Fluidi naturali.

Presentazione sul tema: "Fluidi naturali."— Transcript della presentazione:

1 Fluidi naturali

2 Fase 1: il degassamento magmatico
I gas nel magma sono detti componenti volatili o anche “elementi fuggitivi”

3 I componenti volatili sono disciolti nei magmi
Concetto chiave I componenti volatili sono disciolti nei magmi o Essolvono (bubbling)

4 Fasi magmatiche- I

5 Fasi magmatiche- II

6 Modelli conettuali di melt silicatici
From Carmichael et al. 1974

7 Masaya, Nicaragua; 1972

8 Le emissioni vulcaniche come espressione di rilascio di fluidi profondi
William I Rose Geological Engineering & Sciences Michigan Tech University Fall AGU, San Francisco 8 December 2003, paper V12E-08 15:25

9 White Island, NZ measured Rose, Chuan, Giggenbach, Kyle & Symonds, 1986, Bull Volcanol 48:

10 Tipologie composizionali di gas magmatici

11 Specie volatili I volatili sono definiti come quelle specie chimiche che a condizioni P-T proprie dei magmi (P atmosferica e alte T) esistono cime fasi gassose o vapore. Includono: H2O (steam), CO2, H2, HCl, HF, F, Cl, SO2, H2S, CO, CH4, O2, NH3, S2, e gas nobili He e Ar. H2O e CO2 dominano! Consistono di specie a basso numero atomico: H, C, O, S, Cl e F.

12 Stato dei volatili nei magmi
Punto critico: per specie volatili definisce condizioni T, P alle quali non c’è distinzione fisica tra liquido e gas Volatili essolti oltre il pyunto critico sono detti fluidi supercritici

13 Diagramma di fase dell’acqua H2O

14 Fluidi supercritici…….
Le caratteristiche includono: Densità maggiore del liquido Solubilità simile al liquido Diffusività simile a gas Viscosità simile a gas

15 Fluidi supercritici in magmi
Densità molto bassa Volume specifico (volume/massa) molto grnade 10-10,000 cm3/gm Perchè è importante ?

16 Volume specifico dell’acqua vs. Pressione
specific volume = 1 / r 0.1 g/cm3 rmagma = 2.2 g/cm3

17 Quali sono le specie volatili dei magmi più importanti?
H2O e CO2 S in forma di SO2 e H2S Cl, F

18 Abbondanze di volatili disciolti nei magmi

19 Esempio di volatili da vulcani attivi: Merapi, Indonesia
In tons 3000 CO2 400 SO2 250 HCl 50 HF

20 Perchè studiare I composti volatili in vulcanologia?
Giocano un ruolo fondamentale nell’ascesa dei magmi (eruzioni), Una percentuale in volatili di 0.1% in peso; equivale a 90% di bolle in magma!

21 Aumento di volume al diminuire della pressione
Exsolved volatile species

22 Depolimerizzazione del melt silicatico

23 Solubilità dei volatili nei magmi
La solubilità misura la quantità di un volatile che può essere disciolto (accomodato nella struttura del melt silicatico) in un magma Si definisce e determinate condizioni T, P, x

24 Parametri che regolano la solubilità dei volatili nei magmi:
P, T, X—ma i più importanti sono compositione dei magmi e pressione

25 Solubilità in funzione della pressione
Volume di melt con volatili disciolti<< volume di melt + fase volatile libera (bubbles) Che succede con aumento di P? Il volume si deve ridurre Quindi la solubilità aumenta con l’aumentare della pressione

26 Esempi su dufferenti melt
From Moore et al., 1998

27 Interpretazione di diagrammi disolubilità
Definizioni Sottosaturo Saturo Soprassaturo

28

29 Speciazione dell’acqua in magmi silicatici
H2O + O2- = 2OH- in melt in melt From Silver et al., 1990

30 Solubilità di CO2 in magmi silicatici
aSiO2

31 Solubilità di più fasi volatili coesistenti

32 Vescicolazione Bubble Nucleation Froth Saturation
New Nucleii and Growth Fragmentation From: Sparks (1978)

33 Durante l’ascesa dei magmi
Raffreddamento di magma Saturazione e supersaturazione Formazioni di nuclei di bolle Aumento dimensione bolle Formazione di nuclei di fasi solide Crescita dei cristalli tessitura

34 Raffreddamento di magma
Mentre un magma risale, le rocce incassanti (più fredde) lo raffreddano. Il contrasto tra temperatura del magma e delle rocce incassanti aumenta al diminuire della profondità La geometria dei condotti di alimentazione influenza la perdita di calore dei magmi in ascesa. La relazione tra viscosità iniziale e T determina il cambiamento di fviscosità in risalita.

35 Saturazione e supersaturazione
La disponibilità di H2O e altri volatili nella zona sorgente e il grado di melting parziale determina il grado di saturazione. Magmi sottosaturi, per circa <1-7 % volatiles. L’effetto della dissoluzione di volatili nei magmi è la depolimerizzazione con conseguente diminuzione della viscosità. Duriante l’ascesa la solubilità dei volatili diminuisce e il magma tende a diventare saturo, quindi soprassaturo, ma l’essoluzione di bolle può tardare in dipendenza di nucleazione e viscosità residua.

36 Nucleazione bolle volatili
La formazione di un nucleo è la più importante barriera di energia per la formazione di bolle. L’unione di più molecole di volatile tende a contrastare il riassorbimento del volatile nel magma Esiste un valore critico minimo di nucleazione (forse un micron in diametro) In senso probabilistico, un nucleo ha il 50% di possibilità di non essere riassorbito. Solo quando un nucleo raggiunge il valore critico di dimensione, può diventare bolla, per questo occorre supersaturazione.

37 Crescita di bolle I nucleo che si evolvono in bolle migrano in alto attraverso i magmi, quindi, in caso di sistema aperto, possono essolvere come fase gassosa libera. In magmi viscosi tale migrazione non può avvenire o avviene in modo estremamente lento, cosa che limita la crescita delle bolle. La copresenza di bolle ne inibisce la crescita, perciò la dimensione delle bolle dipende dalla formazione di foam (schiuma).

38 Perchè le bolel di volatili crescono ?
Supersaturazione procede per: decompressione = first boiling cristallizzazione = second boiling

39 Crescita di bolle di volatili
Prima fase: nucleazione Ritmo di crescita legato a: Concentrazione di volatili Diffusività dei volatili Densità e viscosità del magma Tensione superficiale delle bolle La dimensioen delle bolle risulta dalla competizione tra nucleazione e crescita

40 Crescita bolle: sistemi Basaltici vs. Silicicatici
In magmi silicatici si formano bolle di dimensioni minori ( cm) rispetto a quelle che si formano nei magmi basaltici (0.1-5 cm). perchè? La diffusività è minore e la viscosità è più alta nei magmi silicatici

41 Reologia dei magmi F/A = µ (V/2h) m - shear viscosity
La Viscosità dipende da: Composizione chimica- more SiO2 - more viscous Temperatura - higher temperature - less viscous Contenuto in acqua- higher water content - less viscous Contenuto in cristalli- higher crystal content - more viscous

42 Domande tipiche su un magma in ascesa:
A. Fromazione di bolle ? B. Si produce gas libero? C. In caso di A e B negativo, si va verso condizioni di sovrappressione e conseguente esplosione? D. Conil raffreddaemnte, degassamento e cristallizzazione, il magma continua a fluire? E. Se il flusso ristagna, che succede ?

43 Volatili ed eruzioni

44

45 Eruzioni esplosive

46 Eruzioni vulcaniche esplosive
Strombolian Vulcanian Plinian

47 Struttura del flusso durante eruzioni esplosive

48 Distribuzione delle dimensioni di eruzioni esplosive

49 Indice di esplosività volcanica (VEI)