18 Maggio 1980, Mt. St. Helens: un’eruzione che ha cambiato la storia della Vulcanologia

di Roberto Scandone e Lisetta Giacomelli

Alle 15.37 del 20 marzo 1980 i sismografi della rete sismica dell’Università di Seattle, nello stato di Washington nel Nord-Ovest degli Stati Uniti, registrarono un terremoto di magnitudo 4.1. La successione di scosse che seguirono la prima si rivelò differente dalla tipica sequenza formata da una scossa principale e successive repliche.

Benché sul St. Helens fosse allora operante un’unica stazione sismica, per cui la localizzazione dei terremoti era abbastanza imprecisa, i primi dati raccolti indicavano che il terremoto fosse avvenuto a poca profondità sotto il vulcano e che, quindi, potesse segnalare la ripresa di attività del vulcano in riposo da 123 anni.

Il giorno successivo, 21 marzo, quattro nuove stazioni sismiche furono installate in prossimità del vulcano, mentre l’attività sismica continuava ad aumentare con nuovi terremoti fino a magnitudo 4 (figura 1).

Figura 1 – Sismogramma registrato alla stazione SHW il 22-23 Marzo 1980 (Immagine University of Washington)

Il crescendo di terremoti annunciava che il magma si stava muovendo e che il risveglio del vulcano era vicino.

La scarsa visibilità, tipica dell’area in quella stagione, impediva di vedere la cima della montagna che fu osservata solo il 25 marzo quando si constatò la presenza di un largo crepaccio nella neve.

Il 27 marzo, alle 12.30, avvenne la prima esplosione che ruppe la copertura glaciale, macchiò di cenere scura la neve e formò un piccolo cratere che, dopo una sola settimana, raggiunse una larghezza di 400 metri. Per molto tempo si è pensato che quella esplosione, seguita nei giorni successivi da numerose altre, fosse di tipo freatico, senza magma juvenile (figura 2). Solo anni dopo, con un’analisi più accurata dei prodotti, si constatò che il magma era già arrivato in superficie anche nella fase iniziale degli eventi.

Figura 2 – I crateri sommitali formati dalle prime esplosioni (Fotografia USGS)

Dall’inizio di aprile si notò l’allargamento del cratere e un rigonfiamento di tutto il fianco Nord del vulcano. Alle 19.25 del 1° aprile, i sismografi registrarono la prima comparsa di tremore armonico, il segnale sismico di periodo costante causato dal movimento del gas rilasciato dal magma (figura 3). Nel mese di aprile, l’attività continuò senza grandi variazioni, con una colonna di vapore e cenere che, a intervalli, saliva verticale, ma il paragone fra le foto aeree fatte nel luglio del 1979 e quelle del 12 aprile 1980 mostrava un forte rigonfiamento del fianco Nord, che in alcuni punti superava gli 80 metri.

Figura 3 – Numero di terremoti (curva azzurra) e rilascio di energia dei terremoti (curva rossa) dall’inizio della crisi di marzo fino al 18 maggio 1980. Le piccole barre nere indicano temporanei incrementi di ampiezza del tremore vulcanico  (Immagine da Steve Malone).

Il 23 aprile i geofisici del U.S. Geological Survey posero dei riflettori sul fianco del vulcano per eseguire misure distanziometriche con geodimetri a laser e poterono constatare che il fianco Nord della montagna si espandeva con velocità dell’ordine di metri al giorno. Verso fine aprile, una pausa nelle esplosioni freatomagmatiche e nel numero di eventi di tremore vulcanico, sembrava indicare un rallentamento dell’attività ma, rispetto ai primi giorni, il rigonfiamento era arrivato a 140 metri, con una velocità di spostamento di circa due metri al giorno.

Nonostante il diradarsi delle esplosioni, segni apparentemente rassicuranti per alcuni osservatori, si estese la zona rossa di divieto di accesso al vulcano fino a distanze fra le tre (4,8 km) e le otto (12,9 km) miglia dal cratere sommitale. In realtà, durante questo periodo i vulcanologi erano sempre più preoccupati dalla possibilità di un franamento del fianco rigonfiato del vulcano, deformato dalla spinta del magma che si era accumulato all’interno del condotto, e la cui fuoriuscita era impedita da un duomo di lava di precedenti eruzioni.

Il rallentamento dell’attività vulcanica dava forza alle richieste dei residenti e di quanti lavoravano nell’area per una riapertura della zona rossa. Nelle valutazioni dei vulcanologi le considerazioni di rischio si alternavano con quelle di evitare eccessivi danni economici. Prevaleva la convinzione di poter dare un’allerta precoce in caso di un evento vulcanico pericoloso, ipotizzando che ciò sarebbe stato preceduto da un aumento progressivo nel tempo della sismicità e delle deformazioni.

Il 18 maggio, era domenica, un numero imprecisato di persone avevano eluso i blocchi stradali controllati dalla polizia ed erano penetrate all’interno della zona rossa, per vedere e fotografare il vulcano. Fortunatamente, la giornata festiva aveva mantenuto lontano quasi tutti gli operai dell’industria del legname che avevano conservato l’accesso a una zona che risulterà poi devastata. Quella stessa mattina, il vulcanologo David Alexander Johnston si trovava presso un posto di osservazione su un promontorio situato a quasi 9 km a Nord del vulcano per eseguire misure di deformazione ed analisi dei gas.

Figura 4 – Sismogramma del terremoto e della successiva attività eruttiva del 18 maggio 1980 registrato ad una stazione distante circa 110 km dal vulcano (immagine: University of Washington)

Alle 8.32, senza alcun altro segnale, i sismografi installati sul vulcano registrarono un terremoto di magnitudo 5.2 (figura 4). Contemporaneamente, tutto il settore del cono che si era deformato, insieme a parte della cima del vulcano, franò improvvisamente a valle. Dalla scarpata della frana e dalla parte sommitale uscirono subito due colonne di cenere e vapore, alte circa 200 metri. Il centro di Vancouver captò l’ultimo messaggio di David Johnston: “Vancouver, Vancouver…  eccola…”.

Ogni fase, dal rigonfiamento al crollo del fianco del vulcano, all’esplosione laterale, venne fotografata da un taxista di Tacoma, Gary Rosenquist, che, con la moglie Linda, il figlio e un vicino di casa, cercava un punto dove campeggiare e avere una buona prospettiva del vulcano. Le immagini che scattò da Bear Meadow, dalle 8.27.00 alle 8.32.59 del 18 maggio 1980, divennero famose e rappresentano ancora oggi un documento straordinario immancabile sui libri di vulcanologia (figura 5), come in ogni casa di vulcanologo. I quattro, terrorizzati, riuscirono a scappare e si salvarono.

Figura 5 – Fotografia della fase iniziale del collasso laterale del vulcano e dell’esplosione direzionale (fotografia di Gary Rosenquist)

Non fu così per David Alexander Johnston, il ventinovenne geologo americano, strappato dalla sua postazione di monitoraggio dall’esplosione, e per l’anziano Harry Truman, testardo proprietario del rifugio sulle rive di Spirit Lake che rifiutò di allontanarsi dal luogo dove aveva vissuto gran parte della sua vita. Il fotografo di un giornale di Vancouver, Reid Blackburn, dopo aver scattato molte fotografie del vulcano cercò rifugio nella sua auto, dove venne trovato due giorni dopo soffocato e semi sepolto dalla cenere. Il rullino delle sue foto è stato recuperato e stampato solo nel 2013. Le immagini successive all’eruzione sono altrettanto famose e drammatiche, con la montagna coperta di tronchi abbattuti, privi di rami, della corteccia e di ogni parte verde, “enormi stuzzicadenti” sdraiati uno accanto all’altro, indicanti con le loro cime la direzione dell’esplosione (figura 6).

Figura 6 – I tronchi abbattuti dall’esplosione direzionale, ancora visibili nel 1995 (Foto Lisetta Giacomelli e Roberto Scandone)

L’enorme frana interessò principalmente la valle del North Fork Toutle River e la ostruì con materiale vulcanico, compresi giganteschi blocchi derivanti dalla distruzione del cono stesso (hummocks).

Dallo squarcio del fianco Nord, la nube di cenere si espanse velocemente, propagandosi ad una velocità di circa 100 chilometri all’ora verso Spirit Lake. Dopo una pausa apparente, intorno alle 12, si sollevò una colonna di cenere che raggiunse 27 km di altezza, collassando a tratti lungo i fianchi tra le ore 15 e le 17. L’eruzione continuò ininterrottamente per circa 10 ore con l’emissione di 0.5 km3 di nuovo magma e la distruzione di 2.5 km3 di montagna.

L’esplosione laterale, innescata dal franamento, fu l’evento più devastante: entro 10 km non rimase in piedi un solo albero della secolare foresta che circondava il vulcano, ma l’onda d’urto arrivò fino a 30 km in un semicerchio che andava da Ovest a Est e a 20 km verso Nord. Seicento km2 di un territorio boscoso, percorso da fiumi e con laghi pescosi, alberghi e rifugi frequentati da molti turisti, furono ridotti a una grigia distesa di cenere. Il calore dell’eruzione aveva causato lo scioglimento della neve e coinvolto acqua, cenere e pezzi di vulcano in vorticosi flussi che scesero principalmente lungo il Toutle River, raccolsero altro materiale, travolsero case, strade e ponti e si riversarono, verso mezzanotte del 18 maggio, nel Cowlitz River. Per giorni, dopo l’eruzione, i terremoti continuarono ad avvenire a profondità di vari chilometri sotto il vulcano.

Nonostante i tentativi di evacuazione, attivati già dal 25 marzo, l’eruzione causò la morte di 57 persone, oltre alla distruzione di 250 abitazioni, 47 ponti, 24 km di ferrovia e 298 km di strade.

I danni economici più gravi furono quelli subiti dalle società di produzione di legname e dal patrimonio boschivo in generale, che comprendeva insieme aree private, dello stato di Washington, e federali. La compagnia che commerciava in legname si era rifiutata, nei giorni precedenti, di far sgomberare i propri dipendenti e, solo grazie al fatto che l’eruzione avvenne nel giorno di riposo, non si ebbero vittime. Andarono, però, distrutte 3 aree attrezzate e 22 autobus usati per il trasporto del personale, 30 camion e 39 vagoni ferroviari per la rimozione dei tronchi; furono distrutti ponti, strade e ferrovie che ne consentivano il commercio. Le acque dello Spirit Lake, distante oltre 6 km dal vulcano, sono ancora oggi, a 40 anni di distanza, coperte di tronchi galleggianti strappati dalla Montagna.

Sul vulcano, l’eruzione produsse un profondo cratere, aperto ad anfiteatro verso Nord.

Nella notte fra il 24 ed il 25 maggio, preceduta da un aumento dell’attività sismica e del tremore armonico, avvenne una nuova, impressionante fase esplosiva, con un’alta colonna di ceneri e pomici che durò quasi ininterrottamente per sette ore.

Il 12 giugno, alle 7.05 della sera, preceduta da varie ore di aumento dell’ampiezza del tremore armonico, una nuova fase esplosiva durò all’incirca 10 ore. Il cattivo tempo impedì la visione del vulcano, ma le prime osservazioni nei giorni successivi mostrarono, all’interno del cratere, la presenza di un duomo di lava molto viscoso. Questo duomo venne distrutto da un’altra esplosione il 22 luglio, dopo di che le eruzioni non si protrassero più ininterrottamente per ore, ma furono brevi impulsi della durata di qualche minuto intervallati da ore di stasi. Altre due eruzioni esplosive avvennero il 7 agosto ed il 16 ottobre. Dopo l’ultima, si formò stabilmente, all’interno del cratere, un nuovo duomo di lava che fu alimentato episodicamente nel corso degli anni successivi da una serie di differenti episodi eruttivi che durarono fino al 1986.

Figura 7 – Distribuzione degli ipocentri dei terremoti avvenuti durante e dopo l’eruzione del 18 maggio sotto il St Helens (Scandone e Malone, 1985)

Nei primi anni Ottanta del secolo scorso, si riteneva che la camera fosse costituita, nella parte superiore, da un involucro di magma dacitico parzialmente raffreddato, molto viscoso e ricco di cristalli, al di sotto del quale si trovasse un magma meno ricco in cristalli, ma con una percentuale di acqua in soluzione molto elevata, dell’ordine del 4-5%. A profondità ancora maggiore, il magma diventava progressivamente meno ricco in acqua, leggermente più povero in silice, ma con contenuto più abbondante di cristalli.

Con lo sviluppo della vulcanologia si è giunti alla convinzione che il magma contenuto nella camera avesse una composizione omogenea, con un contenuto medio in H2O del 4.6 %. Il relativo arricchimento in cristalli e il minore contenuto in H2O era legato alla diminuzione della velocità di risalita del magma nel corso delle successive fasi dell’eruzione.

Il 20 marzo del 1980, le porzioni di magma ricco in acqua che si muovevano verso l’alto non erano riuscite ad arrivare in superficie per la presenza di un precedente duomo magmatico solidificato nel corso di precedenti eruzioni. Queste e successive parcelle di magma si intrudevano, quindi, in prossimità della superficie in una zona di debolezza strutturale dell’edificio vulcanico, generando terremoti, rilasciando gas magmatici ed entrando in contatto con la falda freatica del vulcano. I terremoti consentivano al gas e al vapore generatisi di trovare finalmente sfogo attraverso fratture che arrivavano alla superficie, provocando l’iniziale attività freatica. Le intrusioni successive portarono alla destabilizzazione del fianco Nord della montagna e al suo improvviso franamento.

Non sappiamo cosa possa aver causato la rottura, e nemmeno se il terremoto di magnitudo 5.2 del 18 maggio sia stato causa o conseguenza della frana; ma è certo che il magma, intruso a bassa profondità e parzialmente degassato, dopo il franamento del fianco Nord sia stato improvvisamente decompresso di circa 300 atmosfere, corrispondenti alla pressione esercitata dal peso della montagna.

Dopo il franamento e l’esplosione, anche il magma che restava all’interno del sistema di alimentazione e nella camera magmatica, alleggerito dal carico soprastante cominciò a risalire nel condotto. I processi di essoluzione e vescicolazione del gas furono segnalati dall’aumento del tremore sismico che indicava l’inizio della fase propriamente pliniana dell’eruzione, durata dalle ore 12.00 fino a circa le 18.30. Le pareti della camera magmatica, svuotata in così breve tempo di 0.5 km3 di magma, crollarono sotto la pressione delle rocce confinanti, causando i terremoti profondi. Una simile sequenza di terremoti sarà osservata nel 1982, durante l’eruzione del vulcano El Chichón, in Messico e nel 1991 durante l’eruzione del vulcano Pinatubo nelle Filippine.

Nel 2004, il ghiacciaio aveva la forma a ferro di cavallo che avvolgeva il duomo di lava. Nell’ottobre dello stesso anno, dal fondo del cratere, dopo una breve esplosione, tra le fratture del duomo, si sollevò un nuovo blocco di lava, quasi solido, liscio, simile al dorso di una balena, che si inserì nel ghiacciaio, lo divise in due rami e lo pressò contro le pareti del cratere. Il ghiaccio, schiacciato fra due ostacoli, raddoppiò lo spessore e superò l’altezza del duomo. Le due lingue glaciali hanno abbracciato per anni il nucleo di lava fumante, percorse da crepacci e annerite dalle sporadiche emissioni di cenere e dal detrito che crollava dal duomo e dai versanti interni del cratere (figura 7). Dal gennaio 2008, la crescita del duomo si è arrestata, il ghiacciaio si è prolungato e il vulcano sembra essere entrato in una nuova fase di riposo (figura 8).

Figura 8 – La caldera a forma di ferro di cavallo lasciata dall’eruzione del 1980 e il lago Spirit Lake ancora ingombro degli alberi divelti dalla forza dell’esplosione direzionale così come appariva ancora nel 2005 (Foto Lisetta Giacomelli e Roberto Scandone)

L’eruzione del Saint Helens del 1980 rappresentò una svolta per la vulcanologia. Benché osservata, fotografata e studiata fin dai primi giorni, ebbe un’evoluzione del tutto inaspettata, che nessuno aveva previsto. L’esplosione con direzione quasi orizzontale, generatasi dal fianco del vulcano, ha lasciato una morfologia, sia nel vulcano sia nei prodotti, che ha aperto gli occhi su molte altre strutture simili, precedentemente interpretate come conseguenza di fenomeni di frana. L’esperienza del St. Helens permise, ad esempio, di dare una spiegazione all’insolita miriade di collinette disseminate in una pianura di pascoli, che si trova ai piedi del vulcano Shasta, nel Nord della California. Nelle colline, ormai coperte di alberi, si sono riconosciuti interi blocchi del vecchio edificio vulcanico, trasportati quasi intatti a 40 km dal vulcano da un evento simile a quello del St. Helens, avvenuto circa 350.000 anni fa.

Figura 9 – In primo piano il duomo formato all’interno del cratere fra il 1980 e il 1986. In secondo piano il duomo formato fra il 2004 e il 2008. (Foto Lisetta Giacomelli e Roberto Scandone)

Le eruzioni vulcaniche, quando osservate con moderni metodi di sorveglianza, possono rappresentare un passo in avanti e un esperimento determinante per comprendere il funzionamento dei vulcani e formulare strategie per la riduzione del rischio vulcanico. Quella del St Helens è servita anche da modello per affrontare crisi vulcaniche successive, come nel caso del vulcano Pinatubo.

Dal 1982 il St. Helens, compresa l’area devastata, è diventato monumento nazionale. A quasi nove km a Nord dalla sua cima si trovava il posto di osservazione del Servizio Geologico degli Stati Uniti (USGS), denominato Coldwater II, attuale sede del Johnston Ridge Observatory, in ricordo del giovane vulcanologo dell’istituto che si trovava in quel punto quando avvenne l’esplosione e che lanciò per primo il suo ultimo grido di allarme.

Alla sua memoria e a quella delle altre vittime dell’eruzione vogliamo dedicare questo ricordo.


Bibliografia

Cashman K. V., R. P. Hoblitt (2004) Magmatic precursors to the 18 May 1980 eruption of Mount St. Helens, USA, Geology 32, 141-144.

Lipman P.W., e Mullineaux D.R. (editors) (1981) The 1980 eruptions of Mt St Helens. USGS Professional paper 1250, 844 pp

Scandone R., S. D. Malone (1985) Magma Supply, Magma Discharge and Readjustment of the feeding System of Mount St. Helens during 1980, Journal of Volcanology and Geothermal Research, 23, p. 239-252.

Scandone R., Cashman K., Malone S.D. (2007) Magma Supply, Magma Ascent and the Style of Volcanic Eruptions, Earth and Planetary Science Letters, 253, p. 513-529, doi: 10.1016/j.epsl.2006.11.016.

Waitt, R. (2014) In The Path Of Destruction. Eyewitness Chronicles of Mount St. Helens. Washington State University Press, 413 pp.


Roberto Scandone, già Ordinario di Fisica del Vulcanismo Università di Roma Tre Associato di Ricerca, INGV Osservatorio Vesuviano