Lezione 5 - La morfologia vulcanica

Corso di Geomorfologia: Lezione 5
La morfologia vulcanica
Marco Materazzi
Materazzi M. – Corso di Geomorfologia: Lezione 5 – La morfologia vulcanica
TIPOLOGIA DELLE ERUZIONI VULCANICHE
•Eruzioni centrali o fissurali
•Eruzioni laviche o effusive ed eruzioni esplosive (stratovulcani e vulcani a scudo)
•Vulcanismo di tipo hawaiano, stromboliano, vulcaniano, pliniano, ultrapliniano
•Interazione fra acqua e magma: eruzioni surtseyane,
surtseyane eruzioni freatopliniane (seamounts)
PRODOTTI DELL’ATTIVITA’ VULCANICA ESPLOSIVA
Prodotti piroclastici o piroclastiti o tefra (ceneri, lapilli, bombe)
•Prodotti
•Meccanismi di trasporto e deposizione (caduta piroclastica,
colatapiroclastica, surge piroclastico)
MORFOTIPI VULCANICI
•Duomi vulcanici
•Coni di scorie
•Anelli di tufo, coni di tufo, maar
•Tavolati o plateau vulcanici
•Barrancos
•Lahars
•Caldere
PRODOTTI DELL’ATTIVITA’
VULCANICA EFFUSIVA
•Colate laviche (lave a corde, aa)
•Basalti colonnari
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Comportamento eruttivo dei
magmi in funzione della loro
composizione chimica e del
contenuto in gas. I magmi
basici e acidi ricchi di gas
danno luogo rispettivamente a
colate e fontane di lava, e a
grandi eruzioni esplosive (A,
C). Gli stessi magmi degassati
generano
rispettivamente
i
i
effusioni laviche tranquille e
messa in posto di corpi lavici
viscosi di modesto volume e
forte spessore
p
((B,, D)) ((da
Accordi e Lupia Palmieri, 1991,
modificato).
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SKJALDBREIDUR
FERNANDINA
(Galapagos)
(Islanda)
MAUNA LOA
(Hawaii)
0
20 km
Forme e dimensioni dei vulcani scudo di tipo islandese, Galapagos e hawaiano.
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Sezione schematica di uno stratovulcano costituito da alternanza di livelli piroclastici (puntinato), colate laviche (L)
e sill (S) tagliati dal condotto e da dicchi (D) di alimentazione di coni laterali (C).
Da McDonald (1972), ridisegnato.
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Eruzione surtseyana di un
magma basico. L’interazione tra
magma e acqua in prossimità
della superficie marina genera
esplosioni di notevole energia
con
conseguente
g
forte
frammentazione del magma e
formazione di coni di tufo. Lo
stesso magma eruttato in
ambiente subacqueo profondo
forma sequenze di prodotti lavici
spesso con tipiche strutture a
pillow
e materiale vetroso
frammentato (ialoclastiti) (figura
piccola).
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A
B
F (indice di frammenta
azione)
(% in peso di cenerii fini)
FREATOPLINIANA
100
SURTSEYANA
FREATOPLINIANA
80
ULTRA
PLINIANA
SURTSEYANA
ULTRA
PLINIANA
60
VULCANIANA
VULCANIANA
PLINIANA
SUBPLINIANA
40
PLINIANA
HAWAIIANA
HAWAIANA
20
STROMBOLIANA
SUBPLINIANA
STROMBOLIANA
0
0
0.1
1
10
100
1000
10000
D (= indice di dispersione) in km2
100000
altezza della colonna eruttiva
Classificazione delle eruzioni esplosive in funzione del grado di frammentazione e della dispersione areale dei
prodotti piroclastici di caduta (Walker, 1973). Il parametro D indica l’area ricoperta da depositi con uno spessore
superiore a 1/100 di quello massimo. Il parametro F rappresenta la percentuale di componenti con diametro < 1 mm
misurata in una posizione definita del deposito. B. Illustrazione delle dimensioni
delle colonne eruttive per i vari tipi di eruzione definiti nel diagramma di Walker.
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Schema evolutivo semplificato dell
dell’apparato
apparato di Stromboli.
Stromboli L
L’attività
attività mista effusiva ed esplosiva costruisce uno stratovulcano (1)
(grigio chiaro) che, in seguito a una o più eruzioni, collassa per dare una caldera (2). Le fasi successive sono caratterizzate da: eruzioni
che colmano la caldera (3) (rigato verticale), collasso della parte occidentale dell’isola (4), completa ricostruzione del fianco attraverso
nuove eruzioni effusive (5) (rigato orizzontale), collasso della Sciara del Fuoco e attività stromboliana attuale (6) (grigio scuro). Lo
studio dell’evoluzione di una struttura vulcanica complessa come quella di Stromboli si basa sul rilevamento di terreno finalizzato al
riconoscimento
i
i
t dei
d i litotipi
lit ti i affioranti
ffi
ti e dei
d i loro
l
rapporti
ti stratigrafici,
t ti fi i alla
ll individuazione
i di id i
d i periodi
dei
i di di stasi
t i dell’attività
d ll’ tti ità testimoniati,
t ti
i ti add
esempio, da paleosuoli, e alla identificazione delle strutture vulcaniche e tettoniche. A causa della discontinuità dei depositi lavici e
piroclastici, che può essere primaria oppure conseguente a erosione, è spesso difficile riconoscere con esattezza i rapporti stratigrafici
tra unità eruttive. Pertanto nello studio dei vulcani complessi si fa uso esteso di datazioni radiometriche per le ricostruzioni
stratigrafiche. Tali datazioni, tuttavia, forniscono dati poco attendibili nel caso di rocce molto giovani.
1
2
4
5
3
6
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Mount Hood, Oregon, and Mount Adams and Mount St. Helens, Washington, September 1994.
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Mount Saint Helens – Washington, USA
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Ampio cratere (diametro
circa 2 km) del vulcano St.
Helens formatosi in seguito
all’eruzione del 18 maggio
1980 Il cratere contiene
1980.
nella parte centrale un
duomo lavico messo in
posto durante le fasi finali
dell’attività
dell
attività eruttiva.
eruttiva Prima
dell’eruzione esplosiva il
vulcano presentava una
forma conica molto
regolare; la parte mancante
del cono, per un’altezza di
circa 500 m, fu rimossa
nelle prime fasi
dell eruzione
dell’eruzione
per effetto combinato di un
rapido movimento franoso e
di una forte esplosione
laterale Queste depressioni
laterale.
vengono anche denominate
caldere da frana (avalanche
caldera).
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Stratovulcano di Alicudi,
Alicudi Isole Eolie.
Eolie L
L’ampia
ampia depressione sommitale,
sommitale riconoscibile dalla rottura del pendio,
pendio è
occupata da duomi andesitici dalla tipica forma mammellonare. Le strutture allungate sul fianco SE (a sinistra nella
foto) sono colate laviche andesitiche mediamente viscose emesse dall’area sommitale.
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Struttura interna dello stratovulcano di Santorini, Grecia, visibile lungo le pareti dell’ampia caldera centrale. Notare
l’alternanza di colate laviche e depositi piroclastici, e la presenza di dicchi che tagliano la sequenza vulcanica
passando, in alcuni casi, ad una giacitura concordante (sill) (foto P. Manetti).
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TIPOLOGIA DELLE ERUZIONI VULCANICHE
•Eruzioni centrali o fissurali
•Eruzioni laviche o effusive ed eruzioni esplosive (stratovulcani e vulcani a scudo)
•Vulcanismo di tipo hawaiano, stromboliano, vulcaniano, pliniano, ultrapliniano
•Interazione fra acqua e magma: eruzioni surtseyane, eruzioni freatopliniane (seamounts)
PRODOTTI DELL’ATTIVITA’ VULCANICA ESPLOSIVA
•Prodotti piroclastici o piroclastiti o tefra (ceneri, lapilli, bombe)
•Meccanismi
M
i i di trasporto
t
t e deposizione
d
i i
( d t piroclastica,
(caduta
i l ti colata
l t
piroclastica, surge piroclastico)
MORFOTIPI VULCANICI
•Duomi vulcanici
•Coni di scorie
•Anelli di tufo,
tufo coni di tufo,
tufo maar
•Tavolati o plateau vulcanici
•Barrancos
•Lahars
•Caldere
PRODOTTI DELL’ATTIVITA’
VULCANICA EFFUSIVA
•Colate laviche ((lave a corde,, aa))
•Basalti colonnari
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M
Mount
t Pinatubo
Pi t b
Il Monte Pinatubo è un vulcano attivo presso l'isola di Luzón nelle Filippine al confine tra le tre province di
Zambales Bataan e Pampanga.
Zambales,
Pampanga L
L'eruzione
eruzione del giugno 1991,
1991 la prima dopo 5 secoli di inattività,
inattività fu la seconda più
grande e violenta eruzione del XX secolo. Le previsioni dell'inizio dell'attività eruttiva erano esatte e decine di
migliaia di persone furono evacuate dall'area circostante il vulcano salvando molte vite, ma l'area subì numerosi danni
a seguito delle colate piroclastiche, il deposito delle ceneri, e in seguito dei Lahar, frane di cenere causate dalle piogge
che rimuovevano le ceneri depositatesi.
depositatesi Migliaia di abitazioni furono distrutte.
distrutte Gli effetti dell
dell'eruzione
eruzione furono avvertiti
a livello planetario. Essa iniettò un'enorme quantità di gas nella stratosfera , superiore ad ogni eruzione successiva a
quella del Krakatoa del 1883. Gli aerosol formarono uno strato oscurante di acido solforico, nei mesi successivi. La
temperatura globale diminuì di mezzo grado Celsius e il buco dell'ozono crebbe sostanzialmente.
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Distribuzione mondiale dei prodotti cineritici del vulcano Pinatubo
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caduta piroclastica
colata piroclastica
surge piroclastico
Rappresentazione schematica dei processi di messa in posto dei depositi piroclastici di caduta, colata e surge, e dei
rispettivi
i tti i rapporti
ti con la
l topografia
t
fi dei
d i terreni
t
i sottostanti.
tt t ti
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Caduta piroclastica, depositi e “bombe”
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Pyroclastic Surge: A more energetic and
dilute mixture of searing gas and rock
fragments is called a pyroclastic surge.
Surges move easily up and over ridges;
flows tend to follow valleys.
Pyroclastic Flow: High-speed avalanches of
hot ash, rock fragments, and gas move down
the sides of a volcano during explosive
eruptions or when the steep edge of a dome
breaks apart and collapses. These pyroclastic
flows, which can reach 1500 degrees F and
move at 100-150 miles per hour, are capable
of knocking down and burning everything in
their paths.
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Pyroclastic surge
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Surge deposit
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Pyroclastic flow from the
S f iè Hills
Soufrière
Hill Volcano
Vl
(Antille)
(A till )
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Pyroclastic flow deposit
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TIPOLOGIA DELLE ERUZIONI VULCANICHE
•Eruzioni centrali o fissurali
•Eruzioni laviche o effusive ed eruzioni esplosive (stratovulcani e vulcani a scudo)
•Vulcanismo di tipo hawaiano, stromboliano, vulcaniano, pliniano, ultrapliniano
•Interazione fra acqua e magma: eruzioni surtseyane, eruzioni freatopliniane (seamounts)
PRODOTTI DELL’ATTIVITA’ VULCANICA ESPLOSIVA
•Prodotti piroclastici o piroclastiti o tefra (ceneri, lapilli, bombe)
•Meccanismi
M
i i di trasporto
t
t e deposizione
d
i i
( d t piroclastica,
(caduta
i l ti
colatapiroclastica, surge piroclastico)
MORFOTIPI VULCANICI
•Duomi vulcanici
•Coni di scorie
•Anelli di tufo,
tufo coni di tufo,
tufo maar
•Tavolati o plateau vulcanici
•Barrancos
•Lahars
•Caldere
PRODOTTI DELL’ATTIVITA’
VULCANICA EFFUSIVA
•Colate laviche ((lave a corde,, aa))
•Basalti colonnari
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Strutture a corde di una colata basaltica del Kilawea, Hawaii.
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Strutture aa di una colata basaltica recente della rift valley etiopica, nell’area del vulcano Fantallè.
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Basalti colonnari del plateau lavico del Fiume Columbia, Oregon, USA.
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TIPOLOGIA DELLE ERUZIONI VULCANICHE
•Eruzioni centrali o fissurali
•Eruzioni laviche o effusive ed eruzioni esplosive (stratovulcani e vulcani a scudo)
•Vulcanismo di tipo hawaiano, stromboliano, vulcaniano, pliniano, ultrapliniano
•Interazione fra acqua e magma: eruzioni surtseyane, eruzioni freatopliniane (seamounts)
PRODOTTI DELL’ATTIVITA’ VULCANICA ESPLOSIVA
•Prodotti piroclastici o piroclastiti o tefra (ceneri, lapilli, bombe)
•Meccanismi
M
i i di trasporto
t
t e deposizione
d
i i
( d t piroclastica,
(caduta
i l ti
colatapiroclastica, surge piroclastico)
MORFOTIPI VULCANICI
•Duomi vulcanici
•Coni di scorie
•Anelli di tufo,
tufo coni di tufo,
tufo maar
•Tavolati o plateau vulcanici
•Barrancos
•Lahars
•Caldere
PRODOTTI DELL’ATTIVITA’
VULCANICA EFFUSIVA
•Colate laviche ((lave a corde,, aa))
•Basalti colonnari
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Geometria
i e strutture interne
i
di
duomi lavici endogeni con
tipiche brecce esterne (zona
puntinata), laminazioni
concentriche
i h legate
l
all
particolare tipo di accrescimento
dall’interno per successive
iniezioni laviche (linee
tratteggiate)
i ) e fessurazione
f
i
colonnare radiale più o meno
regolare (linee spesse). A.
Duomo simmetrico; B. Duomo
simmetrico
i
i con depressione
d
i
centrale causata dalla
contrazione all’interno del
condotto. C e D. Duomi
asimmetrici
i
i i per scorrimento
i
della lava su superfici inclinate
(da McDonald, 1972,
ridisegnato).
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St tt
Struttura
interna
i t
di un duomo
d
endogeno
d
parzialmente
i l
t eroso affiorante
ffi
t neii pressii dell’isola
d ll’i l di Mylos,
M l Grecia.
G i Notare
N t
le strutture laminari concentriche e la fessurazione colonnare divergente (foto P. Manetti).
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Coni di scorie (o pomici)
I co
coni di
d scorie
sco e sono
so o piccoli
p cco edifici
ed c vulcanici
vu ca c monogenici,
o oge c , formati
o a nel
e corso
co so di
d eruzioni
e u o subaeree
subae ee di
d tipo
po stromboliano,
s o bo a o,
della durata di pochi giorni o pochi anni. Essi sono formati dall’accumulo di frammenti messi in posto secondo
traiettorie balistiche nelle immediate vicinanze del centro di emissione. La forma di questi edifici, in pianta, è
approssimativamente circolare o, talora, allungata se l’attività che ne determina la formazione si protrae nel tempo, con
il centro di emissione che migra
g lungo
g una frattura.
Attività esplosiva stromboliana e coni di scorie nell’area craterica di Stromboli (Isole Eolie).
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Cono di scorie della rift valley etiopica, nell’area del vulcano Kone a nord della città di Nazareth.
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Cono di scorie saldate del vulcano Kilawea, Hawaii.
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Altro esempio di cono di scorie della rift valley etiopica, nell’area del vulcano Kone a nord della città di Nazareth.
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CONI E ANELLI DI TUFO ((tuff-cones e tuff-rings)
g)
Questi edifici si formano comunemente a seguito di eruzioni freato-magmatiche che determinano la messa in posto e
l’accumulo per esplosioni successive di depositi da flusso e da surge piroclastico, con una componente ridotta di
frammenti messi in posto per caduta, spesso secondo traiettorie balistiche. La durata di tali eruzioni può essere
compresa
p
tra p
pochi g
giorni e p
poche settimante, raramente q
qualche mese. Coni ed anelli di tufo sono edifici monogenici,
g
caratterizzati da crateri il cui fondo è situato topograficamente al di sopra della superficie di base dell’edificio. Essi
sono costituiti da strati di piroclastiti che immergono sia verso l’interno che verso l’esterno del cratere.
Nei coni di tufo il rapporto tra altezza e diametro di base è maggiore rispetto agli anelli di tufo,
tufo il cratere è
generalmente più piccolo, il rapporto tra flussi e surges piroclastici è più alto, sono spesso presenti intercalazioni di
depositi da caduta, e l’angolo di inclinazione degli strati è di circa 20-25° in prossimità della cresta del cratere. I coni
di tufo si formano in aree in cui l’acqua superficiale (di un lago o del mare) si trova al disopra del centro eruttivo.
Tuff cone di Monte Nuovo (Campi Flegrei)
Tuff cone di Nisida (Campi Flegrei)
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Negli anelli di tufo sono prevalenti i depositi da base-surge, che conferiscono all’edificio una forma meno
pronunciata, con angoli di inclinazione degli strati molto più bassi rispetto ai coni di tufo. Gli anelli di tufo si formano
quando il magma interagisce esplosivamente con abbondante acqua in prossimità o in corrispondenza della superficie.
superficie
Essi sono caratterizzati da volumi di magma eruttati generalmente inferiori rispetto ai coni di tufo.
Tuff ring – Arabia Saudita
F t Rock
Fort
R k State
St t Natural
N t l Area
A - Eastern
E t
Oregon
O
(USA)
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Fort Rock State Natural Area - Eastern Oregon (USA)
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Maar è un termine tedesco (al plurale Maare) utilizzato per indicare delle strutture poco rilevate,
generalmente di forma circolare, il cui fondo depresso rispetto al piano di campagna è occupato da un
lago.
g
Si tratta di caldere di origine idromagmatica, ossia di cavità originate da esplosioni scatenate dal contatto
tra magma e acqua di falda. L'acqua della falda profonda (falda freatica), venendo a contatto con il
magma in masse consistenti, provoca la formazione di grosse quantità di composti volatili con un
ppotenziale esplosivo
p
di potenza
p
inimmaginabile
g
con conseguenze
g
catastrofiche paragonabili
p g
a qquelle
degli impatti di meteoriti di grandi dimensioni. L'acqua della falda freatica riempie poi la caldera residua
formando così il laghetto nel fondo della cavità.
Maar della rift valley etiopica, nell’area del vulcano Kone a nord della città di Nazareth.
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Isola di Surtsey, Islanda, formatasi nel 1963-66. La parte affiorante, costituita da un cono di scorie accresciutosi
all’interno di un cono di tufo, rappresenta la porzione sommitale di un vulcano sottomarino formato da lave e
ialoclastiti. Il passaggio da lave a cono di tufo e, infine, a cono di scorie riflette la netta diminuzione nel rapporto
acqua/magma nel corso dell’eruzione che ha costruito l’isola.
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Cratere di esplosione (maar) di Horaro (Green Lake) nei pressi di Debre Zeit,
Zeit regione di Addis Abeba,
Abeba Etiopia.
Etiopia Il
cratere, occupato da un lago, si è formato in seguito ad un’eruzione idrovulcanica ai piedi di un vecchio
stratovulcano il cui bordo calderico, profondamente dissestato, è ancora parzialmente riconoscibile sullo sfondo
della foto. Gli strati affioranti lungo le pareti del cratere rappresentano le colate del vecchio stratovulcano e, nella
parte superiore,
superiore i depositi di surge connessi all
all’attività
attività freatomagmatica responsabile della formazione del maar.
maar
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Randecker maar - Germany
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Maar
Cono di tufo
Anello di tufo
Sezione trasversale di un maar, di
un cono di tufo e di un anello di
tufo
tufo.
Da Cass e Wright (1988),
modificato.
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Rappresentazione schematica della formazione
di un plateau lavico per ripetute eruzioni fissurali basaltiche.
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A
B
C
Formazione di un tavolato lavico monogenico
attraverso. A e B
B. IInvasione
i
di una valle
ll fluviale
fl i l
da parte di una colata lavica;
C. Inversione di rilievo conseguente
all’erosione delle rocce a minore competenza
l
lungo
i bordi
b di della
d ll colata.
l t
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Formazione di una caldera conseguente a: A. Eruzione
esplosiva di tipo pliniano; B. Svuotamento parziale della
camera mag-matica; C. Collasso della parte centrale
dell’apparato
dell
apparato vulcanico
(da Mac Donald, 1972, ridisegnato).
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Carta topografica dell’isola di
Vulcano, Isole Eolie. L
L’isola
isola è
caratterizzata da due ampie
caldere. La più meridionale è quasi
completamente riempita da
prodotti
p
odo ddi eeruzioni
u o intracalderiche
aca de c e
mentre l’altra contiene al suo
centro il Cono della Fossa. Questo
è un centro piroclastico quiescente
con un cratere centrale ben
evidente e con una colata lavica
linguoide di natura ossidianacea
sul fianco settentrionale. Il punto
di intersezione tra le due caldere è
occupato dal vulcano del Monte
Saraceno. La parte più
settentrionale dell’isola è formata
dall’apparato
pp
di Vulcanello che è
costituito da uno scudo di tipo
islandese di lave basiche tefritiche
con sovrastanti piccoli coni
piroclastici trachitici. Il contrasto
p
morfologico tra lo scudo lavico e i
coni piroclastici evidenzia il
cambiamento dallo stile effusivo
dei magmi
g fluidi tefritici a quello
q
moderatamente esplosivo dei
magmi trachitici.
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Flussi lavici attivi il 30 Dicembre 2002 alle 11.30 ora locale (rosso) e il 31 Dicembre 2002 (porpora).
Tracciati a partire dalle mappe pubblicate a cura dell' INGV-Catania.
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Corpi franosi distaccatisi dalla Sciara del Fuoco il 30 Dicembre 2002 alle 13:15 e 13:22.
Tracciati a partire dalle mappe pubblicate a cura dell' INGV-Catania
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L'illustrazione mostra l'onda di tsunami in espansione dopo l'entrata in mare della frana. Nota che non si tratta
di una simulazione al computer ma solo di una rappresentazione di come le onde potrebbero essersi propagate
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Danni provocati dall'onda di tsunami lungo
la costa di Scari, Stromboli.
Flusso lavico che entra in mare sotto la
Sciara del Fuoco.
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Armero, Colombia, destroyed by lahar on November 13, 1985.More than 23,000 people were killed in
Armero when lahars (volcanic debris flows) swept down from the erupting Nevado del Ruiz volcano
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A pyroclastic flow from the August 7, 1980
eruption stretches from Mount St. Helens' crater to
the valley floor below. Pyroclastic flows typically
move at speeds of over 60 miles per hour (100
kilometers/hour) and reach temperatures of over
800 Degrees Fahrenheit (400 degrees Celsius).
Materazzi M. – Corso di Geomorfologia: Lezione 5 – La morfologia vulcanica
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4 April 2009. An impressive lahar carrying glacial sediments continues to flow in Drift River Valley
six hours after a Plinian eruption
p
of Redoubt Volcano (Alaska)
(
) has triggered
gg
it.
Materazzi M. – Corso di Geomorfologia: Lezione 5 – La morfologia vulcanica
Redoubt Volcano (Alaska). Steaming pyroclastic flow (right) and ash column erupted from the horseshoe
horseshoeshaped crater (left).
Materazzi M. – Corso di Geomorfologia: Lezione 5 – La morfologia vulcanica
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Unrestricted
Ashfall and lahars can be
significant hazards in all areas,
and require appropriate
precautions.
Daytime access to
Daytime transit
some areas
Access is permitted Areas will be defined Boats permitted to
from 6:30 am until depending on state travel through the
5:30 pm. Access
and location of the MEZ without
gates will be locked volcanic activity.
stopping from 6:30
at all other times.
am until 5:30 pm.
Daytime access
Controlled access
Essential workers
No access without No access apart from
approval from
MVO and associated
NDPRAC. Approval staff. Access for
considered on a case- essential
by-case basis. Gates maintenance only
will be locked at all with approval from
times.
NDPRAC. Gates
will be locked at all
times.