Studiare la lava quasi allo zero assoluto: è questa la nuova frontiera della vulcanologia. Un team internazionale guidato dal Dipartimento di Ingegneria per la Medicina di Innovazione dell’Università di Verona ha pubblicato sulla rivista scientifica Advanced Science lo studio Chemically Driven Nano-Elastic Heterogeneities Control Fragility in Volcanic Melts, che ribalta la scala di osservazione dei fenomeni eruttivi.
La ricerca dimostra per la prima volta che eterogeneità elastiche larghe pochi nanometri, invisibili ai metodi tradizionali, controllano viscosità, elasticità e fragilità del magma, collegando il mondo nanometrico alla violenza delle eruzioni vulcaniche. Lo studio è stato coordinato da Michele Cassetta primo autore e corresponding author, insieme a Nicola Daldosso entrambi docenti del dipartimento di Ingegneria per la medicina di innovazione dell’Università di Verona.
Abbiamo intervistato Michele Cassetta che ci ha spiegato cosa accade ai magmi dalle temperature eruttive, comprese tra 800 e 1200 °C, fino al raffreddamento a circa -270 °C.
– Come si è svolta la vostra ricerca? E quanto è raro avere accesso a strumentazioni di questo tipo in Italia?
Abbiamo fatto qualcosa di apparentemente assurdo: per capire le eruzioni vulcaniche siamo scesi a temperature vicinissime allo zero assoluto, dove inizia la cosiddetta “morte termica” della materia.
Per comprendere cosa accade ai magmi alle temperature eruttive, abbiamo osservato con un calorimetro avanzato le prime vibrazioni del vetro mentre si riscalda, lavorando su un’ampia gamma di composizioni magmatiche e vetri industriali.
Grazie a spettroscopie Raman a bassa frequenza – disponibili in pochissimi laboratori italiani, compreso quello di Verona – siamo riusciti a sviluppare un metodo rapido per rivelare e classificare eterogeneità strutturali comprese tra 1,6 e 3,3 nanometri.
Queste minuscole variazioni di rigidità controllano viscosità, elasticità e fragilità del magma, collegando direttamente il mondo nanometrico alla violenza delle eruzioni vulcaniche.
Dal punto di vista sperimentale, la viscosità di magmi e fusi industriali è stata quantificata in forni ad alta temperatura accoppiati a reometri, mentre le proprietà meccaniche, la microstruttura e il calore specifico dei vetri sono stati analizzati mediante spettroscopie Raman e Brillouin integrate con calorimetria a bassa temperatura.
– Quali sono i prossimi passi della ricerca?
Il prossimo obiettivo sarà monitorare queste nanostrutture in condizioni estreme, simili a quelle reali dei vulcani, così da definire una metrica per processi cruciali come cristallizzazione e frammentazione alla nanoscala in funzione del tempo.
Per comprendere i meccanismi macroscopici delle transizioni vetrose, la ricerca dovrà spingersi verso tecniche sempre più avanzate, capaci di osservare dettagli sempre più piccoli e seguirne l’evoluzione durante esperimenti complessi.
Con una quantità sufficiente di dati sarà possibile sviluppare modelli predittivi basati sull’intelligenza artificiale, capaci di simulare il comportamento dei magmi e anticiparne l’evoluzione temporale: un’informazione che oggi manca completamente in vulcanologia.
Inoltre, poiché stiamo studiando liquidi ad alta temperatura che solidificano formando vetri naturali come le ossidiane, vogliamo trasferire queste conoscenze anche all’industria del vetro, ottimizzando processi produttivi, design chimico dei materiali e sostenibilità, in linea con i principi dell’Industria 4.0. Un percorso che abbiamo già iniziato qui a Verona.
– Come vive il riconoscimento ottenuto da una rivista autorevole come Advanced Science?
La soddisfazione per questo risultato è ovviamente “fuori scala”. Non solo per il livello della rivista su cui è stata pubblicata la ricerca, ma anche perché, in qualità di ricercatore precario, ho avuto la possibilità di coordinare questo studio con grande autonomia e soprattutto con il supporto di tutti i collaboratori.
Lo vivo come un riconoscimento concreto delle mie capacità di ricercatore, qualcosa che per molti altri resta ancora un privilegio o addirittura un’utopia. Per me questo risultato non è soltanto un traguardo scientifico, ma rappresenta anche un momento di grande prestigio, non solo a livello istituzionale, ma anche collettivo.
La ricerca è stata finanziata dall’European research council nell’ambito del programma Horizon Europe e dal programma Next Generation EU, Missione 4 Componente 1. Lo studio è stato realizzato anche grazie al supporto tecnico e alle strumentazioni del Centro piattaforme tecnologiche dell’Università di Verona
Al progetto hanno partecipato 14 istituzioni tra Italia, Polonia, Germania e Giappone, tra cui Università degli Studi di Torino, la Polish Academy of Sciences, Università Roma Tre, il Consiglio Nazionale delle Ricerche, Università degli Studi di Siena, Università degli Studi “G. d’Annunzio” Chieti-Pescara, l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, l’Università di Trento, l’Università di Bayreuth e l’Università di Tokyo.
DOI: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202512063
Sara Mauroner
