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Tsunami vulcanici
Le cause che possono innescare uno tsunami vanno ricercate in quei fenomeni in grado di imprimere ad una grande massa d'acqua un movimento verticale sufficientemente esteso da generare l'onda oceanica. Al primo posto tra le cause generatrici di tsunami siano certamente da collocare i fenomeni sismici sottomarini (o comunque con epicentro prossimo alla costa), ma si è anche sottolineato che l'origine sismica non è la sola a dover essere considerata: in queste pagine intendo occuparmi degli tsunami innescati da una particolare tipologia di eruzioni vulcaniche.
E' noto che, generalmente, un'eruzione vulcanica è preceduta e accompagnata da manifestazioni sismiche anche di notevoli intensità e questa semplice considerazione ci porta senza ombra di dubbio a dover catalogare anche i fenomeni vulcanici quali possibili cause del verificarsi di tsunami, possibilità che diventa certezza nel caso in cui la struttura vulcanica sia localizzata su piccole isole o in prossimità della costa.
In modo molto schematico possiamo distinguere due differenti comportamenti di un vulcano in eruzione: possiamo assistere ad un tranquilla situazione di tipo effusivo o ad una più spettacolare e violenta classificabile come esplosiva.
Nel primo caso l'espulsione di magma dal cono vulcanico (colata lavica) si presenta come un processo tutto sommato tranquillo, che porta ad un accumulo di materiali intorno alla bocca vulcanica ed al conseguente innalzamento della struttura vulcanica stessa. Nel caso, invece, di eruzioni esplosive assistiamo al lancio di frammenti di magma solidificato a grandi altezze (frammenti piroclastici) ed al loro successivo depositarsi su una superficie più o meno vasta intorno alla bocca vulcanica dopo aver percorso traiettorie balistiche sotto l'azione della forza di gravità.
Quando si verificano eruzioni altamente esplosive accompagnate da una massiccia espulsione di materiali può accadere che si giunga allo svuotamento della camera magmatica (il serbatoio cui attinge il vulcano) ed al conseguente collasso delle pareti del cono vulcanico: si forma in tal modo una struttura denominata caldera, una grande voragine (anche centinaia di Km quadrati) di forma solitamente circolare o ellittica caratterizzata da pareti quasi verticali ed al cui interno non è raro si possa formare un lago.
Se un'eruzione esplosiva ed il susseguente collasso coinvolge strutture vulcaniche sulla terraferma le conseguenze sono soprattutto di natura sismica, ma allorché il fenomeno si verifica in presenza di acqua le cose cambiano.Quando l'acqua si infiltra all'interno di fratture nel sottosuolo dovute ad attività sismiche, raggiungendo il magma, essa tenderà ad andare in ebollizione. Se le rocce del tetto sono impermeabili, lo sfogo dei gas e dei vapori è impedito fino a che, per il progressivo aumento della pressione non si verifica l'apertura di uno o più passaggi che ne consentono la liberazione violenta; la conseguente diminuzione della pressione provoca la vaporizzazione immediata dell'acqua surriscaldata con emissione esplosiva di vapori misti a materiale roccioso più o meno polverizzato (Eruzione freatica). Nelle eruzioni sottomarine, la pressione idrostatica superiore a quella critica dell'acqua rende impossibile la liberazione di vapore acqueo, mentre i gas sfuggiti si disciolgono in acqua durante la risalita. Dal punto di vista fisico si tratta di una trasformazione dell'energia: si passa dall'energia termica posseduta dal magma incandescente a quella meccanica insita nell'esplosione. Tale trasformazione sarà caratterizzata da una maggiore o minore efficienza a seconda del rapporto tra le quantità di magma ed acqua che vengono a contatto. Per avere un'idea più precisa di ciò che può comportare il verificarsi di tali eventi esplosivi esaminiamo dunque quanto è accaduto al vulcano Krakatau.

Krakatau 1883
Prima della sua completa distruzione avvenuta nel 1883, l'isola Krakatau - dizione considerata più corretta di Krakatoa, usata fino a qualche tempo fa - si ergeva sul mare dello stretto della Sonda tra le isole di Giava e Sumatra.
La zona appartiene alla cintura vulcanica della Sonda, che deve la sua origine alla subduzione tra due placche tettoniche, in altre parole allo scivolamento della placca tettonica Indiano-Australiana al di sotto di quella Eurasiana.
Verso il 416 d. C. una violentissima esplosione (la prima di cui si abbia un ricordo storico) distrusse il vulcano formando una caldera di 7 chilometri di diametro e lasciando, quali testimoni di questo cataclisma, le isole di Verlaten, Lang e Krakatoa. Quest'ultima, le cui dimensioni erano di 5 chilometri per 9, ospitava tre cime vulcaniche allineate in direzione nord-sud: il Perbuwatan (circa 90 metri), il Danan (400 m) ed il Rakata (800 m). Nei primi mesi del 1883, dopo circa 200 anni di inattività, il vulcano Perbuwatan si destò: una forte scossa di terremoto segnalò che qualcosa stava per succedere...L'attività sismica divenne più intensa a partire dal 20 maggio, quando il vulcano riprese in pieno la sua attività eruttiva e sulla sua cima troneggiava una colonna di polveri alta 11 chilometri; circa 30 giorni più tardi la stessa cima del Perbuwatan venne distrutta da una forte esplosione e la colonna eruttiva venne stimata in circa 20 chilometri (e forse più). Nei primi giorni di agosto entrò in attività anche il Danan: era il chiaro segnale che la tranquillità dell'intero complesso vulcanico dell'isola Krakatau era definitivamente terminata. L'azione del sistema vulcanico raggiunse il culmine il 26 agosto 1883 quando, a causa dell'ostruzione della bocca principale, si verificò la prima di una serie di altre terribili esplosioni. La nube di cenere si levò 27 chilometri al di sopra dell'isola Krakatau: uno spettacolo imponente, ma si trattava solamente delle prove generali per ciò che sarebbe accaduto il giorno seguente.
Il 27 agosto 1883, infatti, l'attività parossistica raggiunse il culmine e si verificarono quattro violente esplosioni (rispettivamente alle 5:30,6:44,10:02 e 10:52 ora locale). L'episodio delle 10:02 fu il più violento di tutti, tanto che ben due terzi dell'isola furono spazzati via dall'esplosione e la variazione di pressione indotta venne registrata alle 10:15 dagli strumenti dell'impianto di produzione del gas di Batavia: è stato valutato che il volume dei materiali eiettati dall'eruzione sia stato di circa 21 km3 e si ritiene che almeno 1.5 km3 di polveri siano stati sospinti fino a 27 chilometri di altezza.
Più dei dati, può raccontarci in modo estremamente eloquente l'immane cataclisma che ha sconvolto l'isola un confronto tra due semplici disegni che la raffigurano prima e dopo il 27 agosto 1883. Dell'isola tropicale originaria, dunque, rimase solamente qualche brandello ed un enorme buco di una decina di km profondo 300 metri, immediatamente La causa di tutto ciò può essere ricercata nel collasso della camera vulcanica del sistema Krakatau e nella conseguente formazione di una immensa caldera sottomarina: il contatto tra l'acqua dell'oceano ed il magma ha innescato quei fenomeni idrovulcanici descritti poc'anzi, sfociati nella violentissima e distruttiva esplosione dell'intera isola, un evento la cui energia è stata stimata equivalente a 150 Mton. L'intensità distruttiva di una eruzione viene espressa numericamente dall'indice diesplosività (Volcanic Explosivity Index o VEI) attribuito all'evento, indice che per l'eruzione del Krakatau viene solitamente fissato in 6, collocando in tal modo l'episodio tra quelli più violenti verifìcatisi sul nostro pianeta in tempi moderni.

Gli effetti dell'esplosione del Krakatau si ripercossero su scala mondiale: il rombo dell'esplosione fu udito fino all'Isola Rodriguez nell'Oceano Indiano (ad una distanza di 4650 chilometri), la cenere cadde su Singapore (840 chilometri a nord), sulle Isole Cocos (nell'Oceano Pacifico a 1150 lem di distanza) e, trasportata in alta quota, raggiunse persino la città di New York.
L'onda di pressione originata dallo scoppio venne registrata dai barografi di tutto il mondo, che segnalarono almeno 7 suoi passaggi nei 5 giorni seguenti all'esplosione. Lo stretto della Sonda fu immerso nell'oscurità fino al giorno seguente. Il velo di polvere e cenere trasportate dalle correnti nell'alta atmosfera fino ad una quota di 80 chilometri originò spettacolari effetti cromatici all'alba e al tramonto, comportandosi come un vero e proprio filtro per la radiazione solare; questione ancora dibattuta è se tale filtro possa aver determinato o meno un abbassamento globale della temperatura sull'intero pianeta.
Lo scenario apocalittico, succintamente tratteggiato, è reso ancor più drammatico
allorché si considera il tragico bilancio di peredite umane, in seguito allo tsunami innescato dall'esplosione.
L'enorme voragine apertasi nel Mare della Sonda venne infatti immediatamente riempita dalle acque ed il loro rimbalzo elastico originò una terribile onda oceanica. In pochi minuti essa raggiunse le coste di Giava, Sumatra e delle isole che si affacciavano sullo stretto della Sonda riversandosi sulle popolazioni dei villaggi costieri con muri d'acqua alti quasi 40 metri: si stima che più di 300 fra città e villaggi furono sommersi e ben 36.000 persone trovarono la morte in quell'evento.
L'isola di Calymer, immediatamente a ovest di Krakatau, venne completamente sommersa dalle acque; stessa sorte capitò alla cittadina di Teluk Batung nell'Isola di Sumatra (baia di Lampung) completamente ricoperta dalle acque con i suoi 5000 abitanti e addirittura scavalcata da una nave da guerra olandese, la Berouw, depositata dalle onde oltre un km e mezzo oltre il villaggio verso l'interno dell'isola. Due ore dopo l'esplosione le onde irruppero nel porto di Giakarta (allora si chiamava Batavia) distruggendo 6000 navi qui ormeggiate, da piccoli battelli fino a vapori di maggiori dimensioni; sette ore più tardi anche il porto di Calcutta (India) fu interessato dallo tsunami, che travolse e affondò 3000 battelli fluviali. Onde anomale di minore intensità furono registrate negli oceani di tutto il globo: raggiunsero Aden in 12 ore (la distanza è di oltre 7.000 km) e provocarono qualche danno persino a Port Elizabeth (Sud Africa), a 8000 km di distanza dal Krakatau, dove molte navi ruppero gli ormeggi.
Nell'immagine è mostrata la situazione topografica della zona ai nostri giorni: in essa è stato tratteggiato il profilo dell'isola prima di quel tragico 26 agosto 1883. Le isole di Verlaten e Lang sono i resti dell'esplosione del vulcano avvenuta nel 416 a.C. e segnano il contorno della caldera originatasi in quella circostanza. Alcune parole vanno spese a proposito dell'isoletta Anak Krakatau: la traduzione letterale del toponimo è "Figlio di Krakatau" e si tratta di una piccola isola vulcanica emersa dal mare a seguito di frequenti eruzioni di modesta entità verificatesi a partire dal 1927. Le misurazioni dell'isola effettuate da una spedizione scientifica del 1960 ci dicono che il diametro di Anak Krakatau è di circa 1,5 km, la sua altezza sul livello del mare è 166 metri e la parte sud è completamente occupata da un cratere vulcanico di 600 metri di diametro, tuttora sede di fenomeni eruttivi. E non nego che l'idea che subito mi è balzata in mente (forse banale, ma forse non del tutto... ) è che il Krakatau sia di nuovo indaffarato a prepararsi il terreno per un nuovo gigantesco spettacolo pirotecnico, sperando, però, che questa volta si riesca a limitarne drasticamente l'effetto, almeno per quanto riguarda il tragico bilancio in vite umane...

Tsunami da impatto
Uno studio recente e accurato dello tsunami generato dalla caduta nell'Oceano Atlantico di un piccolo asteroide (diametro inferiore al chilometro) è stato compiuto da Jack Hills e Charles Mader del Los Alamos National Laboratory e presentato nella Conferenza Internazionale sulla Difesa del Pianeta svoltasi a Livermore (California - USA) dal 22 al 26 maggio 1995. Per chi volesse saperne di più, oltre che consigliare - come è doveroso - la lettura della relazione dei due studiosi, in calce a questa mia chiacchierata riporto una breve nota matematica con il riassunto delle formule proposte nello studio citato. Nel loro lavoro Hills e Mader ipotizzano la caduta di un asteroide in un punto qualunque dell'Oceano Atlantico analizzando le dimensioni dello tsunami prodotto da tale evento ed i risultati che emergono sono davvero impressionanti. Nel caso di un impatto con un asteroide del diametro di 400 metri, si produrrebbero onde oceaniche di 4 metri che, una volta giunte in prossimità delle coste, si trasformerebbero in onde di tsunami di 40 metri destinate a penetrare per molti km all'interno della terraferma.
Se poi, aggiungono i ricercatori, si dovesse ipotizzare la caduta di un asteroide del diametro di 5 km (un oggetto decisamente grande, in grado di formare una cavità transiente larga 150 km e profonda come l'oceano, ma che, comunque, sarebbe di un ordine di grandezza meno massiccio di quello che si ritiene il responsabile dell'evento K/T), si innescherebbero onde oceaniche caratterizzate da una ampiezza dell'ordine del centinaio di metri che, interagendo con la terraferma, darebbero origine a vere e proprie montagne di acqua in grado di ricoprire la costa orientale degli Stati Uniti spingendosi fino alle pendici dei Monti Appalachi. Grazie alla conformazione della piattaforma continentale in grado di contenere il moto ondoso, l'Europa sarebbe colpita in minore misura, ma con risultati ugualmente devastanti.
La zona che risentirebbe maggiormente degli spaventosi effetti dello tsunami innescato da questa caduta nel centro dell'Atlantico sarebbe, con molta probabilità, la penisola Iberica, dal momento che non presenta praticamente piattaforma continentale; questa situazione particolarmente sfavorevole potrebbe quasi essere giudicata prevedibile, visto quanto accadde in occasione del terremoto che rase al suolo Lisbona il 1° novembre del 1755 provocando 40.000 vittime, con la città portoghese inondata dall'oceano ed un runup valutato di oltre 12 metri.
Proprio considerando che ambedue le coste dell'oceano sarebbero ugualmente interessate dal fenomeno, i due ricercatori suggeriscono che sarebbe fondamentale il rinvenimento di tracce coeve di mondazioni sia lungo la costa orientale degli Stati Uniti che lungo quelle dell'Europa: sarebbe veramente la prova schiacciante che eventi come quello ipotizzato possano essere accaduti nel passato. E non è fantascienza ipotizzare un tale rinvenimento, dal momento che sul nostro pianeta è già stata scoperta più di una traccia di giganteschi tsunami avvenuti nel passato, basti per tutti citare il ritrovamento (lo studio, del 1993, è dei ricercatori C. Johnson e D. King) di depositi corallini non consolidati ad una quota di 326 metri sul livello del mare nell'isola di Lanai nell'arcipelago hawaiano.
Ipotizzando un impatto nel Mediterraneo in due diverse zone: la prima nel Bacino Algerino-Provenzale (tra la Sardegna e le Isole Baleari) nel punto di massima profondità (2800 metri) e la seconda nel Bacino Ionico (tra la Sicilia e Creta) in una zona in cui la profondità del mare raggiunge i 4300 metri (vedi disegno).
Prendiamo in considerazione un asteroide di tipo roccioso (diametro di 400 metri), dotato di una velocità di 20 km/sec e, pertanto, di un carico energetico dell'ordine di 5 Gton.
La situazione descritta si può configurare (usando la terminologia corrente) come un impatto in acque basse, dal momento che le dimensioni verticali della cavità transiente (nel caso di un asteroide con dimensioni di 400 metri è ipotizzabile un valore di 4800 metri) superano la profondità del mare, e questo anche nel caso del Bacino Ionico.
I dati numerici ottenibili dall'applicazione delle formule sono riportati nelle tabelle seguenti, in merito alle quali è opportuno introdurre alcune note esplicative:
• II valore dell'altezza dell'onda oceanica è riferito al livello medio iniziale della superficie marina; trattandosi di un moto ondoso, a questa "salita" seguirà, naturalmente, anche un avvallamento all'incirca di pari altezza.
• II runup è stato calcolato semplicemente valutandolo 10 volte l'onda oceanica, dunque affidandosi a valori medi e senza considerare l'andamento batimetrico dei fondali.
• La distanza alla quale può spingersi nell'entroterra l'acqua dello tsunami è stata calcolata ipotizzando una morfologia superficiale intermedia (né troppo liscia né troppo rugosa), con un Numero di Manning n = 0.03 e senza tenere conto dell'andamento orografico delle regioni costiere considerate.

Al di là delle considerazioni sulla completa attendibilità dei risultati numerici proposti (ci sono infatti troppi parametri ignorati o assunti con valori medi), resta il fatto che se si verificasse un impatto nel Bacino del Mediterraneo le regioni costiere dei Paesi che si affacciano su di esso verrebbero spazzate via dalla violenza delle acque, situazione resa ancor più drammatica dal fatto che gran parte degli insediamenti umani sono collocati proprio nelle immediate vicinanze delle regioni costiere.
Ci mette un po' il cuore in pace il fatto che, accettando per buona la frequenza di 100.000 anni per la caduta di un oggetto del diametro di 400 metri, il calcolo statistico della frequenza di un impatto come quelli da me ipotizzati (ottenuto semplicemente rapportando la superficie occupata dal Bacino del Mediterraneo alla superficie totale della Terra) porta l'intervallo tra due eventi a più di 20 milioni di anni...
Certamente più frequente (valutato dell'ordine di un evento ogni qualche centinaio di anni su tutta la superficie terrestre) è considerato l'impatto di un oggetto di dimensioni paragonabili a quelle ipotizzate per il responsabile dell'evento Tunguska del 1908, un corpo caratterizzato, cioè, da un diametro di una cinquantina di metri.
Se per tale oggetto scegliamo, anziché una composizione di tipo condritico come quella proposta da alcuni per l'impattare sibcriano, una tipologia roccioso-metallica con densità di 3.5 g/cm3 ed una velocità di impatto ancora di 20 km/sec, otteniamo un contenuto energetico di 10.9 Mton.
Ripetendo i calcoli, sempre considerando una caduta nel Bacino del Mediterraneo, per valutare i fenomeni marini indotti da questa tipologia di impattori, si ottengono i seguenti risultati:

Le località, come si può vedere, sono le stesse presentate nelle tabelle precedenti, e identiche sono pure le annotazioni generiche colà riportate in merito al calcolo del runup e della distanza di penetrazione nell’entroterra.
Per quanto riguarda il calcolo dell'onda oceanica, invece, è necessario precisare che, trattandosi dì un evento configurarle come impatto in acque profonde, è stata utilizzata la formula appropriata e non più quella per bassi fondali impiegata in precedenza.

Notizie storiche
Lo tsunami non è sicuramente un fenomeno limitato alla nostra epoca: ci sono notizie storiche riguardanti inondazioni verificatesi durante terremoti o eruzioni vulcaniche, racconti che descrivono i fatti con tale accuratezza che non si può non ritenere l'autore un testimone oculare o perlomeno in rapporto con una fonte autorevole. Ma questi racconti, per loro natura, non ci possono dare dati scientificamente accettabili: sappiamo per certo che "qualcosa" è accaduto, ma i parametri di questo "qualcosa" ci sfuggono. Questo non significa, però, che siamo a conoscenza di dati attendibili solamente per gli eventi contemporanei. Se ci limitiamo agli tsunami caratterizzati da un runup superiore a 50 metri (praticamente una muraglia d'acqua in grado di competere in altezza con la Torre di Pisa..), gli eventi dei quali possediamo una documentazione sufficientemente precisa e attendibile sono tutt'altro che scarsi.
Bisogna sottolineare che non è automatico che tali eventi siano in assoluto quelli che hanno provocato il maggior numero di vittime: è infatti la densità di popolazione più che la violenza del fenomeno a giocare il ruolo fondamentale in quel tragico bilancio. E' comunque un ottimo set di dati per notare non solo la violenza che può caratterizzare uno tsunami, ma anche la dislocazione geografica delle zone più frequentemente interessate.

Un secondo set di dati abbastanza significativo (questa volta ci limitiamo agli ultimi 10 anni) sintetizza le caratteristiche di alcuni tsunami particolarmente distruttivi, non solo per quanto riguarda i danni al patrimonio, ma, più drammaticamente, per il loro pesante bilancio di perdite di vite umane. Tutti questi eventi hanno avuto un terremoto come causa scatenante, viene riportato nell'ultima colonna della tabella dell'intensità del terremoto (gradi della scala Richter) che ha innescato lo tsunami:

Analizziamo in dettaglio alcuni tsunami particolarmente significativi avvenuti negli ultimi cinquantanni, cominciando da quello che il 1 aprile 1946 colpì l'Alaska e le isole Hawaii.
Il violentissimo terremoto (di magnitudo Richter 7.1) con epicentro nelle Isole Aleutine innescò uno tsunami che colpì anzitutto l'Alaska, ma raggiunse, 5 ore più tardi, le isole Hawaii, distanti 4500 chilometri. Le immagini simbolo di questo tsunami possono essere quelle relative al faro di Scotch Gap, posto sull'isola di Unimak (Alaska). La costruzione, che si ergeva circa 10 metri sul livello del mare, venne spazzata via dall'onda di tsunami ed i detriti furono sospinti fino ad una quota di 35 metri. Nell'evento persero la vita 5 persone.
Ma, come si diceva, non fu solo l'Alaska ad essere colpita: le Isole Hawaii pagarono un tributo molto elevato contando 159 vittime. Tra questi anche alcuni scolari che, incuriositi dall'iniziale ritiro delle acque, si avventurarono nella zona di mare lasciata scoperta e non riuscirono poi a sfuggire al violento ritomo dell'acqua. Il massimo runup venne registrato sulla Big Island, a Polulu Valley: quasi 17 metri! E fu proprio la tragicità di questo evento, che spinse le autorità governative, d'intesa con gli scienziati, ad attivare il Pacific Tsunami Warning Center con lo scopo di poter lanciare l'allarme nel caso si verifìcasse nuovamente una situazione di pericolo. Lo tsunami del 22 maggio 1960, innescato dal terremoto con epicentro al largo delle coste del Cile, è già stato trattato. Un altro evento significativo si verificò il 28 marzo 1964 ed ebbe ancora come bersaglio l'Alaska. Il terremoto, il cui epicentro venne localizzato nella Baia di Prince William Sound, fu innescato da almeno quattro episodi di frane sottomarine: 106 furono le vittime in quella circostanza, e circa un'ottantina di questi decessi è imputabile all'azione dello tsunami. Con un salto di una decina d'anni, passiamo ora all'evento del 12 luglio 1993. Il terremoto scatenante lo tsunami fu di magnitudo 7.8 con epicentro nel Mar del Giappone, nei pressi dell'Isola di Okkaido. Quando, una decina di giorni dopo l'accaduto, si riuscì a stilare un bilancio attendibile dei danni, furono confermati 185 decessi, 120 dei quali attribuibili allo tsunami e danni materiali stimabili intomo a 600 milioni di dollari, imputabili principalmente alla distruzione operata dalla "grande onda". I valori dei runup misurati raggiunsero i 30 metri nella zona costiera meridionale dell'Isola di Okushiri.
Su quest'isola si registrò il maggior numero di decessi: Aonae, una piccola località costiera di 1600 abitanti, fu duramente colpita (114 vittime). Altri tsunami: lo tsunami innescato dall'esplosione del vulcano Krakatoa nello stretto di Giava (Indonesia) il 26 agosto 1883 responsabile di oltre 36.000 vittime, il devastante tsunami del 17 luglio 1998 in Papua Nuova Guinea che causò 3.000 morti, il recentissimo terremoto in Turchia (agosto 1999) causa delle ondate che hanno colpito la cittadina di Izmit ed altri episodi ancora: ognuno devastante, ognuno simile agli altri per il suo funesto carico di morti e distruzione, ma ognuno caratterizzato da particolari che lo rendono terribilmente unico.



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