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Vulcanismo 1 LICEO SCIENTIFICO STATALE LEONARDO da VINCI di FIRENZE CORSO SPERIMENTALE F DOCENTE Prof. Enrico Campolmi VULCANISMO.

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1 vulcanismo 1 LICEO SCIENTIFICO STATALE LEONARDO da VINCI di FIRENZE CORSO SPERIMENTALE F DOCENTE Prof. Enrico Campolmi VULCANISMO

2 vulcanismo 2

3 3 La maggioranza dei vulcani si distribuisce lungo fasce strette ed allungate, parzialmente corrispondenti alle aree di localizzazione dei terremoti Dorsali oceaniche Zone di subduzione Si hanno poi alcuni vulcani isolati associati a punti caldi Attività vulcanica: modo in cui i magmi fuoriescono dal vulcano (ad es. effusioni - esplosioni) Lattività vulcanica dipende innanzitutto dalle caratteristiche del magma eruttato (composizione chimica, contenuto in gas, viscosità), che dipendono a loro volta dallambiente geologico in cui si sviluppa il vulcano

4 vulcanismo 4 Leruzione è una dissipazione nellatmosfera dellenergia termica contenuta nel magma. Lesplosività di una eruzione dipende dallefficienza con cui il calore è trasformato in lavoro meccanico. Il vapore acqueo è il tramite attraverso cui avviene tale trasformazione. Esso spinge il magma come lanidride carbonica spinge lo spumante di una bottiglia agitata o scaldata Maggiore è il contenuto in gas del magma e più sono esplosive le eruzioni del vulcano acqua naturale spumante esplosività crescente acqua Ferrarelle acqua gassata Contenuto in gas

5 vulcanismo 5 Il vulcano quindi non è altro che una macchina termica più o meno efficiente Gas (disciolti nel magma): soprattutto H 2 O, segue CO 2, quindi in misura ancora minore HF, HCl, SO 2, H 2 S Il contenuto in gas cresce col contenuto in silice (acidità) del magma E la resistenza allo scorrimento ed è lopposto della fluidità acqua miele cera viscosità crescente fluidità crescente olio Viscosità La viscosità cresce col contenuto in silice (acidità) del magma e decresce allaumentare della temperatura

6 vulcanismo 6 I magmi acidi contengono disciolti tectosilicati (quarzo, feldspati ecc.), in cui la forte concatenazione tridimensionale dei tetraedri crea ostacoli allo scorrimento I magmi basici contengono disciolti neso ed inosilicati (olivina, pirosseni ecc.), in cui la scarsa concatenazione tridimensionale dei tetraedri non crea ostacoli allo scorrimento I magmi più viscosi liberano i gas con più difficoltà ed originano quindi eruzioni più esplosive Un esempio in cucina: ebollizione e violenza degli schizzi dalla pentola acqua marmellata polenta viscosità crescente violenza crescente degli schizzi olio Alta viscosità Bassa viscosità

7 vulcanismo 7 CLASSIFICAZIONE DEI MAGMI Magmi basaltici (basici, mafici): contengono il 45 – 55% in peso di SiO 2, ricchi di Fe, Mg e Ca e poveri di K e Na. Poveri in gas, hanno temperatura intorno ai – °C e bassa viscosità. Magmi andesitici (intermedi): contengono il 55 – 65% in peso di SiO 2, hanno un contenuto intermedio di Fe, Mg, Ca, K, Na e gas, hanno temperatura intorno agli 800 – °C e viscosità intermedia. Magmi riolitici (acidi, salici, felsici): contengono il 65 – 75% in peso di SiO 2, ricchi di K e Na e poveri di Fe, Mg e Ca. Ricchi in gas, hanno temperatura intorno ai 700 – 800 °C e alta viscosità. Si può avere inoltre una vasta gamma di composizioni intermedie Lesplosività delle eruzioni aumenta col contenuto in gas e con la viscosità del magma, che a loro volta crescono con lacidità del magma Magmi più acidi eruzioni più esplosive Magmi più basici eruzioni più effusive

8 vulcanismo 8 Il magma che giunge in superficie nelle eruzioni effusive si dice lava La lava ha stessa composizione e stesse caratteristiche (temperatura, viscosità ecc.) del magma da cui deriva, senza però le sostanze volatili Avremo quindi lave basaltiche, andesitiche, riolitiche ecc. PRODOTTI DELLATTIVITA VULCANICA La lava, roccia fusa, scorre lungo i pendii sotto la spinta della gravità Lave calde e fluide, formano colate sottili molto estese (fino oltre 100 km) Lave fredde e viscose formano colate spesse e poco estese

9 vulcanismo 9 Piroclasti: frammenti solidi o liquidi, lanciati in aria nelle eruzioni esplosive, che si depositano con modalità simili a quelle delle rocce detritiche Blocchi: frammenti grossolani (> 64mm) e angolati che erano solidi al momento dellemissione (derivano dalla frammentazione delledifico vulcanico) Bombe: frammenti grossolani (> 64mm) emessi in fase liquida, assumono forma affusolata nel tragitto in aria blocco bomba Lapilli: frammenti fini (2 - 64mm) di magma solidificato in laria e/o di elementi solidi delledificio vulcanico Ceneri: frammenti finissimi di magma (< 2mm) solidificato in aria I piroclasti si depositano a distanza variabile dalla bocca del vulcano a seconda delle loro dimensioni

10 vulcanismo 10 Rocce piroclastiche: derivano dallaccumulo dei piroclasti, sono in genere stratificate Pomici: rocce a bassissima densità, derivanti dallaccumulo di bombe o lapilli molto ricchi in gas Tufi: rocce a bassa densità, derivanti dallaccumulo di ceneri pomice tufo ORIGINE ED EVOLUZIONE DEI MAGMI I magmi vulcanici si originano per fusione parziale del mantello Il fuso iniziale che si forma è sempre di tipo basaltico A seconda dellambiente geologico in cui si sviluppa, il magma iniziale può subire o meno una evoluzione prima di giungere in superficie

11 vulcanismo 11 Levoluzione magmatica produce in genere una acidificazione del magma ed avviene con tre possibili meccanismi: Differenziazione: nel suo cammino verso la superficie, per vari motivi, il magma può fermarsi allinterno della crosta, raffreddandosi e solidificando parzialmente La zona occupata in tal modo dal magma si dice camera magmatica. Essa non è una grande cavità, bensì un volume al cui interno il magma impregna le porosità della roccia. Durante lo stazionamento nella camera magmatica il magma originario si raffredda ed i minerali basici, più alto fondenti, cominciano a cristallizzare raffreddamento

12 vulcanismo 12 Il fuso residuo si arricchisce così in minerali sialici, più basso fondenti, ed in gas raffreddamento Più a lungo il magma stazione, più il fenomeno va avanti, più il magma diventa acido e ricco in gas Assimilazione: il magma fonde ed ingloba parte delle rocce crostali in cui è intruso. Spesso tali rocce sono sialiche ed il magma originario diventa così più acido. Mescolanza: magmi di composizione differente (ad es. basaltico ed anatettico) si mescolano modificando la loro composizione A seconda dellambiente geologico esistono differenze nei meccanismi di fusione parziale del mantello con cui si producono i magmi originari

13 vulcanismo 13 Dorsali oceaniche In tali zone le correnti convettive dellastenosfera divergono, generando tensioni nella litosfera che finisce per lacerarsi. In conseguenza di ciò si abbassa la pressione litostatica, cosa che, a sua volta, abbassa la temperatura di fusione della peridotite del mantello Dalla fusione parziale della peridotite si origina una magma basaltico Il fenomeno è continuo, il magma risale verso la superficie, attraverso la sottile litosfera oceanica, senza stazionare in una camera magmatica e senza modificarsi Il magma basaltico fuoriesce, fluido e con pochi gas, originando eruzioni effusive. In mezzo alloceano si forma una catena vulcanica sottomarina

14 vulcanismo 14 Zone di subduzione In tali aree le correnti convettive dellastenosfera convergono, comprimendo la litosfera Una porzione di litosfera oceanica entra in subduzione sotto un continente o sotto unaltra porzione di oceano Lacqua contenuta nella crosta oceanica che subduce abbassa la temperatura di fusione del mantello Il mantello sopra la zona di subduzione fonde, generando magmi basaltici che risalgono con intermittenza nella litosfera soprastante Nel lungo cammino il magma staziona in una camera magmatica ove si differenzia; nelle zone continentali assimila anche rocce sialiche Il magma, divenuto più o meno acido, viscoso e ricco di gas, origina eruzioni più o meno esplosive. Si formano catene arcuate di vulcani

15 vulcanismo 15 Punti caldi Situati al di fuori delle fasce precedenti, costituiscono ognuno un piccolo raggruppamento di vulcani (max. 5 o 6), alimentati dalla stessa sorgente magmatica Il magma basaltico proviene dal mantello inferiore, attraverso un pennacchio di calore (plume), ed arriva in superficie senza stazionare e senza modificarsi Numerosi altri sono i punti caldi estinti, anche su crosta continentale, tra cui quello di Yellowstone Il magma fuoriesce fluido e con pochi gas, producendo eruzioni effusive. I punti caldi ancora oggi attivi hanno originato arcipelaghi vulcanici su crosta oceanica, come le Hawaii, le Galapagos, le Canarie, le Azzorre, Capo Verde e Reunion Hawaii Galapagos Azzorre Canarie Capo Verde Reunion

16 vulcanismo 16 Dalla zona di alimentazione nel mantello i magmi, in forma di grossi goccioloni, detti diapiri, risalgono verso la superficie per il galleggiamento dovuto alla differenza di temperatura. Risalendo incontrano rocce sempre meno dense; quando la loro densità eguaglia quella delle rocce circostanti, i magmi si fermano e stazionano in un volume entro la crosta detto camera magmatica La possibilità di stazionare o meno prima di arrivare in superficie dipende anche da altri due fattori 1) Spessore crostale da attraversare: più lungo è il percorso di risalita e maggiore è la possibilità di stazionare 2) Continuità ed abbondanza nel rifornimento di magma: se il magma giunge abbondante e con continuità dalla zona di alimentazione, la possibilità di stazionare si riduce

17 vulcanismo 17 Il magma che giunge in superficie direttamente dal mantello, senza stazionamento nella camera magmatica, non si differenzia Resta quindi basaltico, caldo, fluido e povero di gas, originando eruzioni effusive Ciò avviene nelle dorsali oceaniche e nei punti caldi, a causa dei ridotti spessori crostali e della continuità del rifornimento magmatico Il magma che invece staziona nella camera magmatica si differenzia ed eventualmente assimila rocce crostali sialiche Diventa quindi più acido, freddo, viscoso e ricco di gas, originando eruzioni esplosive Ciò avviene nelle zone di subduzione, a causa dei notevoli spessori crostali e della discontinuità del rifornimento magmatico Al variare delle condizioni (tempo di stazionamento, continuità del rifornimento magmatico ecc.) si può avere una vasta gamma di attività vulcanica più effusiva o più esplosiva

18 vulcanismo 18 Nel corso del tempo le condizioni descritte possono mutare anche per quanto riguarda uno stesso vulcano, sia pure nei limiti derivanti dalla sua collocazione geologica (dorsali, punti caldi o zone di subduzione) Se ciò avviene, in tempi diversi il vulcano può alternare eruzioni più o meno effusive ad altre più o meno esplosive La lava basaltica è basica, calda (1.000 – 1.200°C), molto fluida e povera in gas. Esce quindi con scarsa energia ed i pochi gas contenuti sono liberati in modo tranquillo. ATTIVITA VULCANICA EFFUSIVA Le esplosioni sono ridotte ed i piroclasti scarsi, spesso limitati a getti di lava fluidissima (fontane di lava), che ricadono intorno al cratere

19 vulcanismo 19 Le eruzioni durano a lungo (settimane, mesi, anni), producono grandi quantità di lava, creando però solo danni alle proprietà ed alle infrastrutture Si hanno invece estese colate di lava che si muovono lungo i pendii con modalità differenti in base alla fluidità ed alla temperatura Nei casi di fluidità e temperatura maggiori le colate sono sottili e veloci (da 300 m/h, fino ai 30 km/h nei fiumi di lava). Le distanza percorse possono arrivare a 100 km Per viscosità maggiori le colate sono più lente (5 a 50 m/h), più spesse e meno estese

20 vulcanismo 20 Le colate sono brevi, la lava viscosa fluisce per distanze limitate e talvolta può uscire già semi solida dal vulcano. ATTIVITA VULCANICA ESPLOSIVA La lava riolitica è acida, più fredda (700 – 800°C), viscosa, ricca in gas ed esce quindi con molta energia. Le eruzioni sono violente e brevi (da poche ore a qualche giorno), caratterizzate da abbondanti esplosioni, e producono molti piroclasti e poca lava. Nella camera magmatica (sempre presente in questi casi) il magma staziona, differenziandosi sempre più verso acidità maggiore I gas presenti si concentrano nella parte fusa, esercitando una forte pressione sulle rocce incassanti

21 vulcanismo 21 Leruzione inizia quando lequilibrio tra resistenza delle rocce incassanti e forza dei gas viene rotto a favore di questa Si apre allora un varco verso la superficie (detto camino o condotto magmatico) e la pressione nella camera magmatica si abbassa Come aprendo una bottiglia di Coca Cola (scaldata o agitata) i gas si separano dal liquido, formando una sorta di schiuma, spinta nel condotto verso lesterno dalla pressione Prima di arrivare in superficie il magma si frammenta ulteriormente ed esce come miscela di gas e piroclasti, che si espande verso lalto in una colonna eruttiva

22 vulcanismo 22 La colonna sale per galleggiamento fino anche a 10 – 15 km di quota, si espande e può essere deviata dai venti vento Ad un certo punto i piroclasti iniziano a cadere al suolo, a distanza variabile a seconda delle loro dimensioni Si ha una pioggia di pomici, lapilli o ceneri, incandescenti o meno, che genera depositi di spessori variabili con la distanza I danni alle proprietà ed alle infrastrutture sono notevoli: i tetti crollano, strade e campi sono ricoperti, alle prime piogge i depositi si mobilizzano, originando alluvioni e frane. I danni alle persone sono invece più limitati

23 vulcanismo 23 Nelle eruzioni maggiori le polveri più fini vengono trasportate nellalta atmosfera e fanno il giro del mondo, modificando talvolta il clima Nelle eruzioni esplosive si possono inoltre generare flussi piroclastici (nubi ardenti) che ricadono lungo i versanti del vulcano Queste dense sospensioni di gas, ceneri e detriti più grossolani hanno temperatura di diverse centinaia di gradi centigradi e si muovono velocissime, distruggendo tutto ciò che incontrano

24 vulcanismo 24 I flussi piroclastici si possono generare per: Collasso della colonna eruttiva Esplosione laterale del vulcano Trabocco diretto dal cratere

25 vulcanismo 25 In tali situazioni può generarsi una esplosione anulare, con produzione di unondata di vapore e scarsi piroclasti, che scivola poi lungo i fianchi del vulcano come una nube ardente Fenomeni di questi tipo di dicono base surge (ondata basale) In alcuni casi il magma entra in contatto con quantità notevoli di acqua (del mare o di falda), che si trasforma istantaneamente in vapore, producendo enormi esplosioni. Eruzioni di questo tipo si dicono freatomagmatiche

26 vulcanismo 26 I flussi piroclastici ed i base surge sono i fenomeni più pericolosi del vulcanismo esplosivo, in quanto investono molto rapidamente le zone intorno al vulcano senza lasciare scampo. Nelle eruzioni esplosive la produzione di lava può invece essere del tutto assente oppure limitata alla emissione di corpi lavici semi solidificati (duomi) o completamente solidificati (spine e guglie) S. Helens 1980 La Pelee 1902

27 vulcanismo 27 dopo prima Tra le eruzioni marcatamente effusive e le eruzioni fortemente esplosive esiste una serie di condizioni intermedie che si realizzano al variare delle caratteristiche del magma eruttato Inoltre anche uno stesso vulcano può avere attività di tipo diverso in fasi diverse della propria storia Altro fenomeno assai pericoloso legato allattività vulcanica sono i lahar, termine di origine indonesiana indicante enormi colate fredde di fango e detriti che si verificano a seguito di una eruzione

28 vulcanismo 28 I lahar possono generarsi in tre situazioni: Vulcani di alta quota ricoperti da nevai o ghiacciai: leruzione, anche effusiva, produce per scioglimento una grande quantità di acqua, che rapidamente si riversa a valle, trascinando tutto ciò che incontra Vulcani lungamente quiescenti nel cui cratere si è creato un lago, lacqua del quale viene riversata a valle da una eruzione Accumulo di spessori notevoli di piroclasti incoerenti successivamente mobilizzati da forti piogge

29 vulcanismo 29 LA FORMA DEL VULCANO La montagna sub conica che chiamiamo vulcano si forma dallaccumulo dei materiali lavici che fuoriescono da una apertura della crosta La forma delledificio vulcanico dipende quindi dal tipo di attività del vulcano, ovvero dalle caratteristiche dei materiali eruttati e dai tipi di eruzioni che li hanno prodotti Vulcani a scudo: edifici con base larghissima e fianchi a dolce pendenza, prodotti da eruzioni effusive Ledificio è prodotto dallo stratificarsi delle colate basaltiche. Ne sono esempi i vulcani dei punti caldi o dellIslanda

30 vulcanismo 30 Vulcani a strato: in generale hanno fianchi un po concavi e più ripidi rispetto ai vulcani a scudo Sono formati dallalternanza di lave e strati piroclastici; la forma generale delledificio varia a seconda dei rapporti tra i due tipi di materiali. Le lave sono intermedie e le eruzioni moderatamente esplosive

31 vulcanismo 31 I vulcani a scudo sono molto più grossi di quelli a strato Se si considera il loro dislivello totale, i vulcani a scudo costituiscono alcune delle montagne più elevate della Terra


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