I VULCANI Per l’insegnante: Questa lezione multimediale ha lo scopo di approfondire i contenuti proposti nella lezione I vulcani contenuta nell’unità I moti interni alla Terra (Esplorando, Volume D, La Terra, pp. 79-102 - Esplorando Visual 3, pp. 221-246). Attraverso la visualizzazione di immagini, la presentazione si propone di descrivere: la struttura di un vulcano in tutte le sue parti, le caratteristiche dei diversi tipi di vulcano in relazione alla diversa composizione del magma in essi presente, le caratteristiche dei diversi tipi di eruzione, i fenomeni di vulcanesimo secondario, una panoramica sui vulcani presenti in Italia. I VULCANI

Per iniziare Che cos’è un vulcano? Conoscete i nomi di qualche vulcano? Ci sono vulcani in Italia? Per l’insegnante: La discussione iniziale ha lo scopo di accertare le preconoscenze della classe. È importante che si spazi dalla descrizione degli elementi comuni a tutti i vulcani alla realtà concreta, conosciuta direttamente o attraverso l’informazione televisiva.

Che cos’è un vulcano I vulcani sono spaccature della crosta terrestre attraverso cui risale in superficie il magma, materiale incandescente composto da minerali fusi mescolati a gas. Per l’insegnante: A questo punto è utile chiedere da dove arriva il magma. La trattazione della struttura della Terra verrà approfondita e presa in esame in modo più organico solo dopo aver parlato delle onde sismiche, le cui deviazioni rappresentano una prova della densità eterogenea del nostro pianeta. Si può comunque accennare al fatto che la situazione della litosfera è estremamente dinamica e che in profondità le rocce, sottoposte ad alte pressioni e temperature elevatissime, possono fondersi.

Come è fatto un vulcano Dal serbatoio magmatico, il magma risale attraverso il camino vulcanico fino a un’apertura chiamata cratere. Per l’insegnante: Il disegno consente di soffermarsi sulla struttura di un edificio vulcanico e sulla relativa terminologia specifica. Si può aggiungere che, oltre al cratere centrale o sommitale, un vulcano può avere anche crateri secondari lungo le pendici dell’edificio vulcanico. Da essi fuoriesce il magma proveniente dai camini secondari, collegati al camino principale.

Il cratere Il cratere è l’apertura in superficie del camino vulcanico. Per l’insegnante: L’immagine a sinistra è una foto del cratere del vulcano attivo Pu ̀ u O ̀ o nelle Hawaii; il cratere nella immagine a destra si trova sull’Etna.

Un’eruzione vulcanica Durante un’eruzione, il magma fuoriesce dal cratere liberando all’esterno i gas che conteneva e scorrendo all’esterno, sotto forma di lava. Per l’insegnante: In genere ogni eruzione vulcanica è preceduta da una caratteristica attività sismica: i terremoti che vengono registrati prima di un’eruzione sono associati al movimento del magma all’interno del serbatoio magmatico. Le modalità di eruzione dei vulcani possono essere molto diverse e dipendono principalmente dalla composizione chimica del magma, in particolare dalla percentuale di silice presente nel magma stesso. I vulcani rimangono attivi per molto tempo, cioè fino a quando il serbatoio magmatico viene alimentato dagli strati più profondi della Terra: per tale motivo le eruzioni sono fenomeni ciclici. Quando viene esaurita la potenza dei gas che hanno determinato l’eruzione, il materiale che si trova ancora all’interno del camino vulcanico non ha più la forza necessaria per fuoriuscire, pertanto solidifica al suo interno.

La lava All’esterno, la lava si raffredda più o meno velocemente e solidifica. Per l’insegnante: Dopo aver ricordato che la silice è un minerale composto da biossido di silice, molto diffuso nelle rocce della superficie terrestre, può essere utile fare un approfondimento classificando i diversi tipi di lava, in base al contenuto di silice. Lava basica: quando il contenuto di silice è inferiore al 52% e la sua temperatura può superare i 1200 °C; è molto fluida e non trattiene eccessi di gas e vapori. Lava acida: quando il contenuto di silice supera il 65% e la sua temperatura è compresa tra gli 800 °C e i 1000 °C; è poco fluida e più viscosa. Lava intermedia: quando il suo contenuto di silice è compreso tra il 52% e il 65% e le sue caratteristiche sono intermedie tra quelle della lava basica e della lava acida.

Eruzioni esplosive Se il magma è molto ricco di silice è più viscoso e i gas in esso contenuti si liberano con violente esplosioni, proiettando verso l’esterno grandi quantità di fumi, ceneri e lapilli. Per l’insegnante: In questo tipo di eruzioni il magma viene ridotto in tanti piccoli frammenti di varie dimensioni, che si vanno a mescolare con pezzi di rocce provenienti dalle pareti interne del camino. Questi frammenti generati dall’eruzione sono detti piroclasti e vengono classificati in base alla loro dimensione in: - ceneri: frammenti molto fini che possono essere trasportati lontano dal vento; - lapilli: frammenti più grossolani, incandescenti; - bombe o blocchi: frammenti di grosse dimensioni. La foto nella slide mostra un’eruzione del vulcano Karinsky in Siberia, Russia.

I lapilli Per l’insegnante: L’immagine mostra un’eruzione esplosiva del vulcano Stromboli. Ecco un’emissione di lapilli, piccoli frammenti di roccia incandescente.

Eruzioni effusive Quando il contenuto di silice del magma è scarso, la lava è molto fluida e scorre velocemente, ricoprendo vaste aree prima di solidificarsi. Per l’insegnante: Le eruzioni effusive sono caratterizzate solo dalla fuoriuscita di lava (non si verifica la produzione di piroclasti). Essendo molto fluide, le lave spesso formano veri e propri fiumi, che possono raggiungere anche una distanza di 50-60 km dal centro dell’emissione. L’attività vulcanica effusiva si distingue in: - subaerea, se la lava solidifica a contatto con l’atmosfera; - subacquea o sottomarina, se la lava solidifica a contatto con l’acqua.

Come si forma l’edificio vulcanico Con il succedersi delle eruzioni, il materiale che esce dal cratere si stratifica: si origina così l’edificio vulcanico, che può avere forme diverse. Per l’insegnante: Generalmente gli edifici vulcanici non sono il prodotto di una singola eruzione, nella quale il magma riversato all’esterno ha una composizione che rimane costante nel tempo, ma sono il risultato di più eruzioni. Ciascun episodio eruttivo ha caratteristiche ben precise che dipendono dalla composizione chimica del magma, la quale può cambiare nel tempo. Selezionando con il mouse la casella Visualizza l’animazione, sarà possibile mostrare ai ragazzi una ricostruzione di come nasce un vulcano. Per attivare le fasi successive dell’animazione selezionare con il mouse la freccia che compare in basso a destra. Pertanto, gli edifici vulcanici generati da più eruzioni implicano il coinvolgimento di magmi a differente composizione e lave che solidificano in modo diverso; queste, durante il loro raffreddamento, daranno origine a strati di tipo diverso. Visualizza l’animazione

Vulcani a scudo Se la lava scorre velocemente, ricoprendo vaste aree prima di raffreddarsi, si generano edifici vulcanici dalla forma larga e appiattita. È il caso del Mauna Loa, nelle Hawaii. Per l’insegnante: Mauna Loa, che significa «montagna lunga», è il nome del più grande vulcano attivo del mondo. È alto 4170 metri e con le sue pendici copre una vasta parte dell’isola di Hawaii. Il suo cratere, detto Mokuaweoweo, ha un’ampiezza di oltre 10 chilometri quadrati e una profondità di 180 metri. Questo enorme vulcano potrebbe risvegliarsi in qualsiasi momento; la sua ultima eruzione risale al 1984, ma anche nel 1988 ha dato segno di una possibile ripresa dell’attività vulcanica.

Vulcani a strato Se la lava è viscosa e scorre lentamente, si formano edifici vulcanici con fianchi ripidi e con la caratteristica forma a cono. Tipico è il monte Fuji in Giappone. Per l’insegnante: Il Monte Fuji, conosciuto anche come Fujiyama, è un vulcano alto 3.776 metri ed è la montagna più alta del Giappone. La sua forma è conica e, a mano a mano che aumenta l’altitudine, aumenta anche la ripidità. La vetta è piatta, con un cratere profondo 200 metri e del diametro di circa mezzo chilometro, coronato da otto piccole creste. Date le sue caratteristiche, può essere interessante suggerire ai ragazzi una ricerca per documentarsi sull’attività di questo vulcano.

La caldera In caso di eruzioni esplosive molto violente, può verificarsi uno sprofondamento dell’edificio vulcanico: si forma in questo modo una vasta depressione, chiamata caldera. Per l’insegnante: Si possono distinguere due tipi di caldere. Caldere di sprofondamento: si formano quando l’entità dei prodotti espulsi è talmente elevata da causare un collasso della parte sommitale dell’edificio vulcanico verso il basso. In questi casi la depressione che si origina ha una forma più o meno circolare, che spesso viene riempita dall’acqua fino a formare un vero e proprio lago. Esempi in Italia sono il lago di Bracciano e il lago di Bolsena. Caldere di esplosione: si formano come conseguenza di un’eruzione esplosiva molto violenta, che produce una depressione a forma d’imbuto con la distruzione della sommità del cono vulcanico. La foto nella slide raffigura la caldera del Monte di St. Helens, uno strato-vulcano della Catena delle Cascate, nello Stato di Washington negli USA. Data la particolare storia di questo vulcano che, dopo un lungo periodo di quiescenza, il 18 maggio del 1980 ha ripreso la sua attività molto violentemente, potrebbe essere interessante suggerire ai ragazzi di documentarsi cercando informazioni sulla sua storia.

Il vulcanesimo secondario Per l’insegnante: Può essere interessante chiedere ai ragazzi se conoscono qualche sorgente termale in Italia. Dove sono? Quali proprietà hanno? Il calore interno alla Terra può provocare emissioni di gas, vapori e acqua calda o bollente. Si originano così sorgenti termali, soffioni, geyser, fumarole e solfatare.

I geyser Sono emissioni periodiche di acqua bollente e vapori. Per l’insegnante: I geyser sono sicuramente i fenomeni di vulcanesimo secondario più spettacolari. I più famosi sono localizzati in Islanda e in America Settentrionale. La sequenza fotografica mostra un’emissione del geyser Strokkur in Islanda. Anche in questo caso, può essere particolarmente interessante svolgere un’attività di ricerca a riguardo. Selezionando con il mouse la casella Visualizza il video, sarà possibile mostrare ai ragazzi il video di un’eruzione del geyser Old Faithful nel parco dello Yellowstone negli USA. Un’eruzione di questo geyser ha una durata che varia da un minuto e mezzo a due/cinque minuti circa, espelle dai 14 000 ai 32 000 litri di acqua bollente e raggiunge altezze che variano dai 30 ai 55 metri. Sono emissioni periodiche di acqua bollente e vapori. I più famosi sono localizzati in Islanda e in America Settentrionale Visualizza il video

I soffioni Per l’insegnante: Le centrali geotermiche sfruttano il calore presente negli strati più profondi della Terra. La temperatura interna del nostro pianeta aumenta a mano a mano che si scende in profondità. Questo aumento della temperatura viene detto gradiente geotermico ed è di circa 3 °C per ogni cento metri di profondità. Attraverso le fratture degli strati rocciosi, le acque e i vapori riscaldatisi in profondità salgono verso la superficie e vengono intercettati e raccolti dai pozzi geotermici. L’Italia è stato il primo paese al mondo a sfruttare l’energia geotermica, con il primo impianto di generazione realizzato nel 1913 a Larderello. Attualmente sono attive centrali geotermiche a Larderello, Travale e Monte Amiata (in Toscana), che forniscono circa l’1,5% della produzione totale dell’energia elettrica nazionale. Informazioni sul funzionamento delle centrali geotermiche si possono trovare sul testo (unità Il lavoro e l’energia, in Esplorando, Volume A, La materia, pp. 95-112 e in Esplorando Visual 2, pp. 49-68). Sono violente emissioni di vapore acqueo, che possono venire sfruttate per produrre energia elettrica.

Le fumarole Le solfatare Per l’insegnante: Potrebbe essere interessante proporre un approfondimento sulle solfatare, sottolineando che le rocce adiacenti alle emissioni di vapore presentano un caratteristico colore giallo, dovuto alle incrostazioni di zolfo. I cristalli di zolfo si formano quando il solfuro di idrogeno (H2S), mescolato al vapore acqueo surriscaldato, viene a contatto con l’ossigeno atmosferico. Sono emissioni di vapori caldi da crepacci del terreno. Sono emissioni di vapore acqueo contenenti solfuro di idrogeno.

Vulcani in Italia Nella nostra penisola e sui fondali circostanti sono presenti fenomeni di vulcanesimo secondario e vulcani, tra cui alcuni in piena attività, come l’Etna e lo Stromboli. Per l’insegnante: Osservando la cartina è evidente come le aree vulcaniche del nostro paese siano maggiormente concentrate nelle regioni centrali e meridionali. In Italia le zone che presentano un maggiore rischio vulcanico sono sei: l’Etna nella Sicilia orientale, il Vesuvio nelle vicinanze di Napoli, Stromboli e Vulcano nelle isole Eolie, l’Isola di Ischia e i Campi Flegrei in Campania. Si ricorda che viene definito rischio vulcanico il prodotto tra la probabilità che avvenga un determinato fenomeno vulcanico e i danni che esso provocherebbe. In relazione a particolari realtà locali, si segnala la possibilità di un approfondimento sui vulcani attivi in epoche recenti e oggi estinti, magari facendo riflettere sulla presenza di fenomeni di vulcanesimo secondario.

Etna È il vulcano più grande d’Europa. La sua intensa attività produce spesso consistenti colate laviche. Per l’insegnante: L’Etna è il vulcano attivo più alto d’Europa e uno dei maggiori al mondo. La sua altezza varia nel tempo a causa delle sue eruzioni, ma si aggira attualmente sui 3.340 metri sul livello del mare. Il suo diametro è di circa 45 chilometri.

Stromboli Per l’insegnante: Lo Stromboli è il più attivo dei vulcani europei: le sue eruzioni avvengono con una frequenza media di circa una ogni ora. L’attività “ordinaria” di questo vulcano ha luogo nei tre crateri allineati, situati a una quota di 750 metri sul livello del mare; consiste in esplosioni intermittenti di media energia, che durano pochi secondi e avvengono a intervalli di 10-20 minuti circa. Durante queste eruzioni vengono emesse piccole quantità di bombe incandescenti, lapilli, cenere e blocchi con velocità di uscita compresa tra 20 a 120 metri al secondo, ad altezze comprese tra poche decine fino ad alcune centinaia di metri. Questo tipo di attività eruttiva è associata a emissione di gas, principalmente di H2O, CO2, SO2 e quantità minori di HCl e HF. Inoltre, l’attività normale può essere periodicamente interrotta da esplosioni discrete di maggiore energia dette “esplosioni maggiori”. Questi eventi consistono in brevi ma violente esplosioni, durante le quali vengono prodotti lanci di blocchi e bombe di dimensioni molto grandi (alcuni metri) a distanze di alcune centinaia di metri, associati a piogge di lapilli e cenere. Si trova su una delle isole Eolie. La sua attività è caratterizzata da frequenti esplosioni, in genere di moderata intensità.

Vesuvio Per l’insegnante: Il Vesuvio è alto 1279 metri, fa parte del sistema montuoso Somma. È situato leggermente all’interno della costa del golfo di Napoli, a una decina di chilometri ad est del capoluogo campano. Potrebbe essere interessante chiedere a i ragazzi di documentarsi a riguardo dell’eruzione del Vesuvio avvenuta nel 79 d.C. che distrusse Pompei ed Ercolano. Situato nei pressi di Napoli, si trova attualmente in uno stato di quiescenza.

Riflettiamo insieme Quali fattori rendono fluidi i minerali fusi all’interno di un vulcano? Che cosa scalda l’acqua delle sorgenti termali? Perché le eruzioni vulcaniche possono essere pericolose? Per l’insegnante: La discussione ha lo scopo di individuare e porre in rilievo i fattori fondamentali che caratterizzano i fenomeni di vulcanesimo. L’obiettivo non è dunque verificare l’acquisizione delle conoscenze trasmesse nel corso della lezione: tale verifica potrà essere svolta stampando e distribuendo ai ragazzi il test allegato a questa lezione multimediale. Di seguito si fornisce una traccia delle possibili risposte ai quesiti della slide. Quali fattori rendono fluidi i minerali fusi all’interno del vulcano? Principalmente, elevati valori di temperatura e di pressione. Oltre a ciò è importante anche la composizione chimica del magma, in particolare la percentuale di silice. Se il contenuto di silice è scarso, il magma è più fluido; se invece il contenuto di silice è elevato, il magma è più viscoso. Che cosa scalda l’acqua delle sorgenti termali? Le sorgenti termali sono fenomeni di vulcanesimo secondario legati al calore interno del pianeta. L’acqua delle sorgenti termali viene scaldata dal calore del magma presente in profondità. Perché le eruzioni vulcaniche possono essere pericolose? Perché non si possono prevedere con assoluta certezza e, a seconda delle loro caratteristiche più o meno violente, possono causare danni all’ambiente e alle persone.