Un nuovo scenario di pericolo al Vesuvio: impatto termico mortale di nubi di cenere staccatesi nel 79 d.C. ad Ercolano

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5622 (2023) Citare questo articolo

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Le correnti di densità piroclastica diluite sono in grado di causare enormi devastazioni e mortalità attorno ai vulcani, e la temperatura è un parametro cruciale per valutare il loro potere letale. L'analisi di riflettanza sul legno carbonizzato dell'antica Ercolano ha consentito una nuova ricostruzione degli eventi termici che hanno colpito gli edifici e gli esseri umani durante l'eruzione del Vesuvio del 79 d.C. Qui mostriamo che il primo PDC entrato in città fu un'ondata di nube di cenere di breve durata, con temperature di 555–495 °C, in grado di causare la morte istantanea delle persone, lasciando solo pochi decimetri di cenere sul terreno, che noi interpretare come distaccato da correnti ad alta concentrazione. Le successive correnti piroclastiche che progressivamente seppellirono la città erano per lo più PDC a concentrazione più elevata a temperature più basse, tra 465 e 390 e 350–315 °C. Il carbone si è rivelato l’unico proxy in grado di registrare molteplici ed effimeri eventi termici estremi, rivelando così per la prima volta il reale impatto termico dell’eruzione del 79 d.C. L'impatto letale documentato per la PDC diluita prodotta durante le eruzioni vulcaniche antiche e recenti suggerisce che tale rischio merita maggiore considerazione sul Vesuvio e altrove, in particolare il rischio sottostimato associato alle ondate di nubi di cenere calda staccata, che, sebbene di breve durata, possono esporre gli edifici a un forte calore. danni e persone morte.

Le correnti di densità piroclastiche diluite sono tra i fenomeni vulcanici più letali. Si tratta di correnti piroclastiche (PDC) altamente turbolente che abbracciano il terreno, che possono originarsi all'uscita come ondate diluite (specialmente durante le eruzioni freatomagmatiche), oppure possono essere associate a correnti sotterranee basali confinate nella valle ad alta concentrazione, da cui possono staccarsi e muoversi indipendentemente. , anche attraverso topografie accidentate, rendendo i loro percorsi altamente imprevedibili1,2,3. I PDC diluiti sono responsabili di alcuni dei disastri vulcanici più mortali, come quello avvenuto l'8 maggio 1902 a St Pierre, in Martinica, quando quasi 30.000 persone furono uccise istantaneamente4,5,6, o il 15 settembre 1991 a Mt Unzen, in Giappone , che ha causato 44 vittime7,8, o il 5 novembre 2010 a Merapi, in Indonesia, dove sono morte più di 200 persone9,10.

I principali fattori che causano vittime e infortuni derivanti dai PDC diluiti derivano da una combinazione di (1) ustioni dovuti alle loro elevate temperature11,12,13,14,15,16,17, (2) pressione dinamica4,6; (3) lesioni da gas acidi18, (4) asfissia da inalazione di ceneri14,19.

A causa della loro bassa densità e turbolenza, i PDC diluiti tendono a mescolarsi rapidamente con l'aria ambiente, dissipando rapidamente la loro temperatura iniziale, per cui i PDC raramente diluiti sono associati a temperature elevate. Al contrario, PDC diluiti che avvolgono flussi ad alta concentrazione, noti come ash cloud surges2,3, possono mantenere temperature molto elevate fintanto che sono accoppiati con il flusso basale ad alta concentrazione23, che sono invece termicamente conservativi20,21,22, e che trasferiscono continuamente verso l'alto sia la massa che l'energia termica11,23. Ciò implica che se e dove il distacco dell'ondata di cenere si verifica a causa di effetti topografici (ad esempio, 2,3), anche a tratti distali (ad esempio, 14,24), la loro temperatura iniziale può essere alta quanto l'alta concentrazione basale principale attuale.

Tuttavia, una volta staccate, le ondate di nubi di cenere diluite e turbolente sono eventi di breve durata, che molto spesso lasciano sul terreno solo pochi centimetri di cenere prima del decollo, con pochissimo potenziale di conservazione nella documentazione geologica, a meno che non siano immediatamente e conservativamente sepolti da altri depositi della stessa eruzione (es. depositi PC di caduta e/o non erosivi). Lo scarso potenziale di conservazione ha portato a un numero limitato di studi su questo tipo di depositi e sui fenomeni correlati1,2,3,5,6,7,25,26,27,28, e forse a una sottostima del rischio di ondate di nubi di cenere, soprattutto dei loro impatti termici.

450 °C) and lower (down to < 240 °C) temperature outliers have also been documented13,17,36,37, the latter especially where PCs interacted with edifices, either intact or collapsed, and seawater. However, none of the above-mentioned studies and methods have directly targeted the temperature of the poorly preserved early diluted PDCs that entered Herculaneum, instantly killed the people and barely buried their corpses13,14,15,16./p> 550 °C event was later followed by the succession of PCs which finally buried the town under 20 m thick volcanic deposits (Fig. 1e). These later flows were characterized by lower temperatures as testified by the presence of multiple modes within the same charcoal sample from which we inferred at least two carbonization events at temperatures ranging from 390 to 465 °C and from 315 to 350 °C, respectively. The lower temperatures of these later events can be explained by the progressive involvement of ground water during the course of the eruption (see phreatomagmatic phase31; Fig. 1e)./p> 550 °C short lived diluted PDC event leaving only a thin ash layer on the ground, and later followed by the deposition of lower temperature but thicker pyroclastic deposits, allows to understand the conditions for the formation and preservation of a vitrified brain recently discovered within a victim's skull in the Collegium Augustalium17. The transformation into glass of fresh cerebral tissue in a hot environment is only possible if two conditions are met: (1) the heating event is short-lived, so that the tissue is not fully vaporized15, and (2) once the diluted PDC has vanished, the body is not fully entombed in a hot deposit, a necessary condition to allow the very rapid cooling required to attain vitrification17,66. This allows to recognize that S1 was an ephemeral, extremely hot, dilute event, and that a sufficient time interval occurred for the fast cooling of the body still partly exposed to air before the following PCs progressively entered and covered the town. The lower temperature of these later PC deposits explains the preservation of the vitrified brain, as well as of the high reflectance values within polymodal distributions. If subsequent PC were at higher temperatures, the vitrified brain would have been reheated above the glass transition temperature and gone lost in its neuronal ultrastructure, which is instead integrally preserved32, as well as the charcoal fragments would had been totally reset at higher, unimodal Ro values./p> 550 °C by high reflectance values in polymodal charcoal datasets, whereas all other paleo-thermal data from the rest of the pyroclastic sequence indicate lower temperatures of diachronic processes related to the later burial of the town34,36,37,65,66./p>> 550 °C) source of the ash cloud. (c) B–B′ longitudinal reconstruction (not to scale) of the S1 ash cloud engulfing the city at T > 550 °C and its interaction with seawater along the pre-eruptive shoreline, rapidly slowing the velocity and reducing the temperature (350–400 °C)./p> 550 °C ash-cloud temperature measured upstream at the Collegium Augustalium and the Decumanus Maximus. The scattered preservation of bone collagen does not appear to be evidence of a low temperature of the ash cloud surge as claimed by some author33, but it seems to be related to the amount of heat transfer the victims' bodies and bones were exposed to during the short-lived ash cloud event. Actually, the greater or lesser extent of heat effects on the skeleton, or even on a single bone element, has been shown to be closely related to the lesser or greater crowding of victims inside the Fornici, and also amount of fleshy mass present in different anatomical districts, even at the level of a single bone15,16. However, the persistence of proteins such as collagen and other organic components of bones at Herculaneum is most likely independent by exposure to more or less intense heat but can be rather correlated to the burial environment in which the victims’ skeletons were embedded until their discovery after about 2000 years70. At Herculaneum, after sudden death and rapid thermally induced soft tissue vanishing, the skeletons were buried in an alkaline, anoxic soil permanently waterlogged70, environment able to inhibit chemical changes from microbial attack71,72 thus allowing long-term survival of organic matter in the bone./p> 500 °C, leaving almost no deposit but killing the people there13,14. The interaction of the ash cloud surge and seawater caused the surge inflation and the settling of cooled ash immediately after, which then embedded the skeletons of the people already killed instantly by the extreme heat (Fig. 3b A–A′ profile). This interpretation explains the apparent disagreement of recorded temperatures at the seashore and also the difference in thickness of S1, which is maximum 20 cm thick in town, whereas it reaches 50 cm along the pre-eruption coast (up to 150 cm in the Fornici according to30), where deposition was controlled by the slowed and cooled water-mixed ash cloud./p>

2.3.CO;2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1130%2F0016-7606%281990%29102%3C1038%3ATADOAP%3E2.3.CO%3B2" aria-label="Article reference 1" data-doi="10.1130/0016-7606(1990)1022.3.CO;2"Article ADS Google Scholar /p>

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