Magmi e vulcani

 

Pressione litostatica e temperatura del magma:

 

Un corpo all’interno della Terra è sottoposto a una pressione litostatica, proporzionale al peso dei materiali che gravitano su di essi e quindi proporzionale alla profondità. L’unità di misura della pressione litostatica è il bar.

Il meccanismo più comune di formazione dei magmi consiste nel riscaldamento locale di rocce a causa di un maggior apporto di calore proveniente dalle profondità della Terra. Rocce calde che in superficie sarebbero fluide in profondità rimangono allo stato solido perché sottoposte a forti pressioni.

La fusione è facilitata se le rocce entrano a contatto con fluidi che le arricchiscono in acqua. La presenza di acqua infatti abbassa in modo consistente la temperatura di fusione di tutte le rocce.

Il luogo di origine del magma è di solito il mantello, cioè lo strato interno della Terra.

La temperatura dei magmi (tra 750°C e 1350°C) è stata misurata in occasione della loro fuoriuscita all’esterno della crosta, quando sono comunemente denominati lava.

Una massa magmatica può rimanere per tempi molto lunghi dove si è formata se si trova in equilibrio litostatica con le rocce circostanti, Se però si verifica un aumento di temperatura del magma o una diminuzione di pressione litostatica la massa si sposta verso la superficie.

Viscosità del magma:

 

Un liquido scorre meglio se ha una bassa viscosità. La viscosità dei magmi presenta veloci molto variabili; essa cresce al diminuire della temperatura ma, a parità di temperatura, dipende dalla composizione chimica  del magma.

I magmi sono tanto più viscosi quanto maggiore è il loro contenuto di silicio, ossigeno e alluminio.. Gli attriti che ostacolano il movimento tra particelle fluide sono maggiori nei magmi felsici, mentre i magmi mafici hanno una bassa viscosità e di conseguenza scorrono meglio.

Plutoni:

 

Gli ammassi di rocce intrusive si formano in profondità per solidificazione del magma e sono circondati da rocce di altri tipi I corpi magmatici consolidati nel sottosuolo sono detti plutoni; essi hanno forma e dimensioni variabili.

I batoliti sono i plutoni di maggiori dimensioni, quindi sono delle grosse cavità; nel caso di dimensioni minori prendono il nome di ammassi (o masse satelliti).

Corpi ipoabissali:

 

alcuni corpi plutonici di dimensioni medio-piccole possono solidificare a bassa profondità quando il magma riesce ad aprirsi la strada fino quasi alla superficie (Þcorpi ipoabissali).

I filoni-strato sono corpi concordanti di forma tabulare (= a strati) e spessore da qualche centimetro a centinaia di metri.

I laccoliti si formano per iniezione di magma lungo i piani di stratificazione delle rocce, ma invece di essere tabulari sono convessi verso l’alto, assumendo la forma di un fungo.

I corpi discordanti, detti filoni, sono tabulari e si intrudono lungo le fessure aperte dalla pressione dell’iniezione magmatica o nelle fratture che si verificano in zone in via di sprofondamento.

Anatessi:

 

Con il termine anatessi si indica il processo in cui le rocce sono sottoposte a una fusione parziale per azione dei gas e delle soluzioni ad altissima temperatura in risalita dalle parti più profonde della crosta.

Le rocce che derivano dal processo di anatessi sono dette graniti anatettici.

Origine dei magmi felsici e mafici:

Tra le rocce magmatiche grandissima prevalenza hanno il granito, roccia felsica intrusiva, e il basalto, roccia mafica effusiva.

I minerali più ricchi di silice fondono a circa 700°C; perciò quando nella crosta si raggiungono i 700°C si verifica il processo di anatessi, le rocce quindi fondono parzialmente e originano un magma granitico.

Per ottenere un magma basaltico bisogna invece fondere rocce ricche di pirosseni e anfiboli, come la peridotite.

Caratteristiche	Magma basaltico	Magma granitico
Profondità di origine	100-150 km	Meno di 40 km
Variazione della temperatura di fusione durante l’ascesa	diminuzione	aumento
Temperatura	1200-1400 °C	650-800 °C
Arrivo in superficie	Molto frequente	Molto raro
Prodotti	Basalto molto frequente gabbro molto raro	Riolite molto rara granito molto frequente

Il magma granitico deriva da una rigenerazione in situ di rocce esistenti e può essere visto come il prodotto di un metamorfismo estremo. Il magma basaltico è composto invece da materiali del mantello o della crosta profonda che salgono per la prima volta in superficie. Il diverso comportamento dei magmi felsici e di quelli mafici risiede anche nella diversa influenza che la pressione ha sulla temperatura di fusione.

La temperatura di fusione del magma granitico aumenta quando diminuisce la pressione, mentre quella del magma basaltico diminuisce con la diminuzione della pressione.

Eruzioni vulcaniche e contenuto di gas nel magma:

 

Un magma in condizioni di minore densità rispetto alle rocce circostanti risale all’interno del mantello e durante la risalita costituisce grandi corpi a forma di goccia, i diapiri magmatici. Essi, se le condizioni di disequilibrio litostatica persistono, continuano a spingere verso l’alto deformando e fratturando in questo modo le rocce sovrastanti.

Durante la risalita l’azione del magma determina quindi una tipica attività sismica; i terremoti associati al movimento del magma si chiamano tremori.

Giunti in prossimità della superficie i diapiri tendono a fermarsi per un periodo di tempo, e lo spazio da loro occupato costituisce la cosiddetta camera magmatica.

Quando si verifica una variazione dell’equilibrio litostatica si ha l’eruzione vulcanica, cioè l’emissione all’esterno di materiale magmatico solido, liquido e gassoso.

Ogni magma è caratterizzato da un certo contenuto di gas e quando la pressione litostatica esercitata sul magma diminuisce, diminuisce anche la solubilità dei gas.

I gas che sfuggono al liquido si accumulano nella parte superiore della camera magmatica ed esercitano una spinta sulle rocce sovrastanti. E’ proprio questa spinta che provoca la frantumazione delle rocce e la creazione di un varco verso l’esterno: il camino vulcanico.

Il meccanismo eruttivo:

 

I gas sono responsabili anche del trasporto in superficie del magma. Dopo l’esplosione essi ancora disciolto nel magma hanno una pressione notevolmente più bassa; questo provoca l’espansione del magma e la rapida espansione dei gas. Il meccanismo eruttivo consiste nella formazione di bolle nel magma sempre più grandi che si spostano verso l’alto e trascinano il magma lungo il camino vulcanico fino a farlo traboccare all’esterno.

Il magma emesso in superficie è chiamato lava; la differenza tra magma e lava consiste nel fatto che la lava è quasi completamente priva dei gas che erano contenuti nel magma.

Una volta che l’espansione dei gas che hanno provocato l’eruzione si esaurisce, il condotto vulcanico viene chiuso da magma solidificato.

La presenza dei gas favorisce l’attività esplosiva. L’abbondanza di silice rende il magma viscoso, poco mobile, e quindi in presenza di gas favorisce anch’essa le esplosioni; con minore presenza di gas i magmi viscosi determinano la formazione di prodotti semisolidi che fuoriescono dall’edificio vulcanico e prendono il nome di estrusioni. Altri prodotti semisolidi possono insinuarsi nelle fratture delle rocce, formando protrusioni.

La scarsità di gas e il minore contenuto in silice favoriscono invece le colate laviche fluide, senza esplosioni.

Attività vulcanica esplosiva:

 

La fuoriuscita di magma viscoso prende il nome di attività esplosiva ed è tipica delle rocce riolitiche ricche in gas. Il magma si avvicina alla superficie e la pressione scende improvvisamente, quindi i gas si liberano con una violenza esplosiva. Il magma viene sminuzzato e le rocce circostanti sono rotte in frammenti, che prendono il nome di piroclasti. I frammenti più piccoli sono chiamati ceneri e all’aumentare delle dimensioni si hanno lapilli, bombe e blocchi. Polveri e ceneri vulcaniche possono essere trasportate a grandissime distanze.

I piroclasti dopo l’esplosione ricadono al suolo dove accumulandosi generano potenti successioni di depositi piroclastici.

Si distinguono tre tipi principali di depositi piroclastici che derivano da tre differenti meccanismi di deposizione:

·        CADUTA GRAVITATIVA: è il meccanismo di deposizione proprio dei piroclasti lanciati in alto che successivamente ricadono a varie distanze dal centro eruttivo. I depositi piroclastici che si formano dalla compattazione e trasformazione in roccia dei frammenti più fini sono detti cineriti. All’aumentare della dimensione seguono poi i tufi vulcanici e le brecce vulcaniche. Se cristalli frammenti vetrosi e ceneri finiscono in acqua  possono essere rielaborati da onde e correnti o addirittura mischiarsi con altri sedimenti e formare le tufiti. I depositi piroclastici da caduta gravitativi sono ben stratificati.

·        COLATA PIROCLASTICA: deriva dal movimento verso valle di materiale piroclastico altamente concentrato, in cui una certa proporzione di gas presente tra i frammenti agisce da lubrificante. Le nubi ardenti sono un fenomeno del tutto particolare legato ad esplosioni con forte emissione di gas. Si tratta di valanghe molto pericolose in cui ceneri e altri frammenti incandescenti a volte salgono verso l’alto ma spesso fluiscono lungo i fianchi del vulcano a grandissima velocità. Quando si depositano i prodotti solidi di una nube ardente sono ancora incandescenti per cui saldano assieme e si compattano a formare le ignimbriti. Un altro fenomeno associato a eventi esplosivi è quello delle colate di fango (o lahar), che consistono in flussi di materiale formato da frammenti di piccole dimensioni che, reso fluido dall’acqua, scende verso valle. Esse si formano in seguito allo scioglimento dei ghiacci.

·        ONDATA BASALE: sono flussi molto diluiti di gas  e materiale piroclastico che si espandono  raso terra dal condotto vulcanico. L’ondata basale si verifica spesso quando le acque sotterranee entrano nel condotto vulcanico e talvolta nella camera magmatica. L’acqua date le altissime temperature evapora e la grande quantità di vapore determina un velocissimo aumento di pressione e quindi l’esplosione del vulcano. Questo fenomeno prende il nome di esplosione freatomagmatica, in quanto provocata dall’acqua sotterranea. Il risultato è il lancio di materiale solido e vapore verso l’alto con formazione di un’ondata basale che si propaga rasoterra. I depositi piroclastici che derivano dalle ondate basali sono ben stratificati.

Attività vulcanica effusiva:

 

La fuoriuscita di lava molto fluida, in assenza di fenomeni esplosivi prende il nome di attività effusiva ed è tipica delle lave basaltiche, cioè lave fluide e scorrevoli.

Le lave si distinguono in base a forme particolari delle superfici e a strutture  interne dipendenti dalla loro genesi.

Il magma basaltico che trabocca dai crateri, se è ricco di gas, origina scorie bollose dovute alla fuoriuscita dei gas e dà origine alle lave scoriacee.

Se invece il magma  è povero di gas si forma  sulla superficie della lava  una pellicola consolidata al di sotto della quale  la corrente lavica continua a defluire e deforma la pellicola superficiale, dando origine alle lave a corda.

Nel caso di lave assai viscose la parte superficiale della colata può suddividersi in blocchi isolati che la corrente trascina in superficie; le lave di questo tipo sono dette lave a blocchi.

Se l’eruzione avviene sott’acqua il magma in superficie consolida rapidamente e si formano così le lave a cuscini.

Quando il raffreddamento è veramente rapido si formano invece le lave autoclastiche che assumono l’aspetto di una breccia detta ialoclastite.

Eruzioni centrali:

 

Si verificano quando il magma fuoriesce da sorgenti puntiformi dopo essere salito attraverso il camino vulcanico. Se dal condotto escono colate laviche di tipo basaltico, molto fluide, si formano vulcani detti vulcani a scudo.

La lava basaltica solidificata può presentarsi come una caratteristica fessurazione; la lava felsica invece ha viscosità molto elevata.

Una lava molto silicica non riesce nemmeno a traboccare dal cratere dove forma un accumulo detto cupola di ristagno.

Quando l’eruzione centrale è di tipo esplosivo, si formano i coni di scorie. Se un vulcano emette a intermittenza sia lava che piroclasti si forma un cono composto o strato-vulcano, il vulcano più comune tra quelli continentali.

Le caldere sono grandi depressioni occupate spesso da un lago o dal mare che si formano per esplosione o collasso di un vulcano.

Lo svuotamento dei serbatoi magmatici poco profondi a causa di un’intensa effusione di lava provoca il collasso di un edificio vulcanico. Si formano in questo modo le caldere di sprofondamento.

In qualche caso la violenza dell’esplosione può essere tale da buttare in aria tutta la sommità del cono; può formarsi così una grande cavità a forma di imbuto, chiamata caldera di esplosione.

Diatrema è il termine che si usa per indicare il riempimento di un camino vulcanico; il materiale di riempimento è generalmente una breccia formatasi in seguito a un’esplosione.

Eruzioni lineari o fessurali:

 

In questo tipo di eruzione i prodotti vulcanici escono da lunghe e strette fratture della terra. Le colate laviche impilandosi eruzione dopo eruzione originano i plateau basaltici, sorta di tavolati o altipiani dello spessore di qualche chilometro.

Quando il magma è felsico, invece di lava, dalle fratture fuoriescono nubi ardenti e si formano estesi accumuli di ignimbriti definiti plateau ignimbritici.

Manifestazioni gassose:

 

Il vapore acqueo è il principale costituente seguito da anidride carbonica e biossido di zolfo, con tracce di azoto, ossido di carbonio e idrogeno. Le quantità di gas che si liberano durante un’esplosione sono enormi; le ultime fasi dell’attività vulcanica consistono infatti in emissioni di gas e vapori. Le acque vaporizzate contenute in un vulcano possono risalire e dare origine a sorgenti termali, geyser, soffioni e fumarole.

I geyser emettono alti getti d’acqua molto calda e ricca di sostanze disciolte, la quale è spinta verso l’alto con notevole forza. Il fenomeno si verifica in presenza di una camera magmatica poco profonda che riscalda acque di falda.

Fumarole e soffioni sono invece dovuti alle emissioni di gas di tipo vulcanico da fratture del terreno. I getti di vapore e gas sono meno violenti nel caso delle fumarole e più violenti nel caso dei soffioni. Gas e vapori così emessi contengono in soluzione  sostanze che precipitano quando l’acqua evapora e formano diversi tipi di deposito come zolfo e travertino.

Schema caratteristiche del magma e edificio vulcanico: