I fenomeni vulcanici e i vulcani

Introduzione

Abbiamo già visto, in una precedente lezione, che la temperatura interna della Terra aumenta mediamente di 3°C ogni 100 metri di profondità. Questo andamento si chiama gradiente termico e non è costante, ma diminuisce mano a mano che ci si sposta idealmente verso il centro della Terra, dove la temperatura stimata del nucleo interno è di circa 4300°C. Il calore generato all'interno del nostro pianeta deriva in parte dall'energia conservata fin dai primordi della sua formazione, in parte dalla radioattività emessa dai diversi minerali presenti nella crosta terrestre.

Anche se le rocce sono pessime conduttrici dal punto di vista termico, parte di questo calore viene lentamente disperso verso l'esterno, generando un flusso, il cui valore dipende dalla posizione sulla Terra del punto considerato. In maggior parte viene conservato, permettendo ai materiali sottostanti di rimanere allo stato fuso e di generare il magma; le zone interessate da questo evento presentano un'elevata attività detta vulcanica ed i fenomeni che ne derivano vengono designati con il termine di fenomeni vulcanici.

Fenomeni vulcanici principali o primari

Il magma fondamentalmente è una miscela di minerali allo stato fuso, contenente grandi quantità di gas, come il vapore acqueo (70%-90%), biossido di carbonio, anidride solforosa, azoto, monossido di carbonio, idrogeno, acido cloridrico e gas nobili. Mentre fuoriesce sulla superficie terrestre si libera dei gas che contiene; in questo stato viene chiamato lava.

Il magma è un fluido che può presentare temperature e viscosità molto variabili, caratteristica quest'ultima dovuta al contenuto di silicati presenti. Sia la temperatura che la viscosità giocano un ruolo molto importante nel comportamento fisico del magma.

Magma granitico

Se il magma contiene prevalentemente minerali felsici ed è ricco di quarzo, ha carattere acido, una elevata viscosità ed una temperatura che si attesta intorno ai 700-800°C. Essendo più caldo delle rocce che lo circondano, dette incassanti, e per effetto di squilibri della pressione litostatica, tende a salire verso la superficie ma, grazie alla sua elevata viscosità, spesso si raffredda prima di giungere all'esterno, generando degli ammassi intrusivi detti plutoni, oppure riesce ad eruttare sulla superficie terrestre.

I plutoni iniettati possono permeare, attraverso le rocce incassanti, parallelamente rispetto agli strati di rocce sedimentarie eventualmente presenti, oppure trasversalmente ad esse. Nel primo caso vengono detti concordanti, nel secondo discordanti.

Magma basaltico

Se il magma contiene in prevalenza minerali mafici ed è povero di quarzo, raggiunge solitamente temperature superiori a 1000 °C ed è poco viscoso. Tende anch'esso a risalire e a fuoriuscire.

Sia i magmi acidi, sia quelli basici, quando eruttano in superficie sotto forma di lava, dopo il raffreddamento formano le rocce ignee effusive, dette anche rocce vulcaniche o vulcaniti.

I magmi più diffusi non sono quelli che si originano nella litosfera ma quelli provenienti direttamente dall'astenosfera: hanno temperature più elevate (1200-1300°C) ed essendo basici sono molto fluidi ed eruttano spesso.

I vulcani

Schema generico di un vulcano: non tutti i vulcani hanno una forma conica.

Il magma che risale forma delle enormi masse che presentano un profilo a goccia: i diapiri magmatici. Quando questi diapiri si accumulano in prossimità della superficie terrestre formano una camera magmatica la quale, se si verificano degli squilibri della pressione litostatica, tendono ad affiorare; questa attività prende il nome di eruzione vulcanica.

Il magma si fa strada attraverso gli strati di roccia soprastanti formando il camino vulcanico spinto dal gas che si libera e si trasforma quindi in lava. L'attività vulcanica descritta si chiama eruzione, che può essere di tipo esplosivo oppure di tipo effusivo.

L'attività di tipo esplosivo è prerogativa di lave acide, quindi ricche di silice e di conseguenza viscose, ma ricche anche di gas, che rimane intrappolato e che si libera molto difficilmente. La lava, come pure parte del camino vulcanico e di eventuali ostruzioni, può essere eiettata violentemente generando le bombe (frammenti molto grandi e rotondeggianti), i lapilli (frammenti piccoli e granulari) e le ceneri (frammenti dal diametro medio inferiore a 0,5 mm), oppure fluire dal cratere centrale raffreddandosi ed accumulandosi in colate laviche di tipo scoriaceo o a blocchi. Le lave del primo tipo vengono anche dette aa dagli hawaiiani: sono ricche di vacuoli formati dal gas rimasto intrappolato e presentano una superficie scabra e tagliente. Le lave del secondo tipo si formano anch'esse per rapido raffreddamento: sono costituite spesso da ossidiana che forma sulla superficie della colata lavica dei blocchi trascinati dalla corrente.

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I frammenti che vengono eiettati prendono il nome generico di piroclasti. Possono essere trasportati anche a distanze notevoli, soprattutto se sono di dimensioni medie ridotte. Quando ricadono possono accumularsi, formando dei depositi piroclastici, tipici delle lave riolitiche o andesitiche. Se sono formati da grossi frammenti prendono il nome di brecce vulcaniche; se i frammenti hanno un diametro più ridotto formano i tufi oppure le cineriti, queste ultime formate in prevalenza da ceneri vulcaniche. Queste ultime due tipologie di scorie, se cadono in acqua possono successivamente mescolarsi e consolidarsi in rocce dette genericamente tufiti.

Quando l'attività vulcanica esplosiva è particolarmente violenta, l'enorme quantità di gas che si libera può formare con le scorie vulcaniche un'emulsione a temperatura elevata (500-800°C) che viene detta nube ardente. La nube ardente può avere una velocità elevata (anche 30 m/s) e travolgere quindi rapidamente tutto ciò che si trova ai piedi dell'edificio vulcanico. Quando le scorie che essa trasporta si depositano e si raffreddano in una matrice di tipo vetroso, formano le ignimbriti; possono estendersi per diversi chilometri quadrati ed avere uno spessore notevole.

Un altro fenomeno ad elevata pericolosità legato all'attività effusiva di tipo esplosivo è la colata di fango, nota anche con il nome di lahar. Ha luogo quando nel cratere sommitale di un vulcano inattivo da lungo tempo si è accumulata della neve o del ghiaccio; l'attività vulcanica, sviluppando calore, fonde il ghiaccio, generando una colata di fango che travolge tutto ciò che incontra nel suo cammino.

L'attività vulcanica di tipo effusivo è prerogativa di lave basaltiche, ricche di minerali mafici, molto fluide perché poco viscose. Le colate laviche si estendono e scorrono molto lontano dalla zona di affioramento: l'attività di questo tipo in genere non è pericolosa perché è relativamente tranquilla. La lava basaltica è povera di gas; sulla sua superficie, a contatto con l'aria fredda, si forma una pellicola liscia che tende ad arricciarsi grazie ai movimenti della massa sottostante ancora fusa (pensate alla pellicola che si forma sulla besciamella quando si raffredda!): questa lava, quando si è consolidata, forma una tipica struttura detta a corda, oppure a budella (pahoehoe in hawaiiano).

Se le lave fuoriescono in ambiente subacqueo ovviamente si raffreddano molto rapidamente, consolidandosi in strutture bollose, ammassate le une sulle altre, che prendono il nome di cuscini (pillow in inglese).

Tipologie eruttive

Le eruzioni vulcaniche possono verificarsi in un punto preciso e circoscritto oppure interessare lunghe fratture della crosta terrestre. Nel primo caso si parla di eruzioni centrali, nel secondo di eruzioni lineari.

Eruzioni centrali

Hanno tipologie diverse, a seconda del tipo di lava che le genera. Se la lava è acida e felsica, si possono formare delle protrusioni (immaginate il dentifricio) che raffreddandosi generano delle strutture verticali a blocchi dette guglie (oppure anche spine o obelischi), oppure riempire parzialmente un cratere formando delle cupole di ristagno.

Se la lava è basica e mafica, fluisce velocemente formando, dopo il raffreddamento, dei coni a pendenza molto ridotta, detti vulcani a scudo, tipica dei vulcani hawaiiani.

Spaccato di un vulcano a scudo

 

Il Mauna Kea in primo piano e sullo sfondo il Mauna Loa, due tipici vulcani a scudo delle Hawaii (Screenshot di Google Earth)

 

Se la lava è ricca di gas, l'attività di tipo prevalentemente esplosivo favorisce la formazione di coni di scorie, costituiti da pendii molto inclinati formati da detriti piroclastici, oppure di diatremi, vulcani imbutiformi in cui il condotto vulcanico è riempito parzialmente da frammenti costituiti da piroclasti e da parti di un preesistente edificio vulcanico.

Spaccato di un cono di scorie

 

Spesso questa lava solidifica nel cratere formando una specie di tappo; se il vulcano erutta questo materiale può essere scagliato anche ad elevate distanze da terra (fino a 50 chilometri), formando una sorta di nube a fungo. Questa eruzione viene detta pliniana ed è tipica del Vesuvio.

Il Vesuvio (screenshot di Google Earth)

 

Se la lava solidifica nel condotto vulcanico l'esplosione può provocare la distruzione dell'edificio vulcanico, formando in seguito una caldera di esplosione, che sostanzialmente è una sorta di cavità a forma di imbuto. Se la camera magmatica si svuota in maniera consistente, la zona di crosta soprastante può collassare, formando una caldera di sprofondamento, che spesso si riempe d'acqua.

La caldera dell'Aniakchak in Alaska (screenshot di Google Earth)

 

Se la lava è di tipo intermedio (contenuto in SiO₂ compreso tra il 52% ed il 65%) l'attività vulcanica è caratterizzata da un'alternanza tra attività effusiva ed esplosiva: si formano i vulcani a strato, detti anche strato-vulcani (Stromboli, Etna, Vulcano). Essi sono caratterizzati da un edificio vulcanico conico formato da strati alternati di materiale piroclastico e di colate laviche.

Spaccato di uno stratovulcano

Eruzioni lineari

Non generano degli edifici vulcanici perché la lava che fluisce dalle fratture della crosta terrestre è di tipo prevalentemente basaltico e povera di gas. Essa tende quindi a fluire velocemente, distribuendosi in senso orizzontale ed occupando vaste aree del territorio, formando una colata di tipo tabulare detta plateau tipica dei vulcani islandesi (in francese significa vassoio oppure ripiano). I plateaux possono essere a strati, segno di eruzioni vulcaniche successive. Se dalle fessure fuoriesce una nube ardente invece della lava, si possono formare dei plateaux detti ignimbritici.

Spaccato di un vulcano a plateau

 

Fenomeni vulcanici secondari

Nelle zone interessate da grandi flussi di calore si possono verificare attività vulcaniche di tipo secondario: ad esempio ci possono essere delle sorgenti termali, oppure emissioni di gas e vapore acqueo, dette, a seconda della temperatura, fumarole, soffioni e geyser.

Le acque presenti nel sottosuolo possono incontrare zone molto calde, oppure addirittura dei magmi: si surriscaldano e risalgono, costituendo così delle sorgenti termali, dei soffioni oppure dei geyser. I soffioni sono costituiti da getti di vapore surriscaldato ad elevata pressione, mentre i geyser sono costituiti sempre da vapore che però si alterna con acqua bollente.

Un soffione a Larderello (clicca sull'immagine per vedere il filmato; se non hai un video player associato al browser, allora clicca col tasto destro del mouse sull'immagine e scegli la voce Salva oggetto con nome....)

 

La mappa concettuale sui vulcani

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