La cenere vulcanica comprende materiale particolato derivato da roccia, cristalli minerali e vetro vulcanico, generato durante le eruzioni vulcaniche, con singole particelle che misurano tipicamente meno di 2 mm (0,079 pollici) di diametro. Informalmente, la designazione "cenere vulcanica" viene spesso estesa per comprendere tutti i prodotti di eruzioni esplosive, comprese le particelle superiori a 2 mm, che sono più accuratamente chiamate tefra. La sua formazione avviene principalmente durante eventi vulcanici esplosivi, dove i gas disciolti all'interno del magma subiscono una rapida espansione e una violenta scioglimento nell'atmosfera. Questo potente rilascio di gas frammenta il magma, spingendo questi costituenti nell’atmosfera, dove si solidificano in particelle discrete di roccia vulcanica e vetro. Inoltre, la cenere può provenire da eruzioni freatomagmatiche, un processo avviato quando il magma interagisce con l'acqua, portando alla conversione esplosiva dell'acqua in vapore e alla successiva frammentazione del magma. Dopo l'iniezione nell'atmosfera, la cenere può essere dispersa dalle correnti del vento su distanze che si estendono per migliaia di chilometri.
La cenere vulcanica è costituita da frammenti di roccia, cristalli minerali e vetro vulcanico, prodotti durante le eruzioni vulcaniche e che misurano meno di 2 mm (0,079 pollici) di diametro. Il termine cenere vulcanica viene spesso utilizzato in modo approssimativo anche per riferirsi a tutti i prodotti esplosivi dell'eruzione (correttamente indicati come tephra), comprese le particelle più grandi di 2 mm. La cenere vulcanica si forma durante le eruzioni vulcaniche esplosive quando i gas disciolti nel magma si espandono e fuoriescono violentemente nell'atmosfera. La forza dei gas frantuma il magma e lo spinge nell'atmosfera dove si solidifica in frammenti di roccia vulcanica e vetro. La cenere viene prodotta anche quando il magma entra in contatto con l'acqua durante le eruzioni freatomagmatiche, provocando la trasformazione esplosiva dell'acqua in vapore che porta alla frantumazione del magma. Una volta nell'aria, la cenere viene trasportata dal vento fino a migliaia di chilometri di distanza.
La vasta dispersione della cenere vulcanica pone numerose sfide per la società, che si manifestano come: effetti negativi sulla salute animale e umana; interruzioni del viaggio aereo; deterioramento delle infrastrutture critiche, come le reti elettriche, i sistemi di telecomunicazione, le reti idriche e delle acque reflue e le vie di trasporto; impatti dannosi sulle industrie primarie, compresa l’agricoltura; e danni strutturali a edifici e altre costruzioni.
Meccanismi di formazione
La cenere vulcanica ha origine principalmente da eruzioni vulcaniche esplosive ed eventi freatomagmatici, con formazione aggiuntiva che si verifica durante il suo trasporto all'interno di correnti di densità piroclastiche.
Le eruzioni esplosive vengono avviate dalla decompressione del magma ascendente, che facilita l'essoluzione dei componenti volatili disciolti, prevalentemente acqua e anidride carbonica, in bolle di gas. La nucleazione di un numero crescente di bolle porta alla formazione di una schiuma magmatica, riducendo così la densità del magma e accelerandone la risalita attraverso il condotto vulcanico. La frammentazione del magma, un passaggio critico nella generazione di cenere, inizia quando le bolle di gas costituiscono circa il 70-80% in volume della miscela in eruzione. Durante questa fase di frammentazione, la forte espansione di queste bolle disgrega il magma in frammenti discreti, che vengono successivamente espulsi nell'atmosfera e solidificano come particelle di cenere. Questo meccanismo di frammentazione rappresenta un percorso altamente efficiente per la produzione di ceneri, in grado di produrre ceneri eccezionalmente fini anche in assenza di acqua esterna.
Le eruzioni freatomagmatiche costituiscono anche una fonte significativa di cenere vulcanica. In questi eventi, la frammentazione è innescata dall’interazione del magma con vari ambienti acquosi, inclusi corpi idrici superficiali (ad esempio mari, laghi, paludi), acque sotterranee, neve o ghiaccio. Al contatto, il magma, essendo sostanzialmente più caldo del punto di ebollizione dell'acqua, induce inizialmente la formazione di una pellicola di vapore isolante, fenomeno noto come effetto Leidenfrost. Il successivo collasso di questo film di vapore provoca un accoppiamento termico diretto tra l'acqua più fredda e il magma incandescente. Questo maggiore trasferimento di calore provoca la rapida espansione dell'acqua in vapore, portando alla frammentazione esplosiva del magma in piccole particelle che vengono poi espulse dalla bocca vulcanica. Il processo di frammentazione stesso amplifica la superficie di contatto tra il magma e l'acqua, stabilendo un circuito di feedback positivo che promuove un'ulteriore frammentazione e la generazione di particelle fini di cenere.
Le correnti di densità piroclastiche contribuiscono anche alla generazione di particelle di cenere. Queste correnti comunemente nascono dal crollo di duomi lavici o dalla destabilizzazione di colonne eruttive. All’interno di queste correnti, intense collisioni di particelle portano a processi abrasivi, che riducono la dimensione dei grani e producono particelle di cenere a grana fine. Inoltre, all’interno del flusso può verificarsi una frammentazione secondaria dei frammenti di pomice, spinta dalla conservazione del calore, con conseguente produzione di ulteriore cenere. Collettivamente, questi meccanismi generano volumi sostanziali di cenere a grana molto fine, che viene successivamente elutriata dalle correnti di densità piroclastica all'interno dei pennacchi di cenere di co-ignimbrite.
Le proprietà fisiche e chimiche della cenere vulcanica sono prevalentemente governate dallo stile specifico dell'eruzione vulcanica. I vulcani mostrano uno spettro di stili di eruzione, che sono influenzati dalla chimica del magma, dal contenuto di cristalli, dalla temperatura e dalle concentrazioni di gas disciolti, e sono sistematicamente classificati utilizzando l'indice di esplosività vulcanica (VEI). Ad esempio, le eruzioni effusive (VEI 1) caratterizzate da magma basaltico producono tipicamente meno di 105 m3 di materiale espulso, mentre eventi altamente esplosivi (VEI 5+) che coinvolgono magmi riolitici e dacitici possono spingere volumi sostanziali (superiori a 109 m§67§) di materiale espulso nel atmosfera.
Proprietà
Composizione chimica
La composizione mineralogica della cenere vulcanica è determinata dalle proprietà chimiche del magma da cui ha origine. Dato che il silicio e l’ossigeno sono gli elementi predominanti nel magma silicatico, la classificazione dei tipi di magma – e di conseguenza delle ceneri risultanti – si basa principalmente sul loro contenuto di silice. Le eruzioni basaltiche, caratterizzate da un'energia inferiore, producono una cenere tipicamente scura contenente tipicamente circa il 45-55% di silice, che è anche abbondante in ferro (Fe) e magnesio (Mg). Al contrario, le eruzioni riolitiche più vigorose generano ceneri felsiche con un'elevata concentrazione di silice, superiore al 69%. Le ceneri di composizione intermedia, come quelle derivate da andesite o dacite, presentano un contenuto di silice compreso tra il 55% e il 69%.
L'attività vulcanica rilascia principalmente diversi gas, tra cui acqua, anidride carbonica, idrogeno, anidride solforosa, idrogeno solforato, monossido di carbonio e acido cloridrico. La rimozione atmosferica di zolfo e gas alogeni, insieme ai metalli, avviene attraverso reazioni chimiche, deposizione secca e umida e adsorbimento sulle superfici delle particelle di cenere vulcanica.
È stato ampiamente riconosciuto che vari composti di solfati e alogenuri, prevalentemente cloruri e fluoruri, vengono facilmente mobilitati dalla cenere vulcanica appena eruttata. L'ipotesi prevalente suggerisce che questi sali si formino a causa della rapida dissoluzione acida delle particelle di cenere all'interno dei pennacchi dell'eruzione, un processo che si ritiene fornisca i cationi necessari per la successiva deposizione di sali solfati e alogenuri.
Sebbene siano state identificate circa 55 specie ioniche nei percolati di ceneri fresche, le più diffuse sono tipicamente i cationi Na+, K+, Ca2+ e Mg2+, insieme agli anioni Cl−, F− e SO§1213§2−. I rapporti molari derivati dall'analisi del percolato indicano che questi elementi spesso esistono come sali semplici, come NaCl e CaSO§1617§. Uno studio sequenziale sulla lisciviazione delle ceneri dell'eruzione del Monte St. Helens del 1980 ha rivelato che i sali di cloruro mostravano la massima solubilità, seguiti dai sali di solfato. I composti del fluoro, come CaF§1819§ e MgF§2021§, sono generalmente scarsamente solubili, con eccezioni che includono sali di fluoruro di metalli alcalini e composti come l'esafluorosilicato di calcio (CaSiF§2223§). Il pH dei percolati di cenere fresca varia considerevolmente, influenzato dalla presenza di un condensato di gas acido sulla superficie della cenere, derivante principalmente da SO§2425§, HCl e gas HF all'interno del pennacchio dell'eruzione.
La struttura solida cristallina di questi sali funziona tipicamente come un isolante piuttosto che come un conduttore. Tuttavia, dopo la dissoluzione in una soluzione da parte di una fonte di umidità, come nebbia, foschia o pioggia leggera, la cenere può diventare sia corrosiva che elettricamente conduttiva. Ricerche recenti indicano che la conduttività elettrica della cenere vulcanica è migliorata da (1) un elevato contenuto di umidità, (2) una maggiore concentrazione di sali solubili e (3) una maggiore compattazione (densità apparente). La capacità delle ceneri vulcaniche di condurre corrente elettrica comporta implicazioni sostanziali per le infrastrutture di fornitura di energia elettrica.
Caratteristiche fisiche
Componenti compositivi
Le particelle di cenere vulcanica generate durante le eruzioni magmatiche comprendono proporzioni variabili di costituenti vitrici (vetrosi, non cristallini), cristallini o litici (non magmatici). La cenere derivata da eruzioni magmatiche a bassa viscosità, come eventi basaltici hawaiani e stromboliani, produce diversi piroclasti le cui caratteristiche dipendono dallo specifico meccanismo eruttivo. Ad esempio, la cenere raccolta dalle fontane di lava hawaiane è composta da piroclasti sideromelanici (vetro basaltico marrone chiaro), che incorporano microliti (piccoli cristalli temprati, distinti dai rari microliti minerali) e fenocristalli. Le eruzioni basaltiche con viscosità leggermente superiore, come gli eventi stromboliani, producono una gamma di piroclasti, da goccioline di sideromelano di forma irregolare alla tachilite a blocchi (piroclasti microcristallini dal nero al marrone scuro). Al contrario, la maggior parte delle ceneri ad alto contenuto di silice, come quella della riolite, è costituita principalmente da pomice polverizzata (frammenti vitrici), fenocristalli distinti (la frazione cristallina) e alcuni frammenti litici (xenoliti).
La cenere prodotta durante le eruzioni freatiche è prevalentemente composta da frammenti litici e minerali alterati idrotermicamente, spesso incorporati all'interno di una matrice argillosa. Le superfici di queste particelle sono spesso ricoperte da aggregati di cristalli di zeolite o argilla, lasciando solo trame relitte come indicatori per l'identificazione dei piroclasti.
Morfologia
La morfologia della cenere vulcanica è influenzata da numerosi processi eruttivi e cinematici distinti. Le eruzioni che coinvolgono magmi a bassa viscosità, come il basalto, generano tipicamente particelle a forma di goccia. Questa morfologia delle goccioline è parzialmente governata dalla tensione superficiale, dall'accelerazione dell'espulsione delle goccioline dopo l'espulsione e dalla resistenza aerodinamica. Le forme comprendono uno spettro che va da forme perfettamente sferiche a varie goccioline contorte e allungate caratterizzate da superfici lisce e fluide.
La morfologia della cenere originata da eruzioni di magma ad alta viscosità, tra cui riolite, dacite e alcune andesiti, è determinata principalmente dalla forma delle vescicole all'interno del magma in aumento prima della frammentazione. Le vescicole vengono generate attraverso l'espansione dei gas magmatici prima della solidificazione del magma. Le particelle di cenere mostrano diversi livelli di vescicolarità e le particelle vescicolari possono possedere rapporti superficie-volume eccezionalmente elevati. Caratteristiche superficiali come concavità, avvallamenti e strutture tubolari sui grani di cenere provengono da pareti di vescicole fratturate. Le particelle di cenere vitrica derivate da eruzioni di magma ad alta viscosità si manifestano comunemente come frammenti pomice angolari e vescicolari o frammenti sottili della parete delle vescicole, mentre i frammenti litici all'interno della cenere vulcanica sono generalmente uguali o vanno da angolari a subrotondi. La morfologia delle particelle di cenere litica è tipicamente governata dalle caratteristiche meccaniche della roccia ospite, che subisce frammentazione tramite scheggiatura o espansione esplosiva del gas mentre il magma risale in superficie.
La morfologia delle particelle di cenere provenienti da eruzioni freatomagmatiche è governata da stress interni all'interno del magma raffreddato, che portano alla frammentazione del vetro e alla produzione di particelle di cenere di vetro piccole, a blocchi o piramidali. La forma e la densità delle vescicole contribuiscono in minima parte alla determinazione della morfologia dei grani nelle eruzioni freatomagmatiche. Durante tali eruzioni, il magma in risalita si raffredda rapidamente al contatto con l'acqua sotterranea o superficiale. Le tensioni interne all'interno del magma spento inducono la frammentazione, producendo cinque morfologie piroclastiche primarie: (1) a blocchi ed equant; (2) vescicolare e irregolare con superfici lisce; (3) simile al muschio e contorto; (4) sferico o a goccia; e (5) a forma di piastra.
Densità
La densità delle singole particelle mostra variabilità tra i diversi eventi eruttivi. La densità della cenere vulcanica varia da 700 a 1200 kg/m3 per la pomice, 2350–2450 kg/m3 per i frammenti di vetro, 2700–3300 kg/m§45§ per i cristalli e 2600–3200 kg/m§67§ per le particelle litiche. Dato che le particelle più grossolane e dense si depositano prossimalmente alla sorgente, i frammenti di vetro e pomice più fini si arricchiscono di conseguenza nei depositi distali di caduta di cenere. La combinazione di alta densità, notevole durezza (circa 5 sulla scala di durezza Mohs) e significativa angolosità rende alcuni tipi di ceneri vulcaniche, in particolare quelle con elevato contenuto di silice, altamente abrasivi.
Grandezza della grana
La cenere vulcanica comprende piroclasti con diametro inferiore a 2 mm; le particelle superiori a 2 mm sono classificate come lapilli e possono presentare finezza fino a 1 μm. La distribuzione granulometrica complessiva della cenere può variare in modo significativo a seconda della composizione del magma. Limitati sforzi sono stati dedicati a correlare le caratteristiche granulometriche di un deposito con l'evento eruttivo che lo ha generato, sebbene alcune previsioni siano fattibili. I magmi riolitici producono tipicamente materiale a grana più fine rispetto ai magmi basaltici, attribuibili alla loro elevata viscosità e conseguente esplosività. Le eruzioni esplosive siliciche mostrano proporzioni più elevate di cenere fine, probabilmente a causa delle dimensioni più piccole delle vescicole nel magma pre-eruttivo rispetto ai magmi mafici. Prove sostanziali indicano che i flussi piroclastici generano proporzioni significative di ceneri fini attraverso la comminuzione. È probabile che questo processo avvenga anche all'interno dei condotti vulcanici, raggiungendo la massima efficienza quando la superficie di frammentazione del magma è situata notevolmente al di sotto del cratere sommitale.
Dispersione
Le particelle di cenere vengono integrate nelle colonne eruttive in seguito all'espulsione ad alta velocità dalla bocca. Il momento eruttivo iniziale guida la traiettoria ascendente della colonna. Quando l'aria ambiente entra nella colonna, la sua densità apparente diminuisce, dando inizio a un'ascesa vivace nell'atmosfera. Una volta che la densità apparente della colonna si equilibra con quella dell'atmosfera circostante, la sua ascesa verticale cessa e inizia il movimento laterale. La dispersione laterale è governata dai venti dominanti, che potenzialmente depositano la cenere a centinaia o migliaia di chilometri dal vulcano. Questo intervallo dipende dall'altezza della colonna eruttiva, dalla dimensione delle particelle di cenere e dalle condizioni climatiche prevalenti, in particolare dalla direzione, dalla forza e dall'umidità del vento.
La ricaduta di cenere vulcanica inizia immediatamente dopo l'eruzione, con la sua distribuzione governata principalmente dalla densità delle particelle. Inizialmente, le particelle più grossolane si depositano in prossimità della fonte dell’eruzione. Successivamente cadono anche i lapilli di accrezione, formatisi per agglomerazione di particelle all'interno della colonna eruttiva. Quando la colonna eruttiva si sposta sottovento, la ricaduta di cenere diventa meno concentrata durante le fasi successive. Di conseguenza, il deposito di cenere risultante mostra tipicamente una diminuzione esponenziale sia dello spessore che della dimensione dei grani con l’aumentare della distanza dalla bocca vulcanica. Le particelle fini di cenere possono persistere nell'atmosfera per periodi prolungati, che vanno da giorni a settimane, e sono soggette a dispersione da parte dei venti ad alta quota. Tali particelle rappresentano una minaccia per l'industria aeronautica e, insieme ai gas vulcanici, possiedono la capacità di influenzare i modelli climatici globali.
I pennacchi di cenere vulcanica sono in grado di formarsi al di sopra delle correnti di densità piroclastica. Queste formazioni sono specificamente chiamate pennacchi di co-ignimbrite. Man mano che le correnti di densità piroclastica si propagano verso l'esterno del vulcano, le particelle più piccole vengono separate dal flusso principale tramite elutriazione, creando una zona meno densa che si sovrappone alla corrente primaria. Questa zona sovrastante successivamente trascina aria ambiente, portando allo sviluppo di un pennacchio galleggiante di co-ignimbrite. I pennacchi di co-ignimbrite mostrano tipicamente concentrazioni elevate di particelle di cenere fine rispetto a quelle generate da eruzioni puramente magmatiche, una caratteristica attribuita ai processi abrasivi che si verificano all'interno della corrente di densità piroclastica.
Impatti
L'espansione demografica ha portato alla graduale espansione delle infrastrutture urbane in zone ad elevato rischio, in particolare in prossimità dei centri vulcanici, aumentando così la vulnerabilità umana alle cadute di cenere vulcanica.
Le conseguenze dirette sulla salute dell'esposizione alla cenere vulcanica per gli individui in buona salute sono generalmente transitorie e lievi; tuttavia, un'esposizione prolungata può presentare un rischio di silicosi per i lavoratori non protetti. Una preoccupazione più significativa riguarda gli effetti delle ceneri vulcaniche sulle infrastrutture essenziali che sono alla base delle società contemporanee, soprattutto negli ambienti urbani caratterizzati da un’elevata densità di popolazione e da una corrispondente elevata domanda di servizi. Recenti eventi eruttivi hanno dimostrato la suscettibilità delle regioni urbane, anche se soggette ad accumuli relativamente minori di cenere vulcanica (pochi millimetri o centimetri). Tali ceneri si sono rivelate sufficienti a distruggere sistemi critici tra cui i trasporti, l’elettricità, l’approvvigionamento idrico, le fognature e la gestione delle acque piovane. Le ripercussioni economiche si sono manifestate sotto forma di interruzioni dell'attività, spese per la sostituzione di componenti danneggiati e perdite assicurate. Inoltre, gli impatti delle ceneri sulle infrastrutture critiche possono provocare effetti a cascata, potenzialmente destabilizzanti numerosi settori e servizi.
Le ceneri vulcaniche costituiscono un fenomeno fisicamente, socialmente ed economicamente distruttivo. La cenere vulcanica ha la capacità di avere un impatto sia sulle immediate vicinanze che su regioni che si estendono per centinaia di chilometri dalla sua origine, portando a interruzioni e perdite economiche in diversi settori infrastrutturali. La gravità di questi impatti dipende da diversi fattori: lo spessore del deposito di cenere, la dimensione dei grani e la composizione chimica della cenere, il suo contenuto di umidità (umido o secco), la durata dell'evento di caduta di cenere e l'efficacia di qualsiasi strategia di preparazione, gestione e mitigazione implementata. Settori distinti delle infrastrutture e delle componenti sociali subiscono effetti diversi e mostrano suscettibilità a uno spettro di impatti o conseguenze.
Salute umana e animale
Le particelle di cenere sospese nell'aria con un diametro inferiore a 10 μm sono riconosciute come inalabili e gli individui esposti a eventi di caduta di cenere hanno riportato sintomi quali disturbi respiratori, dispnea, irritazione degli occhi e della pelle e sintomi nasofaringei. La maggior parte di questi effetti sono transitori e non sono generalmente considerati un rischio sostanziale per la salute degli individui senza disturbi respiratori preesistenti. Gli impatti specifici sulla salute della cenere vulcanica dipendono dalla sua dimensione dei grani, dalla composizione mineralogica e dai rivestimenti chimici presenti sulle superfici delle particelle. Ulteriori determinanti che influenzano i potenziali sintomi respiratori includono la frequenza e la durata dell'esposizione, la concentrazione atmosferica di ceneri e la frazione di ceneri respirabile, che denota la proporzione di particelle di cenere con un diametro inferiore a 10 μm, comunemente denominate PM10. Anche il contesto sociale prevalente può esercitare un'influenza significativa.
Esiste il potenziale di effetti cronici sulla salute derivanti dalle ceneri vulcaniche, dato che l'esposizione alla silice cristallina libera è una causa riconosciuta di silicosi. I minerali associati, come quarzo, cristobalite e tridimite, possono essere tutti costituenti della cenere vulcanica. Questi minerali sono caratterizzati come silice "libera" perché SiO2 non è legato a un altro elemento per formare un composto minerale distinto. Tuttavia, i magmi con un contenuto di silice inferiore al 58% di SiO2 sono generalmente considerati fonti improbabili di silice cristallina.
I livelli di esposizione alla silice cristallina libera all'interno della cenere vulcanica vengono spesso utilizzati per valutare il rischio di silicosi negli studi sulla salute sul lavoro, in particolare per i lavoratori del settore minerario, dell'edilizia e dei settori correlati. Questa pratica deriva dalla sua classificazione come cancerogeno per l’uomo da parte dell’Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro. Sebbene esistano valori guida per l’esposizione, la loro logica di fondo rimane ambigua. Ad esempio, le linee guida del Regno Unito per le particelle sospese nell'aria (PM10) specificano 50 μg/m3, mentre anche le linee guida statunitensi per l'esposizione alla silice cristallina sono 50 μg/m3. Si ritiene generalmente che brevi superamenti di questi limiti di esposizione potrebbero non comportare effetti negativi significativi sulla salute della popolazione generale.
Attualmente non sono stati segnalati casi documentati di silicosi direttamente attribuibili all'esposizione alla cenere vulcanica. Tuttavia, sono ancora necessari studi approfonditi a lungo termine per valutare approfonditamente tali potenziali impatti sulla salute.
Ingestione di cenere
Nei corpi idrici superficiali come laghi e bacini artificiali, il volume considerevole generalmente facilita la diluizione delle specie ioniche lisciviate dalla cenere vulcanica. I costituenti predominanti dei percolati di cenere, tra cui calcio (Ca), sodio (Na), magnesio (Mg), potassio (K), cloruro (Cl), fluoruro (F) e solfato (SO4), sono naturalmente presenti nella maggior parte delle acque superficiali in concentrazioni considerevoli. Di conseguenza, le ceneri vulcaniche hanno generalmente un impatto limitato su questi livelli e rappresentano una preoccupazione minima per la qualità dell’acqua potabile, con la notevole eccezione del fluoro. Al contrario, elementi come ferro, manganese e alluminio mostrano spesso concentrazioni elevate al di sopra dei livelli ambientali a seguito delle ceneri vulcaniche. Sebbene questi elementi possano conferire un sapore metallico all'acqua e causare scolorimento rosso, marrone o nero degli articoli bianchi, in genere non sono considerati pericolosi per la salute. Inoltre, le ceneri vulcaniche non sono state identificate come fonte di contaminazione significativa delle riserve idriche da parte di oligoelementi tossici come il mercurio (Hg) e il piombo (Pb), che si trovano a concentrazioni molto basse nel percolato di cenere.
L'ingestione di cenere può essere dannosa per il bestiame e provocare abrasioni dentali. In casi di elevato contenuto di fluoro, gli animali al pascolo sono suscettibili all'avvelenamento da fluoro, che diventa tossico a concentrazioni superiori a 100 μg/g. I resoconti storici dell'eruzione del Laki del 1783 in Islanda confermano che alti livelli di acido fluoridrico nella cenere e nel gas causarono avvelenamento da fluoro sia negli esseri umani che nel bestiame. Più recentemente, le eruzioni del Monte Ruapehu del 1995/96 in Nuova Zelanda hanno provocato la morte di duemila pecore e agnelli a causa della fluorosi dopo aver pascolato su un terreno coperto da soli 1-3 mm di cenere. I segni clinici di fluorosi nei bovini esposti alla cenere comprendono chiazze dei denti da marrone-giallo a verde-nero e maggiore sensibilità alla pressione nelle gambe e nella schiena. Inoltre, l’ingestione di cenere può indurre ostruzioni gastrointestinali. Ad esempio, le pecore che consumavano la cenere dell'eruzione vulcanica del Monte Hudson in Cile nel 1991 presentavano sintomi di diarrea e debolezza.
Ulteriori impatti sul bestiame
La cenere accumulata nella lana dorsale delle pecore può aumentarne significativamente il peso, causando affaticamento e rendendole potenzialmente incapaci di stare in piedi. Le piogge aggravano questo peso aggiungendo ulteriore peso alla cenere. Tale accumulo può portare alla perdita di lana e la lana rimanente può diventare priva di valore commerciale a causa della compromissione della qualità delle fibre derivante dalla scarsa nutrizione durante gli eventi vulcanici. Quando i pascoli e la vegetazione tipici sono coperti dalla cenere vulcanica, alcuni animali possono consumare piante alternative, potenzialmente tossiche. Rapporti provenienti da Cile e Argentina indicano anche casi di aborti spontanei in capre e pecore legati a eruzioni vulcaniche.
Impatti sull'infrastruttura
Impianti elettrici
La cenere vulcanica ha il potenziale di interrompere i sistemi di alimentazione elettrica in tutte le fasi operative, comprese la generazione, la trasformazione, la trasmissione e la distribuzione. La contaminazione da ceneri degli apparati di erogazione dell'energia porta principalmente a quattro distinti tipi di impatti:
- I depositi di cenere bagnata sugli isolanti ad alta tensione possono avviare una corrente di dispersione, definita come un flusso elettrico minore attraverso la superficie dell'isolante. Se questa corrente raggiunge un livello critico, può innescare un "flashover", ovvero una scarica elettrica involontaria che si verifica intorno o sopra la superficie del materiale isolante.
- Se la corrente di cortocircuito risultante fosse sufficiente ad attivare l'interruttore automatico, ne conseguirebbe inevitabilmente un'interruzione del servizio. Inoltre, le scariche indotte dalla cenere sull'isolamento del trasformatore, in particolare sulle boccole, possono causare danni irreparabili dovuti a bruciature, incisioni o crepe, portando così a interruzioni dell'alimentazione elettrica.
- La cenere vulcanica possiede proprietà abrasive che possono erodere, perforare e corrodere i componenti metallici, in particolare colpendo le parti mobili come le turbine idrauliche e eoliche, nonché le ventole di raffreddamento sui trasformatori o all'interno delle centrali termoelettriche.
- L'elevata densità apparente in alcuni depositi di cenere può indurre la rottura della linea e danni strutturali alle torri di acciaio e ai pali di legno a causa del carico di cenere accumulato. Questo rischio aumenta notevolmente quando la cenere, le linee o le strutture sono bagnate, ad esempio a causa della pioggia, in particolare dopo una caduta di cenere superiore a 10 mm. La cenere a grana fine, in particolare le particelle con un diametro inferiore a 0,5 mm, mostra la massima aderenza a linee e strutture. Inoltre, la cenere vulcanica può accumularsi sulla vegetazione sovrastante, facendola cadere potenzialmente sulle linee elettriche. Il simultaneo accumulo di neve e ghiaccio sulle linee e sulla vegetazione aggrava ulteriormente il rischio di rottura o collasso delle linee e dell'hardware associato.
- Le strategie di mitigazione includono l'implementazione di interruzioni controllate per punti di connessione vulnerabili, come sottostazioni o circuiti specifici, fino alla cessazione della caduta di cenere o per facilitare la pulizia delle apparecchiature senza tensione.
Forniture di acqua potabile
I sistemi alimentati dalle acque sotterranee generalmente dimostrano resilienza agli impatti delle cadute di cenere; tuttavia, le ceneri disperse nell'aria possono impedire la funzionalità delle pompe della testa pozzo. Inoltre, le interruzioni di elettricità causate dalle cadute di cenere possono interrompere le pompe alimentate elettricamente in assenza di una generazione di backup.
Gli effetti fisici delle ceneri possono compromettere in modo significativo l'efficienza operativa degli impianti di trattamento delle acque. La cenere è in grado di ostruire le strutture di aspirazione, infliggendo gravi danni abrasivi alle giranti delle pompe e sovraccaricando i motori delle pompe. Inoltre, la cenere può infiltrarsi nei sistemi di filtrazione, come i filtri a sabbia aperti, sia attraverso la deposizione diretta che attraverso l'acqua di aspirazione. Sebbene la gestione degli effetti delle cadute di cenere richieda in genere una maggiore manutenzione, nella maggior parte degli scenari generalmente non sono previste interruzioni del servizio.
La disinfezione costituisce la fase terminale del trattamento dell'acqua potabile, garantendo l'assenza di microrganismi infettivi nella fornitura potabile. Dato che le particelle sospese, o torbidità, possono fungere da substrato di crescita per i microrganismi e proteggerli dagli agenti disinfettanti, ottenere un livello elevato di rimozione delle particelle sospese durante il trattamento dell’acqua è di fondamentale importanza. Di conseguenza, i livelli di clorazione potrebbero richiedere un aumento per garantire una disinfezione efficace.
Numerose famiglie e alcune piccole comunità dipendono dall'acqua piovana per l'approvvigionamento di acqua potabile. I sistemi alimentati da tetti sono eccezionalmente suscettibili alla contaminazione da cenere a causa della loro notevole superficie di raccolta rispetto al volume del serbatoio di stoccaggio. In tali casi, la lisciviazione di contaminanti chimici dalle ceneri rappresenta un rischio significativo per la salute, rendendo l’acqua inadatta al consumo. Misure proattive, come lo scollegamento dei pluviali prima di una caduta di cenere, sono essenziali per proteggere l’acqua dei serbatoi immagazzinata. Un’ulteriore preoccupazione deriva dal rivestimento superficiale acido della cenere vulcanica fresca. A differenza della maggior parte delle acque superficiali, l’acqua piovana possiede tipicamente un’alcalinità molto bassa, o capacità di neutralizzare gli acidi, il che significa che la caduta di cenere può acidificare le acque dei serbatoi. Questa acidificazione può indurre plumbosolvency, dove l'acqua diventa più corrosiva per i materiali con cui entra in contatto. Questo problema è particolarmente pertinente quando sul tetto sono presenti chiodi con testa in piombo o scossaline di piombo, o con tubi di rame e altri raccordi idraulici metallici.
Gli eventi di caduta di cenere spesso generano notevoli richieste di risorse idriche per le operazioni di pulizia, portando potenzialmente a carenze. Tali carenze possono compromettere servizi critici come i vigili del fuoco e comportare una carenza di acqua per l’igiene, i servizi igienico-sanitari e l’uso potabile. Le autorità municipali devono monitorare e gestire diligentemente questa crescente domanda di acqua, consigliando potenzialmente al pubblico di impiegare metodi di pulizia mirati al risparmio dell'acqua, come l'uso di scope invece di tubi.
Trattamento delle acque reflue
Le reti delle acque reflue sono soggette a danni analoghi a quelli subiti dalle reti di approvvigionamento idrico. Prevenire l’ingresso di cenere nel sistema fognario presenta sfide significative. I sistemi che incorporano linee combinate di acqua piovana e fognarie sono esposti al rischio più elevato. La cenere in genere entra nelle linee fognarie attraverso l'afflusso di acqua piovana e l'infiltrazione tramite collegamenti illeciti, come pluviali del tetto, collegamenti trasversali, spazi attorno ai tombini o attraverso fori e fessure esistenti nei tubi fognari.
Le acque reflue cariche di ceneri che entrano in un impianto di trattamento è altamente probabile che provochino guasti alle apparecchiature meccaniche di prevagliatura, inclusi vagli a gradini o vagli rotanti. La cenere che avanza più in profondità nel sistema si depositerà, diminuendo così la capacità dei reattori biologici, aumentando contemporaneamente il volume dei fanghi e alterandone la composizione chimica.
Aereo
Gli aerei che incontrano nuvole di cenere vulcanica subiscono principalmente danni attraverso l'abrasione dei componenti rivolti in avanti, inclusi i parabrezza e i bordi d'attacco delle ali, nonché l'ingresso e l'accumulo di cenere all'interno delle aperture, in particolare i motori. Tale abrasione sul parabrezza e sulle luci di atterraggio compromette la visibilità, costringendo i piloti a dipendere esclusivamente dalla strumentazione. Tuttavia, alcuni strumenti potrebbero fornire dati errati a causa del blocco causato dalla cenere di sensori critici, come i tubi di Pitot. All'interno dei motori, l'ingestione di cenere porta a danni abrasivi sulle pale della ventola del compressore. Questa erosione degrada i profili affilati delle pale del compressore, diminuendo così l'efficienza del motore. Successivamente la cenere si scioglie all'interno della camera di combustione formando un vetro fuso. Questo materiale fuso poi si solidifica sulle pale della turbina, ostruendo il flusso d'aria e provocando lo stallo del motore.
La composizione tipica della cenere vulcanica presenta una temperatura di fusione compatibile con le temperature operative (superiori a 1000 °C) dei moderni motori a reazione di grandi dimensioni. La gravità di questi effetti dipende dalla concentrazione di cenere all'interno del pennacchio, dalla durata dell'esposizione dell'aereo e dalle azioni reattive dei piloti. Fondamentalmente, la fusione della cenere, in particolare del vetro vulcanico, può portare all’accumulo di materiale risolidificato sulle alette guida degli ugelli della turbina, che a sua volta provoca lo stallo del compressore e una perdita totale di spinta del motore. Un protocollo standard del sistema di controllo del motore, una volta rilevato un potenziale stallo, comporta un aumento della potenza, una risposta che peggiorerebbe in modo critico il problema legato alla cenere. Di conseguenza, si consiglia ai piloti di ridurre la potenza del motore e di uscire prontamente dalla nube di cenere eseguendo una virata discendente di 180 gradi. Inoltre, i gas vulcanici, inerenti alle nubi di cenere, sono in grado di danneggiare motori e parabrezza in acrilico e possono persistere nella stratosfera come aerosol quasi invisibile per periodi prolungati.
Incidenti
Numerosi incidenti documentano danni agli aerei a reazione in seguito all'incontro con la cenere vulcanica. Ad esempio, il 24 giugno 1982, il volo 9 della British Airways, un Boeing 747-236B, attraversò una nuvola di cenere proveniente dall'eruzione del Monte Galunggung in Indonesia, causando il guasto di tutti e quattro i motori. L'aereo successivamente è sceso di 24.000 piedi (7.300 m) in 16 minuti prima che il riavvio del motore consentisse un atterraggio di emergenza. Allo stesso modo, il 15 dicembre 1989, il volo KLM 867, un Boeing 747-400, subì una completa perdita di potenza in tutti e quattro i motori dopo essere entrato in una nuvola di cenere proveniente dal Monte Redoubt, in Alaska. Dopo una discesa di 4.500 m (14.700 piedi) in quattro minuti, i motori sono stati riavviati con successo solo 1-2 minuti prima del potenziale impatto. L'incidente ha causato danni stimati a 80 milioni di dollari e ha richiesto tre mesi di lavori di riparazione per l'aereo. Durante gli anni '90, l'eruzione del Monte Pinatubo nelle Filippine nel 1991 causò ulteriori danni per 100 milioni di dollari agli aerei commerciali, colpendo sia le flotte aeree che quelle terrestri.
Nell'aprile 2010, l'eruzione del vulcano islandese Eyjafjallajökull portò a un'interruzione senza precedenti dello spazio aereo europeo, con conseguenti numerose cancellazioni di voli a causa della cenere vulcanica nell'atmosfera superiore. Nello specifico, il 15 aprile 2010, l'aeronautica militare finlandese ha sospeso i voli di addestramento dopo aver scoperto danni al motore su uno dei suoi caccia Boeing F-18 Hornet attribuiti all'ingestione di polvere vulcanica. Successivamente, nel giugno 2011, l'eruzione del Puyehue-Cordón Caulle in Cile ha provocato chiusure analoghe dello spazio aereo in Cile, Argentina, Brasile, Australia e Nuova Zelanda.
Rilevamento
Il rilevamento delle nubi di cenere vulcanica dagli aerei rappresenta una sfida significativa, principalmente perché attualmente non esiste una strumentazione dedicata a bordo della cabina di pilotaggio per questo scopo. Tuttavia, un nuovo sistema, l'Airborne Volcanic Object Infrared Detector (AVOID), è stato recentemente sviluppato dal Dr. Fred Prata durante il suo mandato presso CSIRO Australia e presso il Norwegian Institute for Air Research. Questa innovazione mira a consentire ai piloti di identificare i pennacchi di cenere fino a 60 km (37 mi) in anticipo, facilitando l'elusione sicura. Il sistema AVOID incorpora due telecamere a infrarossi a campionamento rapido, montate strategicamente sulla superficie dell'aereo rivolta in avanti, specificamente calibrate per il rilevamento della cenere vulcanica. In grado di rilevare concentrazioni di ceneri che vanno da meno di 1 mg/m3 a oltre 50 mg/m3, il sistema fornisce ai piloti un avviso di circa 7-10 minuti. I test di questa tecnologia della fotocamera sono stati condotti da easyJet, AIRBUS e Nicarnica Aviation, una società co-fondata dal Dr. Fred Prata. I risultati dei test hanno indicato l'efficacia del sistema a distanze fino a circa 60 km e ad altitudini fino a 10.000 piedi; tuttavia, il funzionamento ad altitudini più elevate richiederebbe modifiche sostanziali.
Inoltre, le immagini terrestri e satellitari, insieme alle tecnologie radar e lidar, facilitano il rilevamento di nubi di cenere vulcanica. Questi dati critici vengono diffusi tra le agenzie meteorologiche, gli osservatori vulcanici e gli operatori aerei tramite i Centri di consulenza sulle ceneri vulcaniche (VAAC). Ognuna delle nove regioni designate del mondo è servita da un VAAC dedicato, responsabile dell'emissione di avvisi che descrivono in dettaglio la dispersione attuale e prevista delle nubi di cenere.
Sistemi aeroportuali
La cenere vulcanica comporta rischi non solo per le operazioni aeree ma anche per le funzionalità aeroportuali a terra. Anche piccoli accumuli di cenere possono compromettere la visibilità, creare condizioni pericolose su piste e vie di rullaggio, penetrare nelle infrastrutture di comunicazione ed elettriche, interrompere i servizi di terra e infliggere danni a edifici e aerei fermi. Gli accumuli superiori a pochi millimetri necessitano di essere rimossi prima che gli aeroporti possano ripristinare completamente le operazioni. A differenza delle nevicate, la cenere è persistente e richiede uno smaltimento adeguato per impedirne la rimobilizzazione a causa del vento o dell'attività degli aerei.
Trasporto terrestre
La cenere vulcanica può interrompere estese reti di trasporto, tra cui strade, veicoli, ferrovie, porti e spedizioni marittime, per durate che vanno da ore a giorni. La caduta della cenere riduce significativamente la visibilità, rendendo la guida impegnativa e pericolosa. Inoltre, i veicoli ad alta velocità possono rimobilitare la cenere, creando nuvole fluttuanti che esacerbano i rischi per la visibilità. Gli accumuli di cenere riducono la trazione sulla superficie, soprattutto in condizioni di bagnato, e oscurano la segnaletica stradale. La cenere a grana fine è in grado di infiltrarsi nelle aperture del veicolo e di abradere varie superfici, in particolare i componenti in movimento. I filtri dell'aria e dell'olio tendono a bloccarsi e richiedono una sostituzione frequente. Il trasporto ferroviario presenta una vulnerabilità comparativamente inferiore, con interruzioni attribuibili principalmente alla ridotta visibilità.
Anche il trasporto marittimo è suscettibile agli effetti della cenere vulcanica. Se ingerite, le ceneri possono ostruire i filtri dell'aria e dell'olio e causare abrasioni ai componenti mobili del motore. Le capacità di navigazione sono compromesse dalla ridotta visibilità durante gli eventi di caduta di cenere. Inoltre, le ceneri vescicolate, come la pomice e la scoria, possono formare "zattere di pomice" galleggianti sulla superficie dell'acqua, che possono ostruire rapidamente le prese d'acqua e provocare il surriscaldamento dei macchinari.
Comunicazioni
La cenere vulcanica può avere un impatto sulle reti di telecomunicazione e di trasmissione attraverso diversi meccanismi: attenuazione e riduzione del segnale, danni alle apparecchiature e sovraccarico della rete a causa dell'aumento della domanda degli utenti. Sebbene l'attenuazione del segnale specificamente attribuita alla cenere vulcanica non sia ampiamente documentata, sono stati segnalati casi di interruzioni della comunicazione dopo l'eruzione del Surtsey del 1969 e l'eruzione del Monte Pinatubo del 1991. Una ricerca teorica condotta dall’Auckland Engineering Lifelines Group con sede in Nuova Zelanda ha suggerito che gli effetti della cenere sui segnali di telecomunicazione sarebbero principalmente limitati ai servizi a bassa frequenza, come la comunicazione satellitare. Inoltre, l'interferenza del segnale può derivare dai fulmini, che spesso vengono generati all'interno dei pennacchi delle eruzioni vulcaniche.
Le apparecchiature di telecomunicazione sono vulnerabili ai danni causati dalle ceneri dirette. Una parte significativa delle apparecchiature moderne si basa sul raffreddamento continuo fornito dalle unità di condizionamento dell'aria, che sono suscettibili al blocco della cenere, diminuendo così la loro efficacia di raffreddamento. Accumuli consistenti di cenere possono portare al collasso di linee di telecomunicazione, tralicci, cavi, antenne, parabole e tralicci a causa del carico imposto. Inoltre, la cenere umida può accelerare la corrosione dei componenti metallici.
Le osservazioni delle recenti eruzioni vulcaniche indicano che l'interruzione più significativa delle reti di comunicazione spesso deriva dal sovraccarico causato dall'elevata domanda degli utenti, un fenomeno spesso associato a vari disastri naturali.
Computer
La cenere vulcanica può influenzare i sistemi informatici, portando a una riduzione della funzionalità e dell'usabilità durante gli eventi di caduta di cenere, sebbene il fallimento completo sia improbabile. Gli elementi più sensibili sono i componenti meccanici, tra cui ventole di raffreddamento, unità CD, tastiere, mouse e touchpad. Queste parti possono essere ostruite da cenere a grana fine, causando l'interruzione del funzionamento; tuttavia, la maggior parte può essere riattivata mediante pulizia con aria compressa. Sebbene la cenere umida possa provocare cortocircuiti elettrici nei computer desktop, i computer portatili generalmente non sono interessati da questo particolare problema.
Edifici e strutture
Le ceneri vulcaniche possono infliggere una vasta gamma di danni a edifici e infrastrutture, che vanno da lievi danni superficiali ai componenti esterni e interni, fino a gravi cedimenti strutturali come il crollo parziale o completo del tetto. L’entità di questi impatti dipende da diversi fattori, tra cui lo spessore della cenere, il suo contenuto di umidità, la progettazione architettonica del tetto e dell’edificio e il volume di cenere che penetra nella struttura. Il peso specifico della cenere vulcanica mostra una notevole variabilità, con le precipitazioni che ne aumentano potenzialmente il peso dal 50% al 100%. Sebbene il carico di cenere presenti sfide analoghe a quelle poste dalla neve, i suoi effetti sono tipicamente più gravi perché: 1) il carico imposto è sostanzialmente maggiore; 2) la cenere non subisce fusione; e 3) la cenere può ostruire e danneggiare i sistemi di drenaggio, in particolare in seguito a precipitazioni. La vulnerabilità al carico di cenere è ulteriormente influenzata dalla progettazione specifica dell'edificio e dai parametri di costruzione, come l'inclinazione del tetto, la composizione del materiale, la campata e i sistemi di supporto, nonché l'età dell'edificio e lo stato di manutenzione. I tetti piani generalmente mostrano una maggiore suscettibilità ai danni e al collasso rispetto ai tetti molto inclinati. Inoltre, i tetti costruiti con materiali lisci, come lamiera o vetro, tendono a rilasciare la cenere in modo più efficace rispetto a quelli composti da sostanze più ruvide come paglia, asfalto o scandole di legno. Eventi catastrofici di crollo del tetto possono provocare numerose vittime, morti e una significativa distruzione di proprietà. Ad esempio, i crolli del tetto causati dalla caduta di cenere durante l'eruzione del Monte Pinatubo del 15 giugno 1991 furono responsabili di circa 300 vittime.
Impatti ambientali e agricoli
La caduta delle ceneri vulcaniche comporta effetti dannosi significativi sull'ambiente, la cui precisa natura può essere difficile da prevedere data la vasta gamma di condizioni ecologiche prevalenti nelle zone di deposizione delle ceneri. I sistemi acquatici naturali sono suscettibili a impatti analoghi a quelli osservati nelle infrastrutture di approvvigionamento idrico urbano. La deposizione di cenere aumenta la torbidità dell'acqua, diminuendo così la penetrazione della luce negli strati più profondi. Questa riduzione della luce può impedire la crescita della vegetazione acquatica sommersa e successivamente colpire le specie dipendenti, tra cui vari pesci e molluschi. Livelli elevati di torbidità possono anche compromettere l’efficienza respiratoria dei pesci compromettendo la funzione delle branchie nell’assorbire l’ossigeno disciolto. Inoltre, può verificarsi un'acidificazione, che porta ad una riduzione del pH dell'acqua e influisce negativamente sulla fauna e sulla flora acquatiche. La presenza di elevate concentrazioni di fluoro all'interno delle ceneri può anche provocare la contaminazione da fluoro dei corpi idrici.
L'accumulo di ceneri ha un impatto anche sui pascoli, sulle piante coltivate e sugli alberi utilizzati nei settori orticolo e agricolo. Leggere cadute di cenere, in genere inferiori a 20 mm di spessore, possono dissuadere il bestiame dal pascolo, inibire la traspirazione e la fotosintesi delle piante e modificare i modelli di crescita. Al contrario, alcuni casi hanno mostrato un aumento della produttività del pascolo attribuito a un effetto di pacciamatura e a una minore fertilizzazione, come osservato dopo le eruzioni del Monte St. Helens del 1980 e del Monte Ruapehu del 1995/96. Al contrario, consistenti depositi di cenere possono inondare completamente i pascoli e il suolo, provocando la mortalità dei pascoli e la sterilizzazione del suolo a causa della privazione di ossigeno. La sopravvivenza della vegetazione dipende da diversi fattori, tra cui lo spessore della cenere, la sua composizione chimica, il grado di compattazione della cenere, il volume delle precipitazioni, la durata del seppellimento e l'altezza degli steli delle piante al momento della caduta delle ceneri.
I boschi giovani, in particolare gli alberi di meno di due anni, mostrano la più alta vulnerabilità alle cadute di cenere, con depositi superiori a 100 mm che potrebbero portarne alla distruzione. Sebbene la caduta di cenere generalmente non sia letale per gli alberi maturi, un carico significativo di cenere, in particolare in caso di cadute pesanti superiori a 500 mm, può causare la rottura di rami di grandi dimensioni. Inoltre, può verificarsi la defogliazione degli alberi, soprattutto quando la caduta di cenere contiene una componente sostanziale di particolato grossolano.
Le strategie di ripristino del territorio post-caduta sono fattibili, la cui applicabilità è in gran parte determinata dallo spessore del deposito di cenere. I potenziali interventi di ripristino comprendono la semina diretta sul deposito, l'incorporazione dello strato di cenere con il terreno sottostante, la rimozione fisica del deposito di cenere dalla superficie del terreno o l'applicazione di terriccio fresco sullo strato di cenere.
Interdipendenze delle infrastrutture critiche
Le infrastrutture critiche e i servizi associati sono indispensabili per l'integrità operativa della società contemporanea, poiché sostengono disposizioni essenziali quali l'assistenza sanitaria, l'applicazione della legge, la risposta alle emergenze e linee di vita fondamentali, tra cui acqua, acque reflue, energia elettrica e reti di trasporto. Spesso, queste stesse strutture critiche fanno affidamento sulle suddette linee di vita per la loro funzionalità, rendendole suscettibili sia alle conseguenze dirette di un evento pericoloso sia agli impatti indiretti derivanti da interruzioni delle linee di vita.
Gli impatti sostenuti da queste linee di vita possono anche mostrare interdipendenze significative. La vulnerabilità specifica di ciascuna linea di vita è influenzata da una moltitudine di fattori, tra cui la natura del pericolo, la distribuzione spaziale delle sue interconnessioni critiche, la sua dipendenza da altri collegamenti critici, la sua intrinseca suscettibilità ai danni, la rapidità di ripristino del servizio, il suo attuale stato di manutenzione o età e le sue caratteristiche istituzionali o struttura proprietaria.
L'eruzione dell'Eyjafjallajökull del 2010 in Islanda ha sottolineato il profondo impatto sociale delle ceneri vulcaniche e la fondamentale dipendenza dai servizi infrastrutturali funzionali. Durante questo evento, il settore aereo ha subito perdite per interruzione dell’attività stimate tra 1,5 e 2,5 miliardi di euro a causa della chiusura dello spazio aereo europeo per sei giorni nell’aprile 2010, con ulteriori interruzioni che si sono estese fino a maggio. La caduta di cenere di questa eruzione ha portato anche a perdite localizzate di raccolti agricoli, cali significativi nel settore del turismo, danni alle strade e ai ponti islandesi (esacerbati dall'acqua di disgelo glaciale) e spese ingenti per la risposta alle emergenze e le operazioni di pulizia. Inoltre, le conseguenze più ampie a livello europeo includevano diffuse interruzioni dei viaggi, tensioni finanziarie sul settore assicurativo, interruzioni dei servizi postali e ostacoli alle attività di import/export sia intraeuropee che globali. Collettivamente, questi risultati illustrano le ampie interdipendenze e la vasta gamma di impatti che possono derivare da un singolo evento vulcanico.
Preparazione, mitigazione e gestione
Una preparazione efficace alle cadute di cenere richiede la sigillatura degli edifici, la salvaguardia delle infrastrutture critiche e delle proprietà residenziali e l'accumulo di adeguate scorte di cibo e acqua per sostenere gli occupanti fino alla cessazione della caduta di cenere e all'inizio delle operazioni di pulizia. Indossare maschere antipolvere può ridurre significativamente l’inalazione di ceneri e mitigare i potenziali impatti sulla salute respiratoria. Si consigliano occhiali protettivi per prevenire irritazioni oculari.
All'interno di un contesto domestico, mantenere la consapevolezza dell'attività vulcanica e stabilire piani di emergenza per luoghi di rifugio alternativi rappresentano elementi cruciali per un'efficace preparazione alle cadute di cenere. Tali misure possono evitare determinati impatti legati alle cadute di cenere, ridurne la gravità e migliorare la resilienza umana nella gestione di questi eventi. Gli articoli essenziali durante gli eventi di caduta di cenere includono torce elettriche, teli di plastica per proteggere le apparecchiature elettroniche dall'ingresso di cenere e radio a batteria.
I piani di comunicazione preventiva sono essenziali per diffondere informazioni sulle azioni di mitigazione in corso. Il preposizionamento dei pezzi di ricambio e la creazione di sistemi di backup sono fondamentali prima degli eventi di caduta di cenere per ridurre al minimo le interruzioni del servizio e accelerare il ripristino della funzionalità. Una preparazione completa comprende anche l'identificazione preventiva di siti designati per lo smaltimento delle ceneri, che impedisce la mobilitazione secondaria delle ceneri e facilita una pulizia efficiente.
Sono state sviluppate diverse tecniche efficaci per la gestione delle ceneri, che comprendono vari metodi e apparecchi di pulizia, insieme ad azioni progettate per mitigare o limitare i danni. Queste azioni di mitigazione includono la copertura di aperture vulnerabili, come prese d’aria e acqua, motori di aerei e finestre, durante gli eventi di caduta di cenere. Possono essere implementate chiusure stradali per facilitare la pulizia in caso di caduta di cenere, oppure possono essere applicate limitazioni di velocità per prevenire malfunzionamenti dei veicoli e il successivo incaglio degli automobilisti dopo una caduta di cenere. Per evitare ulteriori impatti sui sistemi idrici sotterranei o sulle reti delle acque reflue, è necessario pulire gli scarichi e i canali sotterranei e impedire l’ingresso di cenere in questi sistemi. La cenere può essere leggermente inumidita (non saturata) spruzzandola con acqua per inibirne la rimobilizzazione e favorire gli sforzi di pulizia. Anche dare priorità alle operazioni di pulizia delle strutture critiche e coordinare questi sforzi sono considerate buone pratiche di gestione.
L'evacuazione del bestiame è consigliata nelle regioni in cui si prevede che l'accumulo di cenere raggiunga i 5 cm o più.
Suoli di cenere vulcanica
L'applicazione principale della cenere vulcanica è la sua utilità come arricchente del suolo. Dopo la deposizione delle ceneri, i suoi componenti minerali vengono lisciviati nel terreno mediante precipitazioni o altri processi naturali, integrandosi successivamente per formare uno strato di andisolo. Questo strato risultante è eccezionalmente ricco di sostanze nutritive, rendendolo estremamente utile per scopi agricoli; la prevalenza di foreste verdeggianti sulle isole vulcaniche spesso deriva da alberi che prosperano in tali andisolo ricchi di fosforo e azoto. Inoltre, la cenere vulcanica può fungere da sostituto della sabbia.
- Bentonite - Argilla rigonfiabile di tipo roccioso o assorbente
- Cemento energicamente modificato - Classe di cementi, lavorati meccanicamente per trasformare la reattività
- NOTAM - Avviso aereo relativo a potenziali pericoli di volo
- Tefrocronologia - Tecnica geocronologica
- Riferimenti
Riferimenti
"Gli scienziati filippini convertono la cenere vulcanica in materiale da costruzione resistente alle radiazioni", Benar News (25 febbraio 2025).
- "Gli scienziati filippini trasformano la cenere vulcanica in materiale da costruzione resistente alle radiazioni", Benar News (25 febbraio 2025)