Simulazione numerica multifase del blast del 18 Maggio 1980 al Mount St Helens (USA)

PUBBLICATO: 28 Aprile 2011

Focus

Trent’anni dopo la famosa eruzione del Mount St. Helens (Washington – US) abbiamo potuto simulare ed analizzare le caratteristiche del “blast” del 18 Maggio 1980, che devastò un’area di 600 km2 a Nord del vulcano e uccise cinquantasette persone. Il modello fisico-matematico utilizzato descrive l’esplosione della miscela eruttiva (formata da gas ad alta temperatura e pressione, ceneri, pomici e frammenti di roccia) e la propagazione della nube vulcanica lungo il pendio e attraverso la regione montuosa circostante. Le condizioni iniziali, che producono la violenta esplosione della miscela magmatica, sono state derivate dal vasto archivio geologico disponibile per questa eruzione, una delle più studiate e documentate al mondo. I risultati di questo studio riproducono in maniera soddisfacente alcune proprietà macroscopiche dell’evento, tra cui la velocità del fronte, la massima distanza raggiunta dai flussi e l’impatto ad essi associato, e dimostrano che, laddove sia possibile ricavare dei vincoli geologici accurati e grazie alla potenza dei moderni supercalcolatori, i modelli fisico-matematici sono in grado di riprodurre le caratteristiche principali di un blast vulcanico. Tale capacità renderà più efficace la mappatura della pericolosità vulcanica nelle regioni potenzialmente soggette a questo tipo di fenomeno eruttivo.

Metodo

Le simulazioni numeriche sono state effettuate sfruttando la potenza di computer paralleli per risolvere le equazioni di trasporto per una miscela comprimibile composta da una fase gassosa multicomponente e quattro fasi granulari, di cui tre rappresentano le principali componenti magmatiche della miscela e una le particelle di roccia derivanti dall’erosione e dal collasso dell’edificio vulcanico. Il dominio computazionale si estende 40 km in longitudine (asse x), 30 km in latitudine e 8 km in verticale (asse z). La griglia di calcolo ha una risoluzione massima orizzontale di 200 m e di 20 m in verticale, per un totale di 8 milioni di celle di calcolo. Ogni singola simulazione (della durata di circa 400 s di evento reale), comporta un tempo di calcolo di circa 10000 ore di CPU, cioè circa 5 giorni di calcolo su 128 cores AMD a 2.4 GHz in esecuzione parallela.

Riferimento:

Esposti Ongaro, T., C. Widiwijayanti, A.B. Clarke, B. Voight, and A. Neri. Multiphase-flow numerical modelling of the May 18, 1980 lateral blast at Mount St. Helens, USA, Geology, June 2011, v. 39 n. 6; p. 535-538; doi:10.1130/G31865.1.

Abstract:

Volcanic lateral blasts are among the most spectacular and devastating of natural phenomena but their dynamics are still poorly understood. Here we investigate the best documented and most controversial blast at Mount St Helens on May 18, 1980. By means of 3D multiphase numerical simulations we demonstrate that the blast front propagation, final runout and damage can be explained by the emplacement of an unsteady, stratified pyroclastic density current, controlled by gravity and terrain morphology. Such interpretation is quantitatively supported by large-scale observations at Mount St Helens and will influence the definition and predictive mapping of hazards on blast-dangerous volcanoes worldwide.

Contatto:

tomaso.ongaro (at) pi.ingv.it

Figura 2. Mappa della concentrazione totale di particelle piroclastiche (in scala logaritmica) a 10 m dal suolo a 100 s dall'inizio del blast — Figura 2. Mappa della concentrazione totale di particelle piroclastiche (in scala logaritmica) a 10 m dal suolo a 100 s dall’inizio del blast. Le linee colorate rappresentano l’area invasa dalla valanga di detrito (bianco), il bordo esterno della zona affetta dal blast (giallo) e il confine dell’area devastata (arancio). Infine, in verde scuro, è riportata la posizione del fronte a diversi tempi, ricavata da immagini fotografiche e satellitari (isocrone ogni mezzo minuto, l’isocrona 35 indica le ore 8:35) (Moore e Rice, 1984, Figura 10.2 e 10.7). La prima esplosione è avvenuta alle ore 8:32.7. La seconda esplosione (maggiore) è avvenuta probabilmente alle 8:33.7 ed ha superato il primo fronte alle 8:34.5.

Figura 2. Mappa della concentrazione totale di particelle piroclastiche (in scala logaritmica) a 10 m dal suolo a 200 s dall’inizio del blast. Le linee colorate rappresentano l’area invasa dalla valanga di detrito (bianco), il bordo esterno della zona affetta dal blast (giallo) e il confine dell’area devastata (arancio). Infine, in verde scuro, è riportata la posizione del fronte a diversi tempi, ricavata da immagini fotografiche e satellitari (isocrone ogni mezzo minuto, l’isocrona 35 indica le ore 8:35) (Moore e Rice, 1984, Figura 10.2 e 10.7). La prima esplosione è avvenuta alle ore 8:32.7. La seconda esplosione (maggiore) è avvenuta probabilmente alle 8:33.7 ed ha superato il primo fronte alle 8:34.5.

Figura 2. Mappa della concentrazione totale di particelle piroclastiche (in scala logaritmica) a 10 m dal suolo a 380 s dall’inizio del blast. Le linee colorate rappresentano l’area invasa dalla valanga di detrito (bianco), il bordo esterno della zona affetta dal blast (giallo) e il confine dell’area devastata (arancio). Infine, in verde scuro, è riportata la posizione del fronte a diversi tempi, ricavata da immagini fotografiche e satellitari (isocrone ogni mezzo minuto, l’isocrona 35 indica le ore 8:35) (Moore e Rice, 1984, Figura 10.2 e 10.7). La prima esplosione è avvenuta alle ore 8:32.7. La seconda esplosione (maggiore) è avvenuta probabilmente alle 8:33.7 ed ha superato il primo fronte alle 8:34.5.

Mappa della concentrazione totale di particelle piroclastiche (in scala logaritmica) a 10 m dal suolo a 100 s, 200 s e 380 s dall’inizio del blast. Le linee colorate rappresentano l’area invasa dalla valanga di detrito (bianco), il bordo esterno della zona affetta dal blast (giallo) e il confine dell’area devastata (arancio). Infine, in verde scuro, è riportata la posizione del fronte a diversi tempi, ricavata da immagini fotografiche e satellitari (isocrone ogni mezzo minuto, l’isocrona 35 indica le ore 8:35) (Moore e Rice, 1984, Figura 10.2 e 10.7). La prima esplosione è avvenuta alle ore 8:32.7. La seconda esplosione (maggiore) è avvenuta probabilmente alle 8:33.7 ed ha superato il primo fronte alle 8:34.5.

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