VULCANISMO
Viscosità del magma
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La viscosità è la proprietà di una sostanza che descrive la sua
resistenza al flusso (più viscoso è un magma, più bassa è la sua
attitudine a fluire)
Per una lava basaltica in movimento lungo ripide pendici del
vulcano Mauna Loa (Hawaii) è stata registrata una velocità di 16
km/h
TEMPERATURA
– Più alta è la temperatura, più bassa è la viscosità
– Man mano che il magma raffredda, diviene più viscoso
COMPOSIZIONE
– I tetraedri SiO44- esistono già nel magma, e tendono (come nei minerali)
a polimerizzare formando gruppi, catene, impalcature (irregolari)
– Più elevato è il grado di polimerizzazione, più alta è la viscosità del
magma
– Poichè il numero di tetraedri dipende dal contenuto in SiO2 del magma,
la viscosità del magma cresce con l'aumentare del contenuto in SiO2
– K, Na, Ca, Mg, Fe, H, OH tendono a interrompere I polimeri di tetraedri
SiO4
– La viscosità del magma diminuisce con l'aumentare del contenuto in
modificatori di struttura (in particolare H2O)
Risalita del magma
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Il magma risale per contrasto di densità
Durante la risalita, la pressione diminuisce
Al diminuire della pressione, quantità di componenti volatili via via minori possono
rimanere disciolti nel magma
I volatili formano una fase propria (bolle)
Le bolle hanno densità enormemente più bassa del magma e quindi tendono a
risalire più velocemente del magma che le contiene
Se la viscosità del magma è bassa (magma basaltico) le bolle possono fuoriuscire
dal magma con facilità, per cui l'eruzione sarà relativamente tranquilla, non
esplosiva
Se la viscosità del magma è alta (magma andesitico o riolitico) e la quantità di gas
disciolta era abbondante (magma andesitico) le bolle fuoriescono dal magma con
difficoltà, per cui gonfiano fino al punto di esplodere, frammentando il liquido
viscoso che le contiene, generando così una eruzione esplosiva
Se la viscosità del magma è alta (magma andesitico o riolitico) e la quantità di gas
disciolta era scarsa (magma riolitico) le bolle fuoriescono dal magma con difficoltà,
ma sono troppo poco abbondanti per farlo esplodere, per cui ne risulta una
eruzione non esplosiva
Prodotti vulcanici
Quando il magma raggiunge la superficie terrestre viene chiamato
lava.
Oltre a lava, i vulcani possono emettere gas vulcanici e piroclastiti
m ag m i p o ve ri d i S i e
Prodotti
vulcanici in
base al tipo di
eruzioni
E F F U S IV E
ri cch i d i F e , M g ( +fl ui d i )
scarso co nte nuto d i H O2
p rod uco no
E S PLO S IV E
l ava
e sco ri e
m ag m i ri cch i d i S i
p o ve ri d i F e , M g
al to con te nuto d i H
p rod uco no p o m i ci e
e
( +vi sco si )
O2
ce ne ri
Tessiture legate alla
presenza di gas
Il gas che lascia il magma in
decompressione può non
sfuggire del tutto.
Il gas intrappolato in lave che
solidificano velocemente forma
vescicole o buchi nella roccia.
Estremi esempi di rocce
vescicolari sono la pomice e le
scorie: queste rocce sono
relativamente leggere dal
momento che molto del loro
volume è occupato da aria
Basalto vescicolare
(scoria vulcanica)
pomice
Le lave
L a v a d i t i p oP A H O EH O E
si forma quando è molto fluida e si
presenta con superfici ondulate e molto
levigate, dovute al corrugamento della
pellicola superficiale già consolidata
mentre sotto continua a scorrere la lava
L a v a d i t i p oA A
è formata da piccole scaglie dovute al
raffreddamento di una massa
mediamente viscosa che rendono la
superficie scabrosa e ricca di cavità
Flussi di lava
Esempio di colate di lava di tipo pahoehoe (termine hawaiano).
(Kilauea, colata Aprile 2003)
Flussi di lava
Lava basaltica che ha perso molto del suo contenuto originario in gas
tende ad essere più viscosa.
Questa lava formerà flussi angolari e con blocchi chiamati “aa”.
Flussi di lava
pahoehoe
aa
Spesso lave aa e lave pahoehoe sono associate (la lava aa forma il
carapace più esterno delle colate).
Magmi basaltici
Colata di lava
Lago di Lava
Kilauea, Hawaii
Magmi basaltici
• Eruzioni fissurali
Si producono quando da fratture della crosta
terrestre, lunghe anche decine di chilometri, viene
emessa lava a bassa viscosità, che forma “plateaux
lavici”(Etiopia, Eritrea, Brasile, ecc.)
Kilauea, Hawaii
Magmi basaltici
Plateaux lavici
La lava di composizionebasica(mafica) solidifica
in basalto
Le colate fissurali formano plateaux basaltico
I basalti assumono una struttura colonnare con
fratture poligonali
Espandimenti lavici Ferrar, 180 Ma - Mesa
Range, Antartide
Plateau basaltico del Fiume Columbia (USA)
Magmi basaltici
• Eruzione di pillow lava
– Eruzione tipica delle dorsali
medio oceaniche
– Formazione di scorza
vetrosa per rapido
raffreddamento al contatto
con l'acqua e
frammentazione del vetro
per successiva espansione
del pillow
Dorsale Oceano Pacifico
Isola d’Elba - 180 Ma
Tipologia di apparato vulcanico
Neck
• Magma solidificato all'interno di
un condotto vulcanico, esposto in
seguito alla erosione delle rocce
circostanti
Cerro Negro, Patagonia - 10 Ma
Devils Tower, Wyoming - 40 Ma
Radicofani, Toscana - 1.3 Ma
Attività esplosiva
• Principali fattori di controllo dell'attività vulcanica esplosiva
– Viscosità del magma
– Contenuto in gas del magma
– Tasso di alimentazione dell'eruzione
• Principali prodotti
– Frammenti piroclastici
• Bombe
• Lapilli
• Ceneri
– Tufi
> 64 mm
2-64 mm
< 2 mm
S
c
o
r
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Frammenti
piroclastici
P
o
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4m
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Attività esplosiva - Tipologie
Eruzioni di tipo hawaiano
Fontana di lava
Kilauea, Hawaii - 2000
•
Se le bolle di gas
sono abbondanti
(soprattutto nelle
fasi iniziali
dell'eruzione)
magma misto a gas
viene scagliato
violentemente
nell'atmosfera ad
altezze anche di
alcune migliaia di
metri durante
eruzioni a bassa
energia.
Etna - 2002
Attività esplosiva - Tipologie
Eruzione Stromboliana
– Magma di viscosità mediobassa e alto contenuto in
gas
– Esplosioni intermittenti (a
intervalli regolari):
esplosione di una grossa
bolla di gas con lancio di
brandelli lavici
– I brandelli lavici
raffreddano durante la
ricaduta formando scorie
(vescicolate)
Mt. Etna - 2002
Attività esplosiva - Tipologie
Eruzione Vulcaniana
– Magma di viscosità alta e
modesto contenuto in gas
– Esplosione con produzione di
nubi di gas e cenere e lancio
di
bombe
di
grosse
dimensioni con traiettoria
balistica
Tavurvur, Papua New Guinea
Attività esplosiva - Tipologie
Eruzione Pliniana
Mt. St. Helens,
Washington 1980
si produce nei vulcani caratterizzati dall'emissione
di lava molto viscosa che non fluisce dal cratere, ma
si accumula alla sommità, impedendo ai gas di
uscire; questo provoca l'aumento della pressione
interna che porta a far esplodere parzialmente o,
nei casi più disastrosi, totalmente il vulcano.
Durante l'esplosione una grande colonna di ceneri,
lapilli e gas detta colonna eruttiva si eleva per
decine di chilometri nell'atmosfera. Terminata la
spinta dei gas le ceneri e i lapilli ricadono formando
colate piroclastiche devastanti per le regioni
adiacenti all'eruzione
Nube convettiva
Nube collassante
Attività esplosiva - Tipologie
Eruzione Pliniana
– Interazione acqua-magma
• Eruzione freatomagmatica:
interazione con acque sotterranee (di
falda)
• Eruzione idromagmatica: interazione
con acque superficiali (laghi, mare
poco profondo, ghiacciai)
Ukinrek, Alaska 1977
Attività esplosiva - Tipologie
Eruzione Peleana
Frana di materiale incandescente
conseguente l'esplosione di un
duomo
Il duomo frana esplodendo a causa
della propria instabilità
gravitativa
Il duomo ha pendii ripidi costruiti a
causa della elevata viscosità
Pelée, Martinica - 1902
Attività esplosiva - Tipologie
Flussi o colate piroclastiche
Si presenta sotto forma di nube, le velocità a cui si spostano variano da 50
a 300 chilometri l'ora e possono spostarsi per lunghe distanze. Il
fenomeno si sviluppa dopo il collasso di un duomo di lava o di una
colonna eruttiva.
Il fenomeno è tipico delle eruzioni pliniane e viene anche definito nube
ardente dal francese nuée ardente, normalmente quando il fenomeno è
di piccole dimensioni. Le temperature delle nubi variano da 500 a 1200°C,
questi parametri ne fanno degli eventi altamente distruttivi. Non vi sono
protezioni fisiche efficaci per contenere tali eventi e tenuto conto della
loro difficile previsione, sono tra i fenomeni vulcanici più pericoloso per
l'uomo e il suo ambiente
Attività esplosiva - Tipologie
Surges piroclastici
Col termine inglese di “surge” (letteralmente “ondata, maroso”) si
indicano flussi piroclastici molto espansi a bassa concentrazione di
particelle che fluiscono in maniera turbolenta.
Il surge è un flusso instabile ed effimero che si realizza a seguito di un
impulso (od una serie di impulsi) la cui energia cinetica diminuisce
rapidamente, mentre la colata piroclastica e' un flusso più stabile,
alimentato in modo più continuo, e capace di mantenere la sua energia
cinetica per un tempo relativamente lungo.
In virtù di queste loro caratteristiche, i surges sono poco controllati dalla
topografia sulla quale scorrono.
Lahar
Il lahar è una colata di fango composta di materiale piroclastico e acqua che scorre lungo le
pendici di un vulcano, specialmente lungo il solco di una valle fluviale.
Il termine lahar proviene dall'Indonesia e in Javanese significa lava.
I Lahar hanno la consistenza del cemento: umidi quando sono in movimento e solidi
quando si fermano.
Possono essere enormi: il lahar Osceola prodotto 5600 anni fa dal Monte Rainier nello stato di Washington produsse
una parete di fango di 180 metri nel canyon del White River e si estese su un'area di oltre 320 km².
I lahar possono essere estremamente pericolosi, a
causa della loro energia e velocità che assumono
durante il loro percorso: un lahar grande può
scorrere a decine di m/s e può scorrere per molti
chilometri, causando distruzioni catastrofiche lungo il
percorso.
Lahar
I lahar hanno diverse possibili cause:
Neve e ghiacchiai possono essere fusi da una colata
piroclastica durante un'eruzione.
Un'inondazione causata da un ghiacciaio o da un lago
presenti all'interno di un cratere vulcanico.
Pioggia causata da un'eruzione vulcanica esplosiva che
produce grandi quantitativi di vapore, creando così
temporali di origine vulcanica, che si riversano sulle
pendici del vulcano creando valanghe di fango.
Piogge ingenti su materiale piroclastico incoerente per la
riduzione del suolo da disboscamento (a Sarno 4 maggio
1998)