Active volcano drill project to reveal caldera secrets.Progetto di perforazione del vulcano attivo dei Campi Flegrei a Napoli per rivelare i segreti della caldera.

Active volcano drill project to reveal caldera secrets.  The patent process ENEA RM2012A000637 could be very useful in this application/ Progetto di perforazione del vulcano attivo dei Campi Flegrei a Napoli per rivelare i segreti della caldera. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 potrebbe essere molto utile in quest'applicazione.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Joseph Cotellessa

Eruption of the caldera, which is near Naples, may be imminent

       Eruzione della caldera, che è vicino a Napoli, potrebbe essere          imminente

A controversial drilling project aims to determine the danger posed by Italy’s Campi Flegrei volcano. Stuart Nathan reports

Volcanoes have shaped the world – and caused devastation in their wake. In Southern Europe they are a constant threat – the effects of a large eruption could destroy buildings and infrastructure; engulf and incinerate agriculture; and wipe out populations. Around Naples, the remains of Pompeii and Herculaneum are a constant, grim reminder of what the looming presence of Mount Vesuvius could do to the city.
Vesuvius isn’t the only threat in the area, however. Less well known but even larger is a formation called Campi Flegrei, a 13km-wide crater that sits on top of an active magma chamber, whose name roughly translates as ’burning fields’. The last eruption in Campi Flegrei was in 1538, but for the past 40 years the ground in the area has been swelling – an ominous omen that another eruption could be imminent.

The potential danger and the fact that little is known about this kind of volcano, which is known as a caldera, has led to plans to drill into Campi Flegrei to insert sensors that will allow scientists to locate the magma chamber precisely and find new data on the conditions around and inside it. But the project is proving controversial – opponents fear that the drilling could release heavy metals and other pollutants to the surface, or could trigger seismic events or another eruption.
Ask someone to draw a volcano and they’re likely to sketch out the classic conical mountain with smoke and lava coming out of the top. These eruptions can be cataclysmic enough – Mount St Helens in the US in 1980, Eyjafjallajökull in Iceland this year, and, indeed, Vesuvius in 79AD all prove this. But caldera volcanoes have the potential to be even worse.
Calderas are formed when a large volcanic eruption completely empties a magma chamber. The ground above collapses, forming a ring-shaped fault line and a large, shallow depression. But if volcanic activity continues, the centre of the depression can be pushed upwards and eventually can erupt again. When this happens, the results can make other volcanoes look like firecrackers.
Campi Flegrei formed some 39,000 years ago; the explosion that led to its creation sent ash as far as Moscow. The last time a caldera of comparable size erupted was in 1816, in Indonesia. It killed more than 70,000 people – more than 11,000 as a direct result of the eruption – and sent enough ash into the atmosphere to cause a ’volcanic winter’. There was effectively no summer in the US and Europe, leading to crop failure and livestock death in much of the Northern Hemisphere.
The ’big daddy’ of volcanic calderas is at Yellowstone in the US. Like Campi Flegrei it is still active and its last explosion, 640,000 years ago, sent 1,000km3 of rock and dust into the atmosphere, causing long-lasting changes to the planet’s climate. Another caldera eruption, some 70,000 years ago, which created Lake Toba in Sumatra, caused a ’volcanic winter’ lasting six to seven years, and is believed to have killed off all but a few thousand members of the human race.

Small to moderate caldera eruptions represent a major risk, particularly in urban areas

The stakes, clearly, are high. ’Although very rare, such super-eruptions represent a serious threat to mankind,’ said Guiseppe De Natale of the Italian Institute of Geophysics and Vulcanology (INGV), who is leading the drilling project. ’However, small to moderate eruptions represent a major risk as well, particularly in urban areas.’ The area around Campi Flegrei is highly urbanised, with Naples nearby and many smaller towns and villages. Indeed, between 1982 and 1984 the ground was rising at a rate of 1m/yr, leading to the temporary evacuation of 30,000 people from the town of Pozzuoli, which lies above the centre of the caldera.
The project plans to drill at Bagnoli, an area near Naples on the eastern part of the caldera. De Natale hopes to penetrate down to 500m in a pilot phase, starting this month. Next spring, the main hole is to be drilled, reaching down to 4km. Fibre-optic sensors will be placed inside the borehole, measuring temperature and strain, and therefore giving information on seismic activity and ground deformation. These will have to withstand temperatures as high as 600ºC. The team expects to hit supercritical fluids, but should come nowhere near any magma – the main chamber is believed to be 6-7km down.
’The role of deep drilling in this area is crucial,’ De Natale told the European Geosciences Union General Assembly in May this year. ’It could give a fundamental, precise insight into the substructure, the geometry and character of the geothermal systems.’ It could also provide insight into the composition and chemistry of the magma and how magma and water interact.
The drill site is some way away from the magma chamber because it will allow De Natale’s geologists to look at the structure of the rock strata that make up the caldera. Closer to the centre of the structure the strata have collapsed and the picture would be confused. However, the relatively shallow level of the magma chamber is another factor that makes Campi Flegrei a good site for study. Extrapolating the temperature profile down the borehole will give a precise location for the magma.
Building sensors that can withstand such conditions is extremely challenging. Some of the most promising are made from silicon carbide (SiC), which has semiconducting properties similar to those of elemental silicon, but is also very resistant to many forms of radiation, including heat – while silicon-based electronics work up to 175ºC, SiC continues to function above 600ºC.

Deep drilling could give an insight into the substructure, geometry and character of geothermal systems

SiC sensors are the subject for a large EU-funded project called SCEPTRE (silicon carbide for high-power and temperature applications), aimed at developing electronic components and sensors for space applications (particularly in planetary exploration), pollution sensing and energy conversion. One sub-project is looking at developing X-ray spectroscopy sensors for use in missions to Europa and Titan. If they can withstand that, then the conditions inside a volcano should pose no problems.
Meanwhile, De Natale believes that the Campi Flegrei project could also provide insights for geothermal energy. If superheated fluids are present, he reasons, then there’s the potential to install heat exchangers at depth to recover the energy and use it to power generating turbines. Could the risks of living near a caldera be balanced by the potential for cheap, green power? It’s a question that Neopolitans could soon have to ask themselves.

In depth – Iceland Deep Drilling Project

Iceland, with its notoriously volcanic landscape, is also housing a deep-drilling project with the aim of investigating geothermal power. However, the Iceland Deep Drilling Project hit a snag last summer, when it unexpectedly encountered a molten magma chamber.
The project, based at Krafla, a 10km-wide caldera volcano in the north of the island, aims to drill down 4.5km into the volcano to investigate the conditions of supercritical fluids trapped in the rock. The volcano already powers a 60MW power station, which has been operating since 1977.

Letting off steam: volcanoes such as Krafla in Iceland are used to produce energy

Rilascio del vapor acqueo: vulcani, come Krafla in Islanda sono utilizzati per la produzione di energia

However, towards the end of June 2009, the drill encountered molten rock at a depth of just 2.1km. The drill was stopped and studies into the situation are continuing, with tests of the fluids at that depth and their characteristics. The most recent flow tests, in July, showed that the well is discharging 30kg/sec of dry, superheated steam, corresponding to 30MW of electric power.

ITALIANO


Un progetto di perforazione controverso mira a determinare il pericolo rappresentato dai Campi Flegrei vulcano d'Italia. Stuart Nathan riporta
I vulcani hanno plasmato il mondo - e hanno causato la devastazione nella loro scia. Nel Sud Europa sono una costante minaccia - gli effetti di una grande eruzione potrebbe distruggere gli edifici e le infrastrutture; inghiottire e bruciare l'agricoltura; e spazzare via le popolazioni. Vicino Napoli, i resti di Pompei ed Ercolano sono una costante, triste promemoria di ciò che la presenza incombente del Vesuvio potrebbe fare per la città.
Vesuvio non è l'unica minaccia nella zona, tuttavia. Meno noto, ma ancora più grande è una formazione denominata Campi Flegrei, un cratere di 13 km a livello che si trova sulla cima di una camera magmatica attiva, il cui nome si traduce approssimativamente come "campi ardenti". L'ultima eruzione nei Campi Flegrei è stato nel 1538, ma negli ultimi 40 anni il terreno nella zona si è alzato: - un presagio di malaugurio che un'altra eruzione potrebbe essere imminente.

Il pericolo potenziale e il fatto che poco si sa su questo tipo di vulcano, che è conosciuto come una caldera, ha portato ai piani per perforare i Campi Flegrei per inserire sensori che permetteranno agli scienziati di individuare la camera magmatica in modo preciso e trovare nuovi dati sulle condizioni intorno e dentro di esso. Ma il progetto si sta rivelando controverso - gli avversari temono che la perforazione potrebbe rilasciare metalli pesanti e altre sostanze inquinanti in superficie, o potrebbe innescare eventi sismici o un'altra eruzione.
Chiedere a qualcuno di disegnare un vulcano e sono suscettibili di delineare la classica montagna conica di fumo e lava che esce dalla cima. Queste eruzioni possono essere abbastanza catastrofiche - Monte St. Helens negli Stati Uniti nel 1980, Eyjafjallajökull in Islanda quest'anno, e, anzi, il Vesuvio nel 79 dC lo dimostrano. Ma vulcani Caldera hanno il potenziale per essere ancora peggiori.
Le Caldere si formano quando una grande eruzione vulcanica svuota completamente una camera magmatica. Il terreno sopra crolla, formando una linea di faglia a forma di anello e una grande, depressione poco profonda. Ma se l'attività vulcanica continua, il centro della depressione può essere sollevato ed eventualmente può scoppiare di nuovo. Quando questo accade, i risultati possono far sembrare altri vulcani solo come petardi.
I Campi Flegrei si sono formati circa 39.000 anni fa; l'esplosione che ha portato alla sua creazione ha inviato cenere fino a Mosca. L'ultima volta che una caldera di dimensioni comparabili  era scoppiata fu nel 1816, in Indonesia. Ha ucciso più di 70.000 persone - più di 11.000 come diretta conseguenza dell'eruzione - e ha inviato abbastanza cenere nell'atmosfera per causare un 'inverno vulcanico'. Non c'era modo più efficace senza estate negli Stati Uniti e in Europa, per portare la morte del bestiame in gran parte dell'emisfero settentrionale.
Il 'Big Daddy' di caldere vulcaniche è a Yellowstone negli Stati Uniti. Come i Campi Flegrei è ancora attiva e la sua ultima esplosione, 640.000 anni fa, ha inviato 1,000 km3 di roccia e polvere nell'atmosfera, causando cambiamenti di lunga durata per il clima del pianeta. Un'altra eruzione di caldera, circa 70.000 anni fa, che ha creato Lago Toba a Sumatra, ha causato un 'inverno vulcanico' della durata di sei o sette anni, e si crede di non aver fatto fuori tutti, ma soltanto qualche migliaio di membri della razza umana.
Piccole e moderate eruzioni di Caldera rappresentano un rischio maggiore, soprattutto nelle aree urbane
La posta in gioco, in modo chiaro, è alta. 'Anche se molto rari, come super-eruzioni rappresentano una grave minaccia per l'umanità', ha detto Giuseppe De Natale dell'Istituto Italiano di Geofisica e Vulcanologia (INGV), che guida il progetto di perforazione. 'Tuttavia, le piccole  moderate eruzioni rappresentano un rischio grave e, in particolare nelle aree urbane.' La zona intorno a Campi Flegrei è altamente urbanizzata, con Napoli nelle vicinanze e molte città e villaggi più piccoli. Infatti, tra il 1982 e il 1984 il terreno era in aumento ad un tasso di 1 m / anno, che porta alla evacuazione temporanea di 30.000 persone dalla città di Pozzuoli, che si trova sopra il centro della caldera.
Il progetto prevede di perforare a Bagnoli, una zona vicino a Napoli sulla parte orientale della caldera. De Natale spera di penetrare fino a 500 metri in una fase pilota, a partire da questo mese. La prossima primavera, il foro principale sarà  forato, che scende a 4 km. I sensori a fibre ottiche saranno collocate all'interno del pozzo, per ottenere la temperatura e la tensione di misurazione, e quindi dare informazioni sulle attività sismiche e deformazioni del suolo. Questi dovranno sopportare temperature fino a 600 ° C. Il gruppo si aspetta di trovare fluidi supercritici, ma non si dovrebbe mai venire da nessuna parte vicino a qualsiasi magma - la camera principale si crede sia 6-7km verso il basso.
'Il ruolo di perforazione profonda in questo settore è di fondamentale importanza,' ha detto De Natale l'Assemblea Generale dell'Unione Europea Geosciences nel maggio di quest'anno. 'Si potrebbe dare una fondamentale, intuizione precisa nella sottostruttura, la geometria e il carattere dei sistemi geotermici.' Si potrebbe anche fornire una conoscenza della composizione e la chimica del magma e come magma e acqua interagiscono.

Il sito del trapano è una certa distanza dalla camera magmatica perché permetterà ai geologi  De Natale di guardare la struttura degli strati di roccia che compongono la caldera. Più vicino al centro della struttura gli strati sono crollati e il quadro sarebbe confuso. Tuttavia, il livello relativamente poco profondo della camera magmatica è un altro fattore che rende Campi Flegrei un buon sito per lo studio. Estrapolando il profilo di temperatura lungo il pozzo darà una posizione precisa per il magma.
I sensori che possono resistere a tali condizioni sono estremamente impegnativi. Alcuni dei più promettenti sono costituiti da carburo di silicio (SiC), che ha proprietà di essere un semiconduttore simili a quelli di silicio elementare, ma è anche molto resistente a molte forme di radiazioni, compreso il calore - mentre l'elettronica silicio lavora fino a 175 ºC, quella del SiC continua a funzionare sopra i 600 ° C.
La foratura profonda potrebbe dare una panoramica della sottostruttura, la geometria e il carattere di sistemi geotermici
I sensori SiC sono il soggetto per un grande progetto finanziato dall'UE denominato SCEPTRE (carburo di silicio per applicazioni ad alta potenza e temperatura), finalizzato allo sviluppo di componenti elettronici e sensori per applicazioni spaziali (in particolare in esplorazione planetaria), rilevamento di inquinamento e la conversione di energia. Un sub-progetto sta cercando di sviluppare sensori di spettroscopia a raggi X per l'impiego in missioni in Europa e Titano. Se sono in grado di sopportare questo ambiente, allora le condizioni all'interno di un vulcano non dovrebbe porre problemi.
Nel frattempo, De Natale ritiene che il progetto Campi Flegrei potrebbe anche fornire spunti per l'energia geotermica. Se sono presenti fluidi surriscaldati, ragiona, poi c'è la possibilità di installare scambiatori di calore in profondità per recuperare l'energia e usarla per alimentare le turbine che generano. Potrebbero i rischi di vivere nei pressi di una caldera essere bilanciati dal potenziale a buon mercato, di energia verde? E 'una domanda che napoletani potrebbe presto chiedere a se stessi.

Approfondimento - Progetto di Iceland Deep Drilling 

Islanda, con il suo paesaggio notoriamente vulcanico, è anche l'alloggiamento di un progetto di una profonda foratura con l'obiettivo di indagare l'energia geotermica. Tuttavia, il Drilling Project Islanda ha avuto un intoppo la scorsa estate, quando inaspettatamente ha incontrato una camera di magma fuso.
Il progetto, con sede a Krafla, una caldera del vulcano di 10 km in tutto, nel nord dell' isola, si propone di perforare 4,5 km nel vulcano per indagare le condizioni di fluidi supercritici intrappolati nella roccia. Il vulcano già alimenta una centrale elettrica 60MW, che opera dal 1977.
Tuttavia, verso la fine di giugno 2009, il trapano ha incontrato roccia fusa ad una profondità di soli 2,1 km. Il trapano è stato fermato e studi sulla situazione stanno continuando, con le prove dei fluidi a quella profondità e le loro caratteristiche. Le più recenti prove di portata, nel mese di luglio, hanno dimostrato che il pozzo sta scaricando 30 kg / sec di  vapore secco surriscaldato, corrispondente a 30 MW di energia elettrica.


Da:

https://www.theengineer.co.uk/issues/4-october-2010/active-volcano-drill-project-to-reveal-caldera-secrets/?cmpid=tenews_3079400