Μετρώντας τον παλμό των ηφαιστείων στο παρελθόν και στο παρόν, για το μέλλον
Ο Mattia Pistone στο ηφαίστειο Chimborazo-Τσιμποράσο του Ισημερινού.
Ο Επίκουρος Καθηγητής Mattia Pistone κοιτάζει το Chimborazo, ένα ηφαίστειο στα βουνά των Άνδεων του Ισημερινού. Από τη διάνοιξη γεωτρήσεων στα ανεξερεύνητα βάθη της Γης μέχρι την ανάλυση της αρχαίας ηφαιστειακής τέφρας και την πρόβλεψη του μεγέθους των μελλοντικών εκρήξεων, ο Pistone και η ομάδα του έχουν θέσει ως αποστολή τους να κατανοήσουν τα μαγματικά και ηφαιστειακά συστήματα που διαμορφώνουν τον πλανήτη μας. (Η φωτογραφία είναι ευγενική προσφορά της Mattia Pistone)
Ο Mattia Pistone προέρχεται από οικογένεια γιατρών. Μεγαλώνοντας στην Ιταλία, υπέθεσε ότι θα γινόταν κι αυτός. Αλλά στο γυμνάσιο, παρακολούθησε ένα μάθημα γεωγραφικής αστρονομίας που του άλλαξε γνώμη.
Η γεωγραφική αστρονομία είναι ένας κλάδος της μαθηματικής γεωγραφίας που εξερευνά πλανήτες και άλλα στερεά σώματα στο διάστημα, συμπεριλαμβανομένης της Γης και των ηφαιστείων της. Ο Pistone γύρισε σπίτι από εκείνη την τάξη και ενημέρωσε τη γιαγιά του ότι είχε αποφασίσει να μελετήσει βράχους αντί για ανθρώπινη ανατομία.
Η γιαγιά του δεν ήταν ευχαριστημένη.
«Είσαι ηλίθιος», θυμήθηκε ο Pistone που του είπε χαριτολογώντας. Όλη η οικογένειά του σοκαρίστηκε με την απόφασή του να απομακρυνθεί από το ιατρικό επάγγελμα.
Σήμερα, τα ίδια μέλη της οικογένειας επευφημούν τον Pistone από μακριά.
Ένας αναδυόμενος διεθνής ηγέτης στην ηφαιστειολογία, με ταυτόχρονες έρευνες σε εξέλιξη στη Σικελία, τον Ισημερινό, τους αρκτικούς πόλους και τις ιταλικές Άλπεις, ο Pistone υπηρετεί ως επίκουρος καθηγητής πετρολογίας και ηφαιστειολογίας στο Franklin College of Arts and Sciences Department of Geology του Πανεπιστημίου της Τζόρτζια . Το εργαστήριό του φέρει το όνομα «Magma Mia!», ένας φόρος τιμής στις ιταλικές του ρίζες. Το 2024, ονομάστηκε διακεκριμένος λέκτορας για το τμήμα Ηπειρωτικού Επιστημονικού Προγράμματος Γεωτρήσεων της Γεωλογικής Εταιρείας της Αμερικής, όπου εκφωνεί ομιλίες για γεωτρήσεις βαθιάς γης και υποστηρίζει ότι το μέλλον της ανθρωπότητας και το έδαφος κάτω από τα πόδια μας είναι άρρηκτα συνδεδεμένα.
«Οι ηφαιστειολόγοι είναι οι επαγγελματίες που φροντίζουν τη γη, είπε, δανειζόμενος μια φράση από έναν πρώην μέντορα. Μετράμε τους παλμούς, τους ρυθμούς ηφαιστειακών διεργασιών, όπως κάνουν οι γιατροί με ανθρώπους ασθενείς. Και οι πετρολόγοι είναι οι παθολόγοι της Γης, που μελετούν σώματα - σε αυτήν την περίπτωση, αρχαίους βράχους - για να κατανοήσουν το παρελθόν, το παρόν και ενδεχομένως το μέλλον μας».
Από τη διάνοιξη γεωτρήσεων στα ανεξερεύνητα βάθη της Γης μέχρι την ανάλυση της αρχαίας ηφαιστειακής τέφρας και την πρόβλεψη του μεγέθους των μελλοντικών εκρήξεων, ο Pistone έχει θέσει ως αποστολή του να κατανοήσει τα μαγματικά και ηφαιστειακά συστήματα που διαμορφώνουν τον πλανήτη μας. Η μελέτη μιας από τις πιο καταστροφικές φυσικές διεργασίες της Γης θα μπορούσε να μας βοηθήσει να προστατεύσουμε την ανθρώπινη υγεία και να προετοιμαστούμε για μελλοντικές καταστροφές, είτε φυσικές είτε ανθρωπογενείς, είτε και τα δύο.
Μυστήρια κάτω από τα πόδια μας
Οι γεωλόγοι έχουν από καιρό εξερευνήσει τη μετάβαση από τον φλοιό της Γης στον μανδύα της, το παχύ στρώμα βράχου που αποτελεί σχεδόν το 85% του όγκου του πλανήτη μας, διαδραματίζοντας ζωτικό ρόλο στη μεταφορά θερμότητας και τις γεωλογικές διεργασίες. Για δεκαετίες, η επίτευξη της γεώτρησης του μανδύα θεωρείται αδύνατη. Ο εξοπλισμός γεώτρησης απλά δεν μπορεί να φτάσει τόσο μακριά χωρίς να συνθλιβεί από την τεράστια πίεση που ασκούν οι βράχοι. Τώρα, ωστόσο, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων έχει βρει έναν τρόπο να ξεπεράσει αυτό το εμπόδιο.
Ο Pistone χρησιμεύει ως ένας από τους επτά κύριους ερευνητές που ηγούνται του έργου DIVE-Drilling the Ivrea-Verbano Zone-που υποστηρίζεται από το International Continental Scientific Drilling Program. Αποτελούμενη από επιστήμονες από την Ιταλία, την Ελβετία, την Αυστρία, τη Γερμανία, τη Γαλλία και τις Ηνωμένες Πολιτείες, η ομάδα DIVE έχει εγκαταστήσει όργανα σε μια τοποθεσία στις Δυτικές Άλπεις όπου, χάρη στον τρόπο που σχηματίστηκαν τα βουνά, η διεπαφή φλοιού-μανδύα βρίσκεται πολύ κοντά στην επιφάνεια. Σε ορισμένα σημεία, έχει βάθος μόλις ένα χιλιόμετρο, αντί για τα συνηθισμένα 35 με 40 χιλιόμετρα. Αυτή η μοναδική τοπογραφία σημαίνει ότι αυτό που ήταν ένα αδύνατο όνειρο - η διάτρηση στον μανδύα - είναι τώρα σε απόσταση αναπνοής.
«Είναι λίγο σαν εξαπάτηση», είπε ο Pistone.«Αλλά με πολύ έξυπνο τρόπο. Βρήκαμε έναν τρόπο να εξερευνήσουμε βράχους που διαφορετικά δεν θα ήταν προσβάσιμοι πουθενά αλλού στον πλανήτη».
Η ομάδα ολοκλήρωσε τη φάση 1 του έργου DIVE τον Απρίλιο του 2024, ανοίγοντας με επιτυχία δύο γεωτρήσεις ενός χιλιομέτρου στο Val d'Ossola, μια περιοχή στη βορειοδυτική Ιταλία. Σε κάθε χώρο άσκησης, ομάδες μεταπτυχιακών φοιτητών, επιστημόνων από την αρχή της σταδιοδρομίας και ανώτερων επιστημόνων και κύριοι ερευνητές εργάστηκαν για μήνες για να ταξινομήσουν τους βράχους που ανακτήθηκαν από τη γεώτρηση. Τώρα εργάζονται για να αξιολογήσουν τα πετρολογικά, γεωφυσικά και μικροβιολογικά χαρακτηριστικά τους.
«Για τους επιστήμονες, το εσωτερικό της Γης ήταν ιστορικά πιο δύσκολο να εξερευνηθεί από την επιφάνεια της Σελήνης ή του Άρη», είπε ο Pistone. «Αυτό που κάναμε είναι σαν να προσγειωνόμαστε στη Σελήνη για πρώτη φορά».
Η δεύτερη φάση του έργου DIVE θα ανοίξει μια γεώτρηση 4 χιλιομέτρων σε μια τοποθεσία στην περιοχή Val Sesia της Ιταλίας. Μαζί, αυτές οι έρευνες θα μπορούσαν να δώσουν στους επιστήμονες νέες γνώσεις όχι μόνο για τη σύνθεση του εσωτερικού της Γης αλλά και για το σχηματισμό ηφαιστείων, των οποίων τα μάγματα-λιωμένα ή ημι-λιωμένα πετρώματα-μπορούν να προέρχονται από βαθιά μέσα στον μανδύα.
«Είναι ένα νέο σύνορο», είπε ο Pistone.
Τα ηφαίστεια μας δίνουν μια πολύτιμη ευκαιρία να δούμε το παρελθόν, το παρόν και το μέλλον του πλανήτη μας. Παρέχουν την ευκαιρία να εξερευνήσετε πώς οι κοινότητες ανταποκρίθηκαν σε ασύλληπτες προκλήσεις.
Πρόβλεψη της επόμενης έκρηξης
Η ανώτερη υπεύθυνη της UGA, Alexandra Grace Lang, συμμετείχε σε μια πρόσφατη επίσκεψη πεδίου με την ομάδα BIO-VOLCANO στο όρος Αίτνα, που χρηματοδοτήθηκε από το Teaming for Interdisciplinary Research Pre-seed Program στο UGA. Αποτελούμενη από ερευνητές της UGA από τη γεωλογία, τη δασοκομία, τις επιστήμες των καλλιεργειών και του εδάφους, τη φυτική βιολογία, τη μικροβιολογία και το Κέντρο Εφαρμοσμένων Μελετών Ισοτόπων (CAIS), η ομάδα ερευνά την επίδραση του ηφαιστειακού υδραργύρου στα γύρω περιβάλλοντα, συμπεριλαμβανομένης της επίδρασής του στην ανθρώπινη υγεία.
Η Αλεξάνδρα Γκρέις Λανγκ και ένας άλλος μαθητής ήταν στην κορυφή του βουνού και μάζευαν δείγματα εδάφους όταν παρατήρησαν την αλλαγή του ανέμου - μια έκρηξη ήταν επικείμενη. Πήγαν πίσω στο αυτοκίνητό τους και οδήγησαν γρήγορα κάτω από το βουνό για να προστατευτούν. Όταν έφτασαν στη βάση, η Αίτνα είχε εκραγεί.
Η εξερεύνηση του πώς σχηματίστηκαν τα ηφαίστεια είναι ένα πράγμα. Η πρόβλεψη πότε και πώς μπορεί να εκραγούν ξανά είναι μια άλλη πρόκληση.
Η πρόβλεψη εκρήξεων, είναι κάτι σαν το Άγιο Δισκοπότηρο για τους ηφαιστειολόγους, στοχεύει στη διασφάλιση της ανθρώπινης υγείας παρέχοντας τις απαραίτητες γνώσεις στις κοινότητες και τις κοινωνίες για να προστατευθούν από επικείμενες εκρήξεις. Αυτή η έρευνα είναι ιδιαίτερα κρίσιμη για τα σχεδόν 1,1 δισεκατομμύρια ανθρώπους - περίπου το 1/7 του παγκόσμιου πληθυσμού - που ζουν σε απόσταση 20 μιλίων από ένα ενεργό ηφαίστειο.
Ο Pistone χρησιμεύει ως ο κύριος ερευνητής σε μια επιχορήγηση του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών που στοχεύει στη γεφύρωση του χάσματος ανάμεσα σε αυτά που γνωρίζουμε για τα ηφαίστεια και σε αυτά που μπορούμε να προβλέψουμε για μελλοντικές εκρήξεις. Συγκεκριμένα, θα εργαστεί στη Σικελία για να προσδιορίσει το επίπεδο συσσώρευσης αερίου στα μάγματα στο όρος Αίτνα πριν από εκρηκτικά επεισόδια, ένας πολύπλοκος υπολογισμός που θα μπορούσε να υποστηρίξει πιο ακριβείς προσπάθειες πρόβλεψης στο μέλλον.
«Η Etna παρέχει τεράστιο όγκο δεδομένων, εν μέρει επειδή παρακολουθείται ήδη πολύ καλά», είπε ο Pistone. «Ωστόσο είναι ένα από τα λιγότερο κατανοητά ηφαίστεια. Θα μελετήσουμε τον βασικό ρόλο που παίζουν τα πτητικά αέρια στον έλεγχο της συμπεριφοράς έκρηξής του».
Το έργο βασίζεται σε μια συνεργασία με επιστήμονες από το Osservatorio Etneo του Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) στην Ιταλία και τις εγκαταστάσεις Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) στο Αμβούργο της Γερμανίας.
«Το όρος Αίτνα προσφέρει μια βασική περίπτωση όπου μπορούμε να δοκιμάσουμε στρατηγικές για την πρόβλεψη εκρήξεων», είπε ο Pistone. «Μακροπρόθεσμα, θα μπορούσαμε δυνητικά να διεξάγουμε αυτό το είδος ανάλυσης λίγο πριν, ή ακόμα και πολύ πριν από την επόμενη έκρηξη».
Επίσης στην Αίτνα, η ομάδα BIO-VOLCANO δοκιμάζει τη θεωρία ότι το επίπεδο και ο ρυθμός συσσώρευσης υδραργύρου στα ηφαιστειακά πετρώματα έχει θετική συσχέτιση με το μέγεθος των εκρήξεων. Όσο περισσότερος υδράργυρος στα εδάφη, τόσο μεγαλύτερη είναι η έκρηξη-αυτή είναι η υπόθεση εργασίας τους.
«Τα ηφαίστεια είναι φυσικοί ρυπαντές», είπε ο Pistone. «Το όρος Αίτνα είναι ένας από τους μεγαλύτερους εκπομπούς υδραργύρου στον κόσμο. Τι συμβαίνει στις γύρω περιοχές όταν εκπέμπονται αυτά τα επιβλαβή μέταλλα»;
Μεγάλη εικόνα, η ομάδα BIO-VOLCANO επιδιώκει να ωθήσει την ηφαιστειολογία σε νέες προβλέψεις και νέες μεθόδους πρόβλεψης. Ο Pistone λέει ότι οι εκτεταμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις των ηφαιστειακών διεργασιών χρειάζονται επίσης προσοχή.
«Σκοπεύουμε να δημιουργήσουμε ένα νέο σύνολο γεω- και βιοδεικτών για την πρόβλεψη του μεγέθους αυτών των εκρήξεων», είπε.
Μόλις ήταν ασφαλές μετά την έκρηξη, η Λανγκ επέστρεψε στον κρατήρα και συνέλεξε φρέσκια τέφρα - θραύσματα βράχου - που εκτοξεύτηκαν από το ηφαίστειο. Τώρα σχεδιάζει να ακολουθήσει την ηφαιστειολογία μετά την αποφοίτησή της.
«Ξέρω τι θέλω να κάνω», είπε: «Η παρακολούθηση, η ενημέρωση των κοινοτήτων για τους κινδύνους - είναι σημαντικό. Και ήταν υπέροχο να έχουμε τον Mattia ως σύμβουλο. Γνωρίζει πραγματικά την ηφαιστειακή κοινότητα».
Κατανόηση της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής
Η έρευνα του Pistone στοχεύει επίσης το ηφαίστειο Chimborazo του Ισημερινού, όπου ο ίδιος και οι συνάδελφοί του εργάζονται για να κατανοήσουν την παγκόσμια επίδραση των ηφαιστείων στο κλίμα. Με την υποστήριξη του προγράμματος Teaming for Interdisciplinary Research Pre-Seed της UGA , η ομάδα CLIMAX - μια διεπιστημονική ομάδα ερευνητών της UGA με επικεφαλής τον Pistone - εξετάζει τον πιθανό ρόλο του όρους Chimborazo σε μια κλιματική κρίση του δεύτερου αιώνα, μια καταστροφή που μπορεί να έχει φτάσει μέχρι τη Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία.
Πέρυσι, μέλη της ομάδας CLIMAX χρησιμοποίησαν χρονολόγηση με ραδιενεργό άνθρακα για να αναλύσουν δείγματα παλαιοσολ, ενός είδους αρχαίου εδάφους, από το Chimborazo. Διαπίστωσαν ότι το ηφαίστειο εξερράγη εκρηκτικά γύρω στο 160 μ.Χ., πολύ πιο πρόσφατα από ό,τι είχαν υποθέσει οι γεωλόγοι. Αυτή η περίοδος σχετίζεται στενά με ανώμαλα κλιματικά γεγονότα που καταγράφηκαν στους πυρήνες πάγου της Γροιλανδίας και της Δυτικής Ανταρκτικής. Αντιστοιχεί επίσης στις ημερομηνίες της πανώλης του Αντωνίνου, που κατέστρεψε τη Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία την ίδια εποχή.
«Μπορεί να έχουμε το ίδιο ηφαιστειακό υλικό που εξερράγη από αυτό το ηφαίστειο στον Ισημερινό και να εμφανίζεται στους πυρήνες πάγου σε μακρινές περιοχές του πλανήτη», είπε ο Pistone. «Έτσι τώρα μπορούμε να δουλέψουμε ανάποδα σαν ντετέκτιβ εγκλημάτων, ξεκινώντας από τη σκηνή για να προσδιορίσουμε ποια γεγονότα μπορεί να το προκάλεσαν».
Η ομάδα CLIMAX συνεργάστηκε με επιστήμονες από την Ευρώπη και ερευνητές από το ESPOCH (Escuela Superior Politécnica de Chimborazo) για να διερευνήσει την κρυπτοτέφρα—ηφαιστειακή τέφρα παγιδευμένη στους πυρήνες πάγου—και να τη συγκρίνει με ηφαιστειακές αποθέσεις που συλλέγονται στον Ισημερινό. Εάν βρουν ένα ταίριασμα, θα επιβεβαιώσει ότι το Chimborazo μπορεί να περιληφθεί στη λίστα ως ένα από τα ηφαίστεια που μπορούν να προκαλέσουν σημαντική κλιματική αλλαγή σε παγκόσμια κλίμακα, καθιερώνοντάς τα ως βασικούς ρυθμιστές του κλίματος του πλανήτη μας.
Η πραγματοποίηση αυτής της ανακάλυψης, ωστόσο, θα μπορούσε να προκαλέσει διαμάχη.
«Δεν θέλετε ένα σενάριο όπου οι άνθρωποι αρχίζουν να λένε ότι η κλιματική αλλαγή προκαλείται μόνο από ηφαίστεια», είπε ο Pistone. «Δεν θέλουμε τα ηφαίστεια να γίνουν αποδιοπομπαίοι τράγοι για αυτό που οδηγεί την κλιματική αλλαγή στον κόσμο μας σήμερα. Πιθανότατα ρυθμίζουν κάποια δυναμική του κλίματος. Αλλά οι ρύποι που παράγουμε ως άνθρωποι είναι πολύ μεγαλύτεροι».
Τι επιπτώσεις έχουν αυτές οι έρευνες για τον δημόσιο σχεδιασμό ή την κλιματική πολιτική; Εστιάστε σε αυτό που μπορείτε να ελέγξετε, προτείνει ο Pistone.
«Η ανθρωπογενής ρύπανση, μπορούμε να κάνουμε κάτι για τα ηφαίστεια, όχι τόσο πολύ», είπε. «Και αν και τα δύο γεγονότα - το φυσικό και το ανθρωπογενές - αν πραγματοποιηθολυν αυτόχρονα, τότε θα έχουμε μια πολύ καταστροφική έκβαση».
Χαράζοντας ένα κάθισμα στο τραπέζι
Για τον Pistone, ο οποίος παραδέχεται ότι μερικές φορές νιώθει σαν μπάλα του πινγκ-πονγκ καθώς κάνει καριέρα μεταξύ Ευρώπης και ΗΠΑ, τώρα είναι η τέλεια στιγμή για να συνεχίσει αυτή την έρευνα-και το UGA είναι το ιδανικό μέρος. Με τη δέσμευσή της στην παγκόσμια δέσμευση και την εξεύρεση λύσεων σε επείγουσες κοινωνικές προκλήσεις, η UGA καλωσορίζει ερευνητές που, ενώ είναι γειωμένοι στη Γεωργία, συνδέουν τα σημεία σε όλο τον κόσμο.
«Τα ηφαίστεια μας δίνουν μια πολύτιμη ευκαιρία να κοιτάξουμε το παρελθόν, το παρόν και το μέλλον του πλανήτη μας», είπε ο Pistone. «Παρέχουν την ευκαιρία να εξερευνήσουμε πώς οι κοινότητες ανταποκρίθηκαν σε ασύλληπτες προκλήσεις».
Μακροπρόθεσμα, ο Pistone θέλει οι επιστήμες της γης να διεκδικήσουν μεγαλύτερο ρόλο στην εθνική πολιτική για το κλίμα και στη λήψη αποφάσεων.
«Όταν μιλάμε για την κλιματική αλλαγή, πολύ λίγοι επιστήμονες της γης συνήθως καλούνται στη συζήτηση», είπε.«Σπάνια ζητείται η γνώμη τους. Αυτό πρέπει να αλλάξει. Πρέπει να διεκδικήσουμε μια θέση στο τραπέζι».
Ελπίζει ότι η επόμενη γενιά μαθητών θα αγκαλιάσει τη γεωλογική σταδιοδρομία με την ίδια ζέση όπως τα πιο παραδοσιακά επαγγέλματα.
«Θέλω οι μαθητές και οι γονείς τους να δουν τη γεωλογία σαν να έχει την ίδια σημασία με το να γίνεις γιατρός», είπε ο Pistone. «Σε τελική ανάλυση, οι γεωλόγοι είναι γιατροί - είναι γιατροί της Γης.
«Το πώς καταλαβαίνουμε τον πλανήτη μας και πώς νοιάζεται για εμάς είναι κρίσιμα ερωτήματα και χρειαζόμαστε περισσότερους ανθρώπους για να τους ρωτήσουν. Αυτή είναι η ελπίδα μου».
Γεωδίφης με πληροφορίες από την Stacia Pelletier
Ενημερωτικό δελτίο @UGAResearch
Αρχεία UGA Research Magazine
Πανεπιστήμιο της Γεωργίας
https://research.uga.edu/news/the-rock-doctor-measuring-the-pulse-of-volcanos-past-and-present-for-the-future/
