cenere vulcanica

NOTAM
PERIODICO DI INFORMAZIONE TECNICA PILOTI UILT N.11
Numero speciale: cenere vulcanica.
CENERE VULCANICA !
Perché la cenere vulcanica è così pericolosa per gli aerei ? Da anni le eruzioni vulcaniche
si stanno trasformando in un autentico incubo per l’aviazione civile e non solo; la cenere
rilasciata dalle eruzioni è di fatto “invisibile” ai radar e quindi difficilmente identificabile a
distanza se non tramite la sola osservazione visibile.
Negli ultimi 20 anni, sono 80 i voli che hanno segnalato problemi dopo avere incontrato
una nube di cenere vulcanica. Due Boeing 747, con quasi 500 persone a bordo, hanno
rischiato di precipitare, mentre nei restanti casi sono stati riportati gravi danni agli
aeromobili, costati alle compagnie aeree centinaia di migliaia di dollari in manutenzioni
straordinarie. Il primo episodio risale al 1982: in volo a FL330, un Boeing British Airways
partito da Londra e diretto ad Auckland entrò in una nube di cenere dopo l'eruzione del
vulcano indonesiano Galunggang. I quattro motori si fermarono e l'aereo perse più di
18.000 ft fino a quando i piloti riuscirono a far ripartire uno dei quattro motori per poi
atterrare a Giacarta. Nel 1989 un Boeing della Klm in volo da Amsterdam a Tokyo subì
l'arresto dei motori dopo essere finito in una nube di cenere causata da un vulcano in
Alaska e riuscì a riavvarli solamente a circa 15.000 ft.
Prima di quella del vulcano Islandese Eyjafjallajokul la più grande eruzione degli ultimi
decenni fu quella del monte Pinatubo, nelle Filippine, avvenuta il 15 giugno del 1991: la
nube si diffuse per oltre 8.000 chilometri e impose la chiusura di sette aeroporti della
regione.
Definizione di cenere vulcanica
Il termine "cenere vulcanica" si riferisce a piccole particelle di roccia polverizzata espulsa
nell'atmosfera durante un'eruzione
vulcanica. Nel caso di eruzioni ad alta
esplosività, la cenere, viene proiettata
con velocità iniziali intorno agli 80 –
90 m/s a decine di chilometri di
altezza. Le particelle di dimensioni più
piccole, che vanno da 1 a 15 micron,
possono permanere nell'atmosfera
per diversi giorni e trasportate dai
venti troposferici o stratosferici,
percorrono distanze notevoli (Fig.1).
Fig.1.
1
La cenere vulcanica è composta da silicati, soprattutto di alluminio e magnesio. Queste,
una volta ingerite, fondono nella camera di combustione dei moderni motori jet, le cui
temperature di esercizio si aggirano intorno a 1400 gradi C. Solidificano quindi sulle
palette e sulle parti in movimento delle turbine (Fig.2) riducendo le prestazioni del motore
fino a provocarne il blocco totale.
Fig.2.
Essendo inoltre molto dura ed estremamente abrasiva, la cenere erode la struttura del
velivolo, le superfici di volo e le parti del motore (Fig. 3 e 4). Provoca l'abrasione dei vetri
della cabina di pilotaggio fino a ridurre o azzerare la visibilità del pilota, e può causare
l’intasamento degli strumenti di misura della velocità ed altitudine fino a renderli inefficaci.
Infine a causa delle dimensioni estremamente ridotte, la cenere vulcanica non viene
fermata dai normali sistemi di filtraggio, e può notevolmente contaminare il sistema di
condizionamento, così come quello elettrico e le unità avioniche, rendendo difficoltoso il
controllo dell'aereo. In ultimo, la cenere vulcanica è spesso accompagnata da un aerosol
molto corrosivo di acido solforico (H2SO4) proveniente dall'ossidazione ed idratazione
dell'anidride solforosa (SO2) rilasciato durante l'eruzione.
Fig.3.
Fig.4.
2
Danni causati ai velivoli
Allo scopo di definire i rischi associati all’attraversamento di una nube di cenere vulcanica,
è importante valutare i danni che la cenere provoca all’aeroplano. Diversi livelli di danno si
possono verificare ad un aereo a seconda del variare di alcuni parametri come la densità e
le dimensioni delle particelle, la composizione della nube e la temperatura di fusione dei
differenti costituenti. Inoltre è molto importante sia il tipo di aereo che la strumentazione di
bordo.
Gunn e Wade hanno condotto diversi esperimenti allo scopo di determinare gli effetti
prodotti su un aeroplano durante l’attraversamento di una nube di ceneri vulcaniche
concludendo che:
- La presenza dei fuochi di Sant’Elmo (a) sulla superficie del velivolo è indicativa della
presenza di polveri nell’ambiente;
- il modo in cui il motore si comporterà in un ambiente con polveri dipende dalla
concentrazione delle ceneri, dalla loro composizione, dalla temperatura di esercizio del
motore stesso, e dal sistema di controllo del motore;
- la temperatura della sezione di ingresso della turbina, sufficiente a causare il deposito di
materiali sulle sezioni calde del motore, è di circa 1100°C . Molti motori di vecchia
generazione operanti a temperature più basse non riportavano depositi sulle sezioni calde,
ma solo danni legati alla corrosione del compressore. I nuovi motori, viceversa, riportano
danni sia da accumulo che da corrosione, a meno che non venga ridotta la spinta per
abbassare la temperatura della turbina
Se l’attraversamento di una nube di cenere vulcanica non può essere evitato, l’equipaggio
deve ridurre la spinta del motore, uscire dalla nube e tenere sotto controllo i parametri
motore. La combinazione dei parametri primari e secondari aiuterà a determinare il grado
di danno subito dal motore. Operazioni prolungate in ambienti saturi di polvere possono
causare danni permanenti al motore fino al suo arresto. In tal caso, il riavvio sarà possibile
a condizione che gli iniettori del carburante non si siano intasati (Fig.5).
(a) I fuochi di Sant’Elmo sono delle scariche
elettrostatiche causate dallo strofinio delle
particelle di polvere sulla superficie metallica
dell’aereo.
Fig.5.
3
Una storia vera
Il vulcano Redoubt vicino ad Anchorage in Alaska, inizia la fase eruttiva il 14 dicembre
1989. Il giorno seguente un aeromobile 747-400 della compagnia olandese KLM
equipaggiato con motori GE CF6-80C2, alla quota di 25.000 ft ha un avaria con arresto di
tutti e quattro i motori causata da ingestione di cenere vulcanica. La figura 6 mostra la
rotta seguita dall’aereo durante l’incidente.
Durante la discesa a 25.000 ft l'aeroplano entra
in un sottile strato di nubi, quando
improvvisamente all'esterno diventa tutto scuro.
L'equipaggio afferma di aver visto una notevole
attività elettrostatica davanti al parabrezza
(fuochi di Sant’Elmo). Contemporaneamente una
polvere marrone dall'odore sulfureo entra in
cockpit. Il Comandante inizia una salita nel
tentativo di uscire dalla nube. Un minuto dopo
con assetto cabrato e massima potenza, tutti i
quattro motori si spengono inoltre a causa della
polvere entrata in cockpit l'equipaggio decide
d'indossare le
maschere
d'ossigeno.
Inizialmente
la
velocità
dell'aeromobile
diminuisce
in
maniera
normale
e
successivamente in maniera rapida. Tutte le
indicazioni di velocità vengono perse a causa
dell'intasamento del Pitot causato della cenere
vulcanica e l'indicatore di stallo inizia a
lampeggiare.
Fig.6.
l piloti reagiscono a quest'ultima indicazione, con una picchiata allo scopo di evitare lo
stallo, ed iniziano una virata a sinistra nel tentativo ulteriore di uscire dalla nube vulcanica.
Con i motori spenti viene persi anche i generatori e di conseguenza tutti gli strumenti ad
eccezione di quelli di emergenza.
Nonostante la mancanza dei motori, la pressione in cabina rimane entro i limiti per cui ai
passeggeri non viene richiesto di indossare le maschere. Tale scelta è stata fatta
dall'equipaggio anche in considerazione di una possibile contaminazione dell'impianto di
ossigeno passeggeri.
L'emergenza è stata dichiarata ad una quota approssimativa di 17.000 ft. L'equipaggio
dopo otto tentativi di riaccensione dei motori, riesce ad avviare i motori 1 e 2 e si porta ad
una quota livellata di 13.000 ft; dopo diversi altri tentativi riesce ad avviare i motori 3 e 4.
Passando al traverso di Anchorage at 11,000 ft, l'aeroplano viene vettorato sul sentiero di
discesa per pista 06 e scende a 2000 ft. Durante tutta la fase di avvicinamento, il
comandante mantiene sempre con difficoltà il contatto visivo con la pista, a causa del
parabrezza completamente opacizzato dall'abrasione esercitata dalle particelle di polvere.
L'aereo atterra senza ulteriori inconvenienti.
La manutenzione dell’aereo richiese circa 80 milioni di dollari e la sostituzione di tutti e
quattro i motori.
4
Tecniche e strumenti di rilevamento di nubi di ceneri vulcaniche
Per individuare le nubi di ceneri vulcaniche, si ricorre all’uso dei satelliti meteorologici
(Fig.7).
Fig.7.
Essi permettono di discriminare le nubi vulcaniche dalle normali nubi di vapore, mediante
l’utilizzo di procedimenti grafici e di tecnologie ad immagini multi-spettrali ( immagini da
satellite prese a diverse lunghezze d’onda). I satelliti polari NOAA permettono di ottenere
attraverso diversi sensori, immagini su 5 diverse lunghezze d’onda. Il procedimento grafico
di sottrazione delle immagini ottenute sui canali 5 e 4, consente di valutare sia la presenza
che l’estensione della nube di cenere vulcanica, ma è condizionato dal passaggio sulla
zona di interesse dei satelliti polari, che avviene mediamente ogni ora.
La messa in orbita della nuova generazione di Meteosat, porterà un notevole
miglioramento in quanto l’acquisizione delle immagini su ben 9 canali spettrali, avverrà
ogni 15 minuti.
Per quanto riguarda invece la previsione dello spostamento e della
dispersione della nube (variazione di concentrazione) si utilizzano dei modelli matematici.
Ruolo del Vulcanic Ash Advisory Center
Le nubi di cenere vulcanica, come abbiamo visto, possono rappresentare un grave
pericolo per l'aviazione causando problemi molto seri come il deterioramento del velivolo o
il blocco dei motori. Inoltre, gli attuali radar meteo che equipaggiano i moderni aerei non
sono in grado di rilevare, se non molto raramente, nubi di cenere vulcanica. Ciò significa
che l'individuazione di queste particolari nubi deve essere tempestivamente comunicata ai
piloti in volo usando speciali messaggi di sicurezza regolarmente aggiornati. I messaggi di
allerta (SIGMET di cenere vulcanica) sono emessi da un ufficio di veglia meteorologica per
la propria area di responsabilità. Questo servizio di veglia internazionale comporta uno
stretto coordinamento tra comunità vulcanologiche, meteorologiche e di aviazione e le loro
reti di comunicazione. A livello mondiale sono stati istituiti 9 Centri di informazione sulle
ceneri vulcaniche (Fig.8).
5
Essi sono :
SEDE
Anchorage VAAC
Tokyo VAAC
Darwin VAAC
Wellington VAAC
Buenos Aires VAAC
Montreal VAAC
London VAAC
Toulouse VAAC
Washington VAAC
AREA DI RESPONSABILITA’
Aleutian Islands and Alaska
Kamchatka, Kuriles, Japan
Indonesia, Papua New Guinea and S. Philippines
New Zealand and South East Pacific
South America S of Peru
Canada Greenland and North Pole
Iceland and North Atlantic east of Greenland
Africa, Europe west of Urals, Middle East
USA, NW Pacific, Caribbean and Middle and South
America N of Peru
Il compito principale di un VAAC, ciascuno nell’ area di propria responsabilità, è quello di
localizzare e prevedere lo spostamento delle nubi di cenere vulcanica che possono
rappresentare un potenziale rischio per la navigazione aerea. Inoltre essi provvedono a
informare gli aeromobili in volo o che pianificano di volare in zone a rischio.
Le fonti di informazione sono costituite dagli osservatori vulcanici, da riporti di volo, da
immagini da satellite e da modelli numerici di traiettorie di nubi vulcaniche basati sui venti
ai vari livelli di volo. In Italia per l’Etna il compito di effettuare l’osservazione della nube di
cenere vulcanica è stato delegato all’Aeronautica Militare che si avvale della stazione
meteorologica di Catania-Sigonella.
Raccomandazioni da adottare in caso di attraversamento di nubi di
cenere
Sicuramente il modo migliore per evitare i pericoli connessi all’attraversamento di una
nube di ceneri vulcaniche è non volarci dentro. Tuttavia è possibile trovarsi dentro una
nube di ceneri vulcaniche senza rendersene conto. Questo può succedere specialmente di
notte, o quando il cielo è completamente coperto da nubi di vapore.
6
Alcuni segnali inequivocabili, permettono di comprendere di essere all’interno di una nube
di cenere vulcanica, anche in condizioni di scarsa visibilità (Campbell, Ernest E. ,1994):
- presenza di forti scariche elettrostatiche (fuochi di Sant’Elmo) intorno al parabrezza e ai
motori;
- infiltrazioni di polvere vulcanica in cabina;
- diffusione di un odore acre simile a quello elettrico accompagnato da quello di uova
tipico dei solfuri;
- malfunzionamento anche multiplo dei motori con possibilità di arresto;
- diminuzione dell’indicazione della velocità;
- diminuzione o perdita di pressione in cabina;
Una serie di azioni consentono di ridurre al minimo i danni provocati dalle ceneri
vulcaniche:
- ridurre immediatamente la potenza su idle. La cenere può provocare una rapida erosione
e danneggiare le componenti interne dei motori;
- autopilota off ed autothrottle off (se ingaggiati) per prevenire eventuali incrementi di
spinta;
- uscire dalla nube vulcanica il più presto possibile. La nube potrebbe estendersi per
alcune centinaia di miglia. La distanza / il tempo minore per uscire dalla nube, potrebbe
richiedere anche un inversione di rotta a 180°. Ten tare di risalire ad una quota superiore al
livello della nube non è raccomandabile, in quanto l’incremento di spinta potrebbe
provocare maggiori danni o addiritura lo spegnimento dei motori.
- sistemi anti-ghiaccio del motore e delle ali ON.
- APU (Auxiliary Power Unit) se disponibile ON . L’APU può essere usata per alimentare
gli apparati elettrici in caso di perdita di uno o più generatori;
- maschera di ossigeno indossata e al 100%, se necessario;
- ignition on;
- monitorizzare le temperatura motori. Se necessario spegnere e riaccendere i motori per
tenere i valori entro i limiti.
- chiudere le outflow valve;.
- non utilizzare il sistema di riscaldamento carburante.
- riavviare i motori. In caso di mancato avvio, riprovare immediatamente. La riaccensione
del motore potrebbe risultare impossibile fino a quando la velocità e la quota non
raggiungono i valori previsti per l’accensione. Atterrare ASAP.
7
Conclusioni
Le ceneri vulcaniche rappresentano un rischio per gli aeromobili, in quanto esse
provocano danni di natura meccanica (abrasione), fisica (fusione e solidificazione) e
chimica (corrosione) sulle diverse parti del velivolo con cui vengono a contatto. Gli attuali
radar meteorologici presenti a bordo dei moderni aerei, non sono in grado di identificare
tali fenomeni. Risulta evidente quindi, come la tempestiva informazione sul verificarsi di tali
fenomeni sia l’unico strumento di efficace e reale prevenzione. In Italia, la scarsa
conoscenza del fenomeno e la presenza di attività vulcanica pressochè inesistente, se si
escludono alcune sporadiche attività dell’Etna, ha abbassato la soglia di attenzione al
punto da considerare il rischio marginale se non addirittura nullo.
Mantenere elevato il livello di attenzione sulle ceneri vulcaniche, non esclude
completamente il rischio di incidente, ma riduce drasticamente la possibilità che esso si
verifichi.
F/O Matteo Labò
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