A comprehensive, multi-model exploration of flow scenarios for supporting probabilistic hazard assessment of pyroclastic density currents: application at Fuego volcano (Guatemala)
Questo studio presenta un quadro multi-modello completo che utilizza TITAN2D e Volcflow per valutare i pericoli da correnti di densità piroclastica presso il vulcano Fuego, rivelando che mentre la topografia controlla principalmente i percorsi di flusso, le assunzioni reologiche specifiche del modello influenzano significativamente le impronte di inondazione e la mobilità, stabilendo così un approccio trasferibile per la propagazione delle incertezze di sorgente e strutturali nelle valutazioni probabilistiche dei pericoli.
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I vulcani che non dormono mai pongono una sfida unica alle persone che vivono nella loro ombra. A differenza di un vulcano che erutta una volta e poi dorme per secoli, questi giganti persistenti producono esplosioni frequenti e più piccole che possono trasformarsi improvvisamente in fiumi veloci di gas caldi, cenere e rocce. Gli scienziati chiamano questi fiumi correnti di densità piroclastica. Sono terribilmente efficienti nel distruggere tutto ciò che incontrano sul loro cammino, viaggiando spesso per decine di chilometri dalla cima. Per le comunità che vivono sui pendii di tali vulcani, sapere dove potrebbero andare questi flussi è una questione di vita o di morte. Tuttavia, prevedere il loro percorso è incredibilmente difficile perché il terreno è irregolare, i flussi si comportano in modi complessi e le condizioni che li innescano possono variare enormemente. Per prendere decisioni sicure riguardo alle evacuazioni o agli insediamenti a lungo termine, gli scienziati hanno bisogno di più di un semplice tentativo; hanno bisogno di un quadro chiaro di tutti i possibili modi in cui un flusso potrebbe comportarsi, inclusi quanto lontano potrebbe viaggiare e dove potrebbe fuoriuscire dai suoi canali naturali.
Un team di ricercatori ha affrontato recentemente questo problema al vulcano Fuego in Guatemala, un monte ripido e attivo che ha prodotto flussi devastanti in passato, incluso un evento catastrofico nel 2018 che ha causato centinaia di vittime. Il team non si è affidato a un solo programma informatico per prevedere il futuro. Invece, ha eseguito migliaia di simulazioni utilizzando due diversi modelli informatici, entrambi ampiamente affidabili, che calcolano come questi flussi caldi e pesanti si muovono su un terreno reale. Volevano vedere se i modelli concordavano sulla visione d'insieme, anche se discordavano sui dettagli. Per farlo, hanno creato una vasta libreria di scenari. Hanno simulato flussi che andavano da molto piccoli a enormi, con durate che spaziavano da pochi secondi a molti minuti, e hanno variato l'"attrito" interno dei flussi per vedere come questo ne cambiasse il movimento. Hanno eseguito queste simulazioni lungo sei grandi avvallamenti che tagliano i pendii del vulcano, generando un totale di 3.600 diversi scenari di flusso.
I risultati hanno rivelato una rassicurante coerenza nelle linee generali. Entrambi i modelli informatici concordavano sui limiti esterni di dove i flussi potessero potenzialmente raggiungere. Ancora più importante, entrambi hanno identificato esattamente gli stessi punti lungo gli avvallamenti in cui il terreno cambia forma in modo tale da costringere il flusso a fuoriuscire dal proprio canale e a diffondersi nel territorio circostante. Ciò suggerisce che la forma del paesaggio stesso è il fattore più potente nel controllare la direzione di queste correnti pericolose. Se il terreno presenta una curva brusca o un improvviso appiattimento, il flusso probabilmente tracollerà, indipendentemente da quale modello informatico venga utilizzato. Questo dà fiducia ai pianificatori di emergenza, che possono identificare le aree più vulnerabili basandosi solo sulla topografia.
Tuttavia, i due modelli raccontano storie molto diverse su ciò che accade una volta che il flusso esce dal canale. Un modello ha prodotto flussi lunghi e stretti, che rimangono compatti all'interno delle valli fluviali per gran parte del loro percorso. L'altro modello ha prodotto flussi più corti ma molto più larghi, che si sono diffusi come un sottile strato di tessuto sul terreno non appena hanno lasciato il canale principale. La differenza risiede nel modo in cui ciascun modello gestisce la resistenza che il terreno esercita sul materiale in movimento. Un modello assume che, man mano che il flusso si assottiglia, rallenti molto più velocemente, mantenendolo confinato. L'altro assume che il flusso continui a muoversi finché il terreno è abbastanza ripido, anche se lo strato di roccia è molto sottile. Ciò significa che, sebbene entrambi i modelli concordino su dove un flusso possa fuoriuscire, essi discordano su quanta terra coprirà una volta fatto.
I ricercatori hanno anche scoperto che la dimensione del flusso conta in un modo specifico. Hanno individuato un punto di transizione intorno a un volume di 10 milioni di metri cubi. Al di sotto di questa dimensione, i flussi tendevano a rimanere nei canali. Al di sopra di questa dimensione, i flussi in uno dei modelli hanno iniziato a diffondersi rapidamente, trasformandosi in sottili fogli che potevano coprire vaste aree di terra lontane dal ruscello principale. Questa scoperta aiuta a spiegare perché alcune eruzioni causino danni localizzati mentre altre ricoprano intere regioni. Inoltre, il team ha utilizzato strumenti statistici avanzati per mappare esattamente quale combinazione di dimensione del flusso, velocità e durata sarebbe stata necessaria per raggiungere specifici villaggi situati vicino alle rive dei fiumi. Hanno scoperto che il tempo necessario affinché il flusso inizi a muoversi può cambiare il risultato, anche per località distanti dieci chilometri dalla cima.
In definitiva, questo lavoro non fornisce una singola, perfetta previsione della prossima catastrofe. Invece, fornisce un quadro robusto per comprendere l'intervallo delle possibilità. Eseguendo migliaia di scenari e confrontando due diversi modi di intendere la fisica, i ricercatori hanno dimostrato che, sebbene i dettagli del comportamento di un flusso dipendano dagli strumenti utilizzati per misurarlo, i rischi fondamentali sono dettati dalla forma del terreno. Questo approccio permette agli scienziati di andare oltre le semplici ipotesi e di muoversi verso una comprensione probabilistica più completa dei pericoli vulcanici. Per le comunità che vivono sui pendii del Fuego, ciò significa che le future mappe di sicurezza possono essere costruite su una base che riconosce l'incertezza invece di ignorarla, garantendo che le decisioni su dove vivere e come evacuare siano basate sull'intero spettro di ciò che la montagna potrebbe fare.
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