L’Etna è il primo vulcano al mondo ad avere un gemello

A metà giugno l’ha fatto di nuovo. Ogni tanto l’Etna “borbotta”, più o meno sommessamente. Tutti lo vedono mentre disperde le sue ceneri da oltre 3.000 metri sopra il livello del mare, ma quasi nessuno sa cosa avviene nel suo perimetro di oltre 160 chilometri. Per ora, perché sarà proprio l’Etna il primo vulcano al mondo ad avere un gemello digitale che ne svelerà le dinamiche più intime. Lo stanno realizzando i ricercatori dell’Ingv (Istituto nazionale di geofisica e vulcanologia) come “site demonstrator” del progetto europeo Horizon Dt-Geo (Digital Twin for Geophysical Extremes), a sua volta parte di Destination Earth, il gemello digitale della Terra pensato per simulare gli effetti della crisi climatica e trovare “a tavolino” possibili soluzioni per mitigarli.

Eventi estremi virtuali

Con un budget totale di 15 milioni di euro, Dt-Geo dovrà riuscire a riprodurre virtualmente ogni genere di eventi estremi geofisici, tra cui terremoti, eruzioni, tsunami e fenomeni di origine antropica. Quello dell’Etna è infatti uno dei suoi 12 Digital twin components (Dtc) ed è da settembre 2022 che l’Ingv “si fa in quattro” per replicare virtualmente le complessità di questo vulcano, lavorandoci contemporaneamente nelle sue quattro sedi di Catania, Pisa, Napoli e Bologna e analizzandone quattro diversi aspetti: magma sotterraneo, ceneri disperse, gas emesso e lava eruttata.

Dal primo si vuol dedurre il meccanismo di “unrest” del vulcano: il passaggio dallo stato di quiete a quello di una possibile eruzione. “L’obiettivo è scoprire la distribuzione delle forze all’interno del vulcano e dove saranno le bocche eruttive, misurando la deformazione e la variazione di pendenza del suolo attraverso Gps, dati satellitari e sensori” spiega Flavio Cannavò, ricercatore dell’Ingv di Catania. Per raggiungerlo, i team di Pisa e Catania stanno insegnando a un modello di intelligenza artificiale il meccanismo di individuazione della posizione del magma partendo da dati simulati, per poi inserirlo al posto delle attuali equazioni. Quello che descrive ciò che avviene nelle viscere del vulcano “non si può definire un ‘problema ben posto’ – precisa Cannavò – si tratta quindi di una sfida non banale”.

Lava, cenere e gas: cosa va dove

Per simulare la fase post-eruzione, algoritmi e modelli matematici possono bastare, ma serve studiare anidride solforosa (SO₂), cenere e lava separatamente. Proprio di quest’ultima si mira a prevedere in real time quantità e tipologia, direzione e movimenti, mitigando i rischi per la popolazione locale. “Per calcolarlo incrociamo le informazioni a disposizione sul flusso in uscita dal vulcano con quelle sulle dimensioni della bocca eruttiva e sulla topografia dell’area, ricavate dai dati satellitari”, spiega Cannavò.

Quanto alle ceneri, sia a grana grossa sia a grana fine, prosegue il ricercatore, “l’idea è di capire dove, quando e con che dimensioni si disperderanno, soprattutto per allertare gli aeroporti. Vogliamo però studiare anche il collegamento tra questo fenomeno e la posizione e il movimento del magma all’interno del vulcano, prima del suo arrivo in superficie, per individuare eventuali pattern che possano aiutarci a individuare eventuali segnali pre-eruzione”. Anche lo studio del gas emesso, in tal senso, può dare soddisfazioni. Concentrandosi sull’anidride solforosa, i ricercatori stanno infatti studiando se la sua presenza incolore in aria possa essere un indizio di come il magma si muove sotto terra.

Il grande gemello dell’Etna

La tentazione di “unire i puntini”, ma per collegare i quattro aspetti dell’Etna che si stanno studiando uno a uno servirebbe un altro progetto, un altro finanziamento e un altro paio di anni (almeno). Ma l’obiettivo finale è quello, e non potrebbe essere altrimenti. Non solo per non cancellare l’Etna dalla Terra, partendo dalla sua copia digitale Destination Earth, ma perché, per parlare di digital twin, serve simulare come tutti gli aspetti interagiscono tra loro, che si tratti di un vulcano, di un pianeta, o di qualsiasi altro “oggetto”.

Cannavò lo conferma, già pregustando le opportunità offerte dal gemello etneo completo e connesso a cui sta dedicando le sue giornate assieme a una ventina di altri colleghi. Poi torna al presente e alle 4 componenti, ciascuna ora in fase di sviluppo sui potenti sistemi di calcolo di Cineca. “Ora l’obiettivo è quello di mostrare che si può fare. Entro il 2025 dobbiamo sviluppare e validare un flusso di lavoro replicabile – spiega -. Vogliamo finalizzare un metodo standard, con codici di simulazione, strati di intelligenza artificiale, flussi di dati in tempo reale e metodologie di assimilazione dei dati. Così l’approccio sarà già pronto e solo da ‘personalizzare’, per chiunque voglia creare il gemello digitale di qualsiasi altro vulcano”. Ciò significa che l’Etna non sarà più l’unico ad averne uno, ma resterà comunque nella storia per essere stato il primo a lasciarci violare la sua privacy, in nome della ricerca.