I FENOMENI VULCANICI
VULCANI, TERREMOTI E ATTIVITÀ ENDOGENA: vulcanesimo
e attività sismica sono la testimonianza più drammatica ed evidente che il
nostro pianeta è geologicamente attivo, sottoposto cioè all’azione di forse interne
di notevole intensità, che
trasformano e rendono instabile la crosta terrestre. I terremoti e le eruzioni
vulcaniche sono espressioni di processi generati all’interno della Terra, che
interessano tutta la litosfera. Lo studio dei vulcani e dei terremoti non ha
solo fini teorici: le eruzioni vulcaniche e i terremoti rappresentano un grave
pericolo per la vita e le opere dell’uomo e quindi è auspicabile mettere a
punto procedure che rendano possibile la previsione e prevenzione di tali
eventi.
VULCANI E PLUTONI: MANIFESTAZIONI DIVERSE DI UNO STESSO PROCESSO:
con il termine vulcanesimo viene indicata l’emissione
attraverso condotti e fenditure sia di fluidi a composizione silicatica (lave), sia di materiali solidi (materiali piroclastici), sia di vapori e
gas. Il vulcanesimo è l’aspetto più vistoso del processo attraverso il quale i
magmi generano le rocce magmatiche. Il vulcanesimo è una fonte preziosa di
in 252e48c formazioni sui magmi e in generale sul processo magmatico.
Nelle
zone della Terra immediatamente sottostanti alla crosta terrestre non esiste
uno strato interamente fuso da cui provengono i materiali che alimentano i
vulcani. Nel suo complesso l’interno della Terra è solido e il magma è presente sotto forma di sacche
isolate in regioni circoscritte della crosta o del mantello superiore. Un magma
può formarsi a causa di un aumento di temperatura, oppure per una riduzione
della pressione. Anche un aumento del contenuto di acqua può facilitare la
trasformazione di una massa solida in magma. Variazioni significative di
temperatura e di pressione si possono verificare in profondità, nelle regioni
instabili della Terra sottoposte all’azione di forze endogene di notevole
portata, che deformano la litosfera. In alcuni casi, tali forze provocano fenomeni di distensione, determinano
cioè la formazione di grandi fratture che attraversano l’intera litosfera.
Nelle zone fratturate la pressione sulle rocce sottostanti diminuisce, perciò i
materiali, parzialmente fusi del mantello, possono fondere del tutto, generando
un magma primario. In altri casi
invece, si creano forze che causano la compressione
e lo sprofondamento di vaste regioni
della litosfera in cui sono presenti sedimenti ricchi di acqua. In queste zone
si ha la produzione sia di magmi primari
(magma femico), sia di magmi di anatessi (magma
sialico), cioè di magmi che si formano in seguito alla fusione della crosta. In
entrambi i casi, all’origine della formazione del magma c’è un processo di
fusione parziale di rocce preesistenti. Dal mantello formato di rocce
ultrafemiche deriva un magma basaltico, mentre dalle rocce della crosta, di
composizione variabile, deriva un magma più sialico.
Una
parte dei magmi non riesce a raggiungere la superficie e solidifica in
profondità: in tal caso si forma un corpo igneo intrusivo chiamato plutone. In molti casi, la massa del
magma risale verso le regioni superficiali della crosta e tende a concentrarsi in bacini, detti camere magmatiche. La composizione dei
magmi può essere molto varia. Indipendentemente dalla sua origine una massa di
magma può differenziarsi durante la risalita, sia perdendo parte dei minerali
che cristallizzano per primi, sia perché si arricchisce di nuovi componenti. Possiamo distinguere magmi femici (basso tenore di silice), magmi sialici (elevato tenore di silice), e magmi intermedi (percentuale di silice intermedia). I tre tipi di
magma hanno caratteristiche fisiche differenti, le proprietà che influenzano
maggiormente il loro comportamento sono la viscosità
e la percentuale di acqua e gas presenti. La viscosità del magma è condizionata
dal contenuto di silice, più il magma è sialico, maggiore è la sua viscosità.
Altri fattori che influenzano la viscosità del magma sono una temperatura elevata (facilita lo
scorrimento del magma) e la presenza di bolle
di gas (aumentano la viscosità).
à magma femico: caldo,
povero di silice e vapore acqueo, poco viscoso
àmagma sialico: freddo, ricco di silice e
vapore acqueo, viscoso
Dalla
viscosità e dalla temperatura di fusione dei silicati presenti dipende la
tendenza dei magmi a generare corpi intrusivi o fenomeni effusivi.
CLASSIFICAZIONE DEI CORPI MAGMATICI INTRUSIVI: i
corpi magmatici intrusivi, plutoni,
possono avere forme e dimensioni molto variabili e sono sempre circondanti da
rocce di altra natura (rocce incassanti),
spesso sedimentarie o metamorfiche. Alcuni plutoni hanno forma massiccia; altri
di inseriscono tra uno strato e l’altro di rocce sedimentarie, formando
strutture allungate, altri ancora attraversano trasversalmente gli starti
sedimentari.
àplutone discordante: attraversa trasversalmente una
serie di strati sedimentari
àplutone concordante: si inseriscono tra uno strato e
l’altro
La
classificazione dei plutoni si basa sulla forma, sulle dimensioni e sui
rapporti con le rocce incassanti:
àbatoliti: plutoni affioranti di più grandi dimensioni. Si incontrano
batoliti granodioritici e granitici nei nuclei di numerose catene montuose e
molti costituiscono le radici di rilievi da tempo spianati dall’erosione. possono
avere origine diversa: derivano dalla solidificazione di masse di magma
provenienti dalle regioni più profonde, ma più spesso derivano da magmi di
anatessi che non hanno subito alcun movimento.
àfiloni: corpi tabulari dello spessore di pochi metri. I filoni
possono intrudersi tra i piani di stratificazione preesistenti nelle rocce
incassanti (filoni-strato,
concordanti). Se i filoni tagliano trasversalmente gli strati preesistenti si
parla di dicchi (discordanti)
àlaccoliti: plutoni concordanti, con una tipica forma a fungo, che si
formano per intrusione di magma lungo piani di stratificazione.
I VULCANI: l’attività vulcanica si
manifesta nelle zone della Terra dove grandi fratture e tensioni, causate da
movimenti della litosfera, riducono la pressione citostatica e consentono la
risalita del magma verso la superficie. La spaccatura della superficie
terrestre, prende i nome di vulcano (edificio
che si forma in superficie per l’accumulo di tutto il materiale eruttato). Il
vulcano è in genere alimentato da una camera
magmatica, situata in profondità nella crosta, che comunica con l’esterno
attraverso un condotto, o camino vulcanico. Nella camera
magmatica, il magma, si accumula e ristagna: alcuni componenti cominciano a
cristallizzare, mentre i gas e i vapori tendono
separarsi dal fluido e si raccolgono in prossimità della superficie. L’eruzione, cioè la fuoriuscita del
materiale magmatico in superficie, si verifica quando nella camera magmatica si
crea una pressione che supera la pressione litostatica. Ciò può accadere in
vari modi:
ànella camera magmatica può
giungere nuovo magma proveniente dalle zone profonde della litosfera, provocando
un aumento della pressione interna
àla pressione litostatica
diminuisce perché si creano fratture nella crosta
ài gas con il tempo si
separano dal magma, provocando un aumento di pressione
↓
Quando
la pressione esercitata dal magma e dai gas supera la pressione litostatica che
grava sul condotto, i componenti volatili si espandono e trascinando il magma
lungo i condotto e all’esterno.
Le
eruzioni vulcaniche non sono continue e possono avvenire con modalità diverse.
Le differenze riguardano i prodotti, la durata dell’attività e i meccanismi
eruttivi. Il vulcano può eruttare principalmente lava (attività effusiva) o
materiali solidi (attività eiettiva) o gas (attività esalativa). In secondo luogo, si posso alternare periodi
di attività a periodi quiete di durata diversa, durante i quali il magma
riempie la camera magmatica. talvolta il vulcano resta attivo per un breve
periodo e in seguito si esaurisce (attività
parossistica). In altri casi, il vulcano continua la sua attività emettendo
lave, scorie o vapori per mesi, anni o secoli (attività persistente). Ogni fase eruttiva può essere differente
dalla precedente sia per le modalità con cui avviene, sia per i materiali
eruttati. Per quanto riguarda i meccanismi eruttivi:
àvulcanesimo effusivo: attività tranquilla, vi sono
piccole esplosioni, la lava fuoriesce senza ostacoli e scorre senza difficoltà
lungo i fianchi del’edificio vulcanico. I prodotti principali sono frammenti solidi
àvulcanesimo esplosivo: eruzione caratterizzata da
esplosioni violente e distruttivi.
Il tipo di attività di un vulcano dipende
dai caratteri chimico-fisici del magma, in particolare dalla viscosità e dalla percentuale di vapore acqueo e gas. Dalla viscosità dipende la
facilità con cui il magma risale nel condotto: i magmi viscosi si muovono a
fatica formando tappi che occludono le vie d’accesso verso l’esterno. I gas
sono importanti perché influenzano la mobilità del magma e sono il motore
fondamentale delle eruzioni. Quando il magma risale, la pressione diminuisce e
il gas tende espandersi occupando un volume che può essere centinaia di volte
maggiore di quello originario. Se però i gas non hanno la possibilità di
espandersi liberamente e regolarmente, è probabile che a un certo punto si
verifichi un esplosione. I magmi femici
sono fluidi, scorrono con facilità e durante la risalita liberano i gas che
contengono. Essi perciò alimentane vulcani con attività effusiva tranquilla. I magmi sialici e andesitici sono più
viscosi, perciò si possono formare tappi densi che ostruiscono i condotti di
fuoriuscita della lava. La crosta solidificata e la lava viscosa impediscono la
fuoriuscita dei gas. La pressione aumenta fino al momento in cui i gas riescono
a vincere la resistenza dei materiali che li sovrastano e liberano il condotto
vulcanico. In molti casi l’esplosione che si verifica distrugge la parte alta
del condotto vulcanico e i frammenti delle rocce vengono eiettati insieme ai
gas e alla lava. I magmi sialici e i
magmi andesitici alimentano una attività esplosiva.
I PRODOTTI DELL’ATTIVITÀ VULCANICA: i materiali emessi nel corso
di un’eruzione possono essere colate laviche, materiali piroclastici, gas e
vapori. Le quantità variano da eruzione a eruzione:
àcolate laviche: composizione basaltica, riolitica o andesitica. Le lave basaltiche derivano da magmi
femici, scorrono velocemente e si espandono come veri e propri fiumi intorno
alla spaccatura da cui fuoriescono. Si muovono con velocità notevole. A ogni
nuova eruzione corrisponde la formazione di un nuovo strato, che si sovrappone
a quelli precedenti, ormai solidi. Le lave
riolitiche derivano da magmi sialici perciò sono più viscose e lente
nello scorrimento. Creano strutture bulbose (cupole, guglie e duomi) che solidificano prima di allontanarsi dal
condotto vulcanico. Sono più rare di quelle basaltiche. Le lave andesiti che presentano un comportamento intermedio.
Spesso formano strutture bollose, perché liberano con difficoltà i gas e si muovono
meno facilmente delle lave basaltiche.
àmateriali piroclastici: frammenti solidi e semisolidi, di
composizione e dimensioni variabili, eiettati dal vulcano nell’atmosfera
durante una fase di attività esplosiva. Derivano da materiali strappati alle
rocce dell’edificio vulcanico, oppure da lave solide che ostruiscono i condotti
e vengono frantumate durante un’esplosione. I frammenti sono chiamati piroclasti e sono classificati in base
alle dimensioni (polveri, cenere,
lapilli, bombe). Quando i frammenti ricadono si formano depositi simili ai
depositi sedimentari (caduta gravitativa).
I frammenti più pesanti si depositano nei pressi della bocca del vulcano,
quelli più fini possono essere portati a distanze anche considerevoli dal
vulcano. Quando i frammenti si cementano fra loro si originano rocce piroclastiche. Da ceneri e
polveri derivano i tufi vulcanici,
mentre da bombe e lapilli derivano brecce
vulcaniche. Quando l’esplosione è accompagnata dall’emissione di grandi
quantità di gas, i frammenti più fini possono restare in sospensione e
originare gigantesche nubi ardenti.
Le nubi ardenti scendono lungo i fianchi del vulcano con velocità incredibile.
I depositi prodotti da nubi ardenti sono caldi e plastici, perciò si cementano
fasci lente originando vaste coltri di rocce piroclastiche sialiche, chiamate ignimbriti.
Talvolta
durante le eruzioni esplosive, i materiali piroclastici, mescolandosi con
l’acqua producono gigantesche colate di fango chiamate lahars. Rapide colate di fango possono avvenire anche a distanza di
anni dall’eruzione stessa. Lahars e nubi ardenti sono chiamate colate piroclastiche. Colate di
materiali piroclastici meno dense, dette base-surge
si formano quando il magma si mescola con grandi quantità d’acqua, che si
infiltrano nel condotto vulcanico.
àgas: variano per tipo e quantità. Il vapore acqueo è il componente principale e può essere miscelato con
molti gas: biossido di carbonio (CO2), ossido di carbonio (CO), solfuro di idrogeno (H2S), triossido di zolfo (SO3), biossido di zolfo (SO2), acido cloridrico (HCl), ammoniaca (NH3), metano (CH4). I gas vulcanici si trasformano
facilmente, generando sostanze diverse; il triossido
di zolfo, a contatto con l’umidità dell’aria, si trasforma in acido solforico. I gas svolgono un ruolo
importante nel determinare le modalità con cui avviene un ‘eruzione. La
pressione che esercitano facilita la risalita e contribuisce alla fuoriuscita
del magma, mentre l’attività esplosiva o effusiva dipende dalla loro dalla loro
concentrazione e dalla velocità con cui vengono liberati durante il
raffreddamento. I gas emessi si disperdono nell’atmosfera e possono essere
trasportati a grande distanza.
LE FORME DEGLI EDIFICI VULCANICI: è
importante distinguere vulcani ad attività lineare e ad attività centrale.
àeruzioni centrali: i materiali vengono eruttati da un cratere centrale
intorno a cui si accresce un edificio vulcanico, detto cono. Dal serbatoio magmatico il magma risale verso la superficie
attraverso un condotto principale che alimenta il cratere principale, ma possono
essere presenti anche condotti secondari che alimentano altri crateri, detti crateri avventizi.
àeruzioni lineari: il magma fuoriesce da fratture della crosta
allungate e strette che possono svilupparsi anche per km. In tal caso intorno
alla fessura non si accresce un vulcano con il classico aspetto a cono, perché
la lava si espande su ampie superfici, originando ricoprimenti (plateaux) di notevole estensione.
Sia
nel caso di attività centrale che lineare la struttura dell’edificio vulcanico
è strettamente correlata al tipo di magma emesso e dai meccanismi di eruzione.
Soprattutto nel caso di attività centrale, esiste una grande varietà di
situazioni, perché, nella maggior parte dei casi, l’edificio viene costruito
attraverso una successione di fasi caratterizzate da un’attività intensa. Così
spesso si riconoscono nell’apparato vulcanico sia strutture prodotte da
attività effusiva sia strutture create da attività esplosiva. Gli edifici più
comuni, per qunto riguarda l’attività centrale, sono i vulcani a scudo, gli
stratovulcani e i coni di scorie.
àvulcani a scudo: pendii dolci e dimensioni estese. Sono prodotti da
attività effusiva tranquilla. Vulcani
hawaiani
àstratovulcani: alternano fasi di attività esplosiva a fasi di attività
effusiva. L’edificio vulcanico è costituito da strati di lava solidificata,
alternati a strati di materiali piroclastici. Sono stratovulcani il Vesuvio e l’Etna
Nella
morfologia di un vulcano si possono riconoscere alcuni elementi:
àforme costruite in seguito all’emissione di materiali solidi
o fluidi
àforme dovute a eventi distruttivi o di sprofondamento: come crateri, caldere e
diatremi
