti ma con limitati effetti a scala planetaria. Per esempio si sa dell'eruzione del Katmai (in alaska, si vedano i racconti di Robert Griggs per il National Geographic), che nel 1912 creò la "valle dei centomila fumi" (ora spenti, ma in un paesaggio ancora splendido). Oppure che nel 1887 (4 anni dopo il krakatoa) il Monte Tarawera (neanche a dirlo.. in Nuova Zelanda, vicino a Rotorua) ha spazzato via le "Pink and White terraces", (simili un po' nella forma ma non nella genesi a quelle turche di Pamukkale), considerate l'ottava meraviglia del mondo, alle quali è dedicato questo struggente e bellissimo sito, e che possono essere riviste anche in queste foto storiche.

L'imponente cratere del Tarawera. Foto di aaron dsouza.

Questo secolo poi ha visto numerose eruzioni importanti, come quella famosa del Pelee nella Martinica o del Nevado del Ruiz in Colombia, che fece più morti per il Lahar che generò (per intenderci: il fiume di fango sciolto che nel film "Dante's Peak" trascina via il capo di Pierce Brosnan) che non per la sua attività esplosiva (25.000 morti nella cittadina di Armero, nel 1985).
Ma sicuramente il peggior botto del XX secolo lo ha fatto il Pinatubo, che nel 1991 eruttò una quantità impressionante di ceneri (fino alla stratosfera) e ironia della sorte, ciò accadde in concomitanza del ciclone Yunya, che causò la morte di 800 persone (e va considerato che in realtà ci fu il tempo di evacuare la maggior parte della popolazione).

E l'italia?
Non ho parlato appositamente dei vulcani italiani, che meritano più attenzione e sui quali prima o poi scriverò un altro approfondimento. Per intanto sappiate che la peggiore manifestazione del Vesuvio, almeno della storia "recente", non è quella del 79 d.c. ma una verificatasi del II millennio a.c., nota come “eruzione di Avellino”. E che esiste anche la "sua" pompei.
E anche l'etna riserva diverse sorprese...

Tradizionalmente, tutti i modi per produrre calore che conosciamo sono basati sulla combustione di una sostanza la cui energia chimica viene convertita in energia cinetica (ovvero calore). Nelle automobili questo calore a sua volta viene convertito in energia meccanica, mentre nelle centrali termoelettriche esiste un ulteriore passaggio che converte l'energia meccanica delle turbine in energia elettrica. Considerato che ciascun passaggio di stato dell'energia ne comporta una dissipazione di almeno la metà, si capisce bene che più passaggi di stato ci sono e meno conveniente sarà il processo, con rendimenti a volte imbarazzanti.

Come funziona

La pompa di calore non utilizza nessun combustibile, quindi come fa a scaldare l'aria? Semplicemente, preleva il calore da una sorgente (che può essere l'aria esterna, ma anche un corpo d'acqua o perfino il sottosuolo) e lo porta in casa, anche se la sorgente dovesse essere più fredda rispetto alla temperatura interna all'abitazione.

Se vi sembra incredibile che possa avvenire un fenomeno di questo tipo, ecco la spiegazione:

Il freddo non è ne una sostanza ne una proprietà della materia. Allo zero assoluto (-273,16°C) non si muove nessuna molecola. Mano a mano che l'ambiente si scalda l'energia cinetica delle molecole aumenta e la “temperatura” (che non è altro che la sensazione attraverso la quale il nostro corpo percepisce l'aumento di energia cinetica) è maggiore. Questo significa che quando un corpo è “freddo” in realtà possiede un suo calore, che però è molto meno rispetto a quello contenuto in un corpo “caldo”. A questo punto entrano in gioco le proprietà dei gas. Se comprimo un gas che è a temperatura ambiente questo si scalderà (perché le molecole che lo compongono, stando in meno spazio, si urteranno maggiormente), mentre se lo decomprimo si raffredderà.

Supponiamo a questo punto che io abbia una casa con un terrazzo o giardino e che la temperatura esterna sia 5°c mentre quella interna è 15°c.

La mia pompa di calore lavorerà nella parte esterna per espandere il gas del suo circuito in modo che si raffreddi a 0°c, e che quindi la temperatura sia inferiore rispetto al giardino (che è a 5°c). In queste condizioni il calore maggiore dell'aria del giardino verrà risucchiato nel circuito.

A quel punto il gas a 5°c verrà compresso fortemente nella parte del circuito interna alla casa arrivando a 25°c, e cedendo quindi il calore alla casa, che è a 15°c.

Aumentando la compressione del gas potrò poi ottenere temperature anche superiori.

In tutto questo quindi, emergono due semplici considerazioni:

1. Non esiste nessun passaggio di stato dell'energia (abbiamo solo spostato energia cinetica da un fluido in un luogo a un altro fluido in un altro luogo), quindi il rendimento è altissimo.

2. La sola energia elettrica spesa è quella necessaria a comprimere e decomprimere il gas (e quindi energia meccanica).

Come sfruttarla al meglio

Su questo ragionamento di base si innesta una ulteriore osservazione: lo scambio di calore tra gas e gas (aria casa-gas e gas-aria esterna) non è normalmente molto rapido. E' più efficiente prelevare il calore dall'acqua, se questa è disponibile e ha una temperatura superiore all'aria. Ma dove la trovo?

Diverse aziende propongono di ricorrere a tre possibili soluzioni:

1)Fare un buco per terra (fino a 200m in profondità) e infilarci una tubazione a “U”che scambia il calore con l'acqua di falda, che rimane a una temperatura praticamente costante di 15°c per tutto l'anno. Questo espediente si chiama “sonda geotermica” e come potrete immaginare non è sempre praticabile (ci sono le aree con vincolo idrogeologico, i suoli poveri con roccia madre granitica ecc..). Inoltre l'operazione comporta un forte investimento, che può essere ripagato solo se vi trovate in zone con temperature invernali estremamente fredde (sotto lo zero per buona parte dell'inverno, per intenderci...).

2)Scambiare il calore con una raccolta d'acqua, quale può essere un lago (come quello di Bracciano, per esempio, sempre che vi diano l'autorizzazione...), oppure con la piscina di casa.

3)Integrare la pompa di calore con altri sistemi di riscaldamento più “verdi”. Infatti, sostituendo l'aria fredda del giardino con l'acqua riscaldata da un pannello solare termico, posso incrementare ulteriormente la potenza (e l'efficienza) del dispositivo. Per esempio, se d'inverno la temperatura dell'acqua calda generata dai pannelli solari non è sufficiente a garantire un riscaldamento adeguato (supponiamo che non superi i 25°c), la connessione con un sistema a pompa di calore potrà aumentare l'energia disponibile, perché la pompa cattura l'energia dell'acqua, la trasferisce al gas e comprimendolo lo scalda ulteriormente.

L'importante è disporre nelle vicinanze di acqua a una temperatura “conveniente” per fare da scambiatore di calore.

C'è però un altro aspetto da non sottovalutare: per la pompa di calore diventa molto sconveniente lavorare quando il salto di temperatura tra “prima” e “dopo” la compressione è eccessivo.Questo significa che scaldare una casa con un piccolo getto a 50°c sarebbe molto più oneroso che con un grosso sistema di serpentine affogate nel pavimento, ma a 28°c. Perciò, se vogliamo avere una pompa di calore veramente “verde” la cosa migliore è integrarla in una casa in costruzione o in corso di ristrutturazione, pena il costo eccessivo dell'intervento.

Sorpresi da tutte queste possibilità? Quando ho approfondito l'argomento lo sono rimasto anch'io. Essendo convinto che presto il gas (a causa dei crediti di carbonio) e l'elettricità (per lo stesso motivo e per la riduzione delle scorte di petrolio) diventeranno molto costosi, credo che si debba investire sulle pompe di calore, smettendola di considerarle dei frigoriferi e valorizzando invece il loro lato “calorico”.
Se poi si integrano in una casa quando la si costruisce, lavorando anche sulle opportunità di integrazione possono farci dire addio al metano/gpl, che non sarebbe poco.

Ah, a proposito, i disegni li ho fatti io, con inkscape. La foto invece proviene da qui.