VULCANI
I vulcani sono strutture costituite quasi esclusivamente da lava solidificata e materiale
roccioso espulso dal camino vulcanico, il condotto che collega la superficie/crosta
terrestre con i sottostanti strati della litosfera e dell’astenosfera [la litosfera
comprende la crosta terrestre – che ha uno spessore di 5-11 km sotto gli oceani, 19-64
km sotto i continenti, e uno spessore medio di ~35km – e parte del mantello superiore
– il mantello ha uno spessore di ~2,898 km; Sotto il mantello c’è la parte centrale
della terra: la parte più esterna è di ~ 2,250 km, quella più interna è di ~1,280 km *L’astenosfera è uno strato del mantello superiore che inizia a 30 - 50 km sotto la
superficie; ha uno spessore di ~ 300 km; è lo strato in cui si forma il magma. La
relativamente plastica astenosfera è responsabile del movimento delle placche
tettoniche e dei continenti.]
Le aree in cui avvengono i movimenti tettonici e le placche continentali convergono,
sono zone nelle quali si accumulano ed erompono grandi quantità di energia, che
provocano terremoti ed attività vulcaniche.
I vulcani sono generalmente situati ai bordi delle placche tettoniche, dove le placche
che affondano nel mantello raggiungono temperature elevate [la temperatura della
terra aumenta di ~10-20°C per km di profondità. Si ritiene che il calore sia generato all’interno della terra –dal decadimento radioattivo dell’uranio e del torio, concentrati
nelle rocce silicee, nei graniti. Al confine tra mantello e centro della terra, la
temperatura è di circa 3,000°C; al centro della terra, è di circa 5,000°C] e pressioni
straordinariamente elevate [la pressione aumenta all’aumentare della profondità per
effetto del peso della roccia sovrastante; al limite tra il mantello e il nucleo, alla
profondità di 2,898 km, la pressione è di ~1.4 milioni di atmosfere; al centro della
terra raggiunge 3.5 milioni di atmosfere], che determinano la fusione delle rocce con
la formazione del magma.
ERUZIONI VULCANICHE
Le eruzioni sono generalmente precedute da movimenti magmatici al fondo dei
vulcani; tali movimenti determinano da modesti fenomeni sismici a piccoli terremoti.
Le eruzioni vulcaniche sono caratterizzate da una serie di eventi estremamente
dannosi all’ambiente circostante: i flussi piroclastici, la caduta di ceneri e proiettili
rocciosi; il versamento di lava, tephra e lahars; l’emissione di gas; le scariche
elettriche.
Nelle eruzioni esplosive, grandi quantità di gas fuoriescono dal camino vulcanico,
assieme a blocchi di magma, in gigantesche colonne di ceneri.
Enormi quantità di lava, ceneri e frammenti di roccia (lapilli) escono dal camino e da
fratture del cono vulcanico, liberando gas soffocanti.
Nei soli primi 15 minuti di un’eruzione di violenza da media a forte può essere
distrutta un’area di diversi chilometri di raggio [Dobran et al, 1994].
Secondo analisi recenti, le eruzioni vulcaniche hanno fatto almeno 274.000 vittime,
dal I° secolo e.c.; le maggiori eruzioni sono state più di 400 [2 - 4 per anno]; sette
hanno determinato più di 10,000 vittime ciascuna; tra le più frequenti cause di morte,
la tefra, i flussi piroclastici, il crollo di soffitti appesantiti dalle ceneri e l’impatto con
lapilli [Simkin et al., 2001, Science 291(5502),255]; oltre al contributo della lava e
dei gas tossici. 'Circa due terzi delle delle vittime e metà degli eventi fatali sono
avvenuti dopo un mese dall’inizio dell’eruzione' [Simkin et al., 2001, Science
291(5502),255]. La maggior parte delle eruzioni distruggono l’ozono stratosferico e
influiscono a lungo sull’andamento climatico.
CENERI
Le ceneri vulcaniche sono costituite da piccolo frammenti di roccia, di dimensioni
comprese tra meno di 2 mm di diametro e fino a 0.001 mm che si formano durante le
eruzioni esplosive. Sospese in vapor d’acqua e gas, le ceneri s’alzano nell’aria come
nuvole gigantesche fino ad altezze di 30 kilometri, in meno di 10 minuti. Tali nuvole
percorrono migliaia di kilometri sospinte dai venti, rappresentando un pericolo molto
serio per gli aerei, compromettendo le comunicazioni radio e telefoniche; coprono di
cenere enormi aree, danneggiando la vegetazione e le pratiche agricole [diminuzione
dei raccolti, difficoltà di pascolo e soffocamento di animali]; riducono la visibilità,
rendono le strade scivolose, intasando i filtri di ventilazione dell’aria; si accumulano
sugli edifici fino a determinarne il crollo dei soffitti [le ceneri possono pesare fino a
100 kilogrammi per metro quadro; il doppio se imbevute di pioggia].
Durante la prima eruzione del Mt. St. Helen [1980] più di 500 milioni di tonnellate di
ceneri caddero sugli stati di Washington, Idaho e Montana; la stima dei danni è
ammontata a più di un miliardo di US$.
GAS
I gas sono disciolti nel magma, per effetto dell’enorme pressione che c’è a kilometri
sotto la superficie terrestre. Con la repentina diminuzione di pressione che si
determina con la salita del magma nel cono vulcanico, i gas si espandono con
violenza esplosiva. Il vapor d’acqua costituisce all’incirca il 75-95% dei gas eruttivi;
il 5-25% dei gas è costituito da anidride carbonica, anidride solforosa, monossido di
carbonio, zolfo, cloro, azoto, etc.
Di solito, i vulcani eruttano più di 100 milioni di tonnellate di anidride carbonica all’
anno. Nel corso dell’attività eruttiva i vulcani Mt. St. Helen, Mammoth e Kilauea
emisero più di 1.100 tonnellate di anidride carbonica al giorno.
L’anidride solforosa reagisce con il vapor d’acqua della stratosfera, interagisce con la
polvere e la luce solare, producendo smog vulcanico [una sospensione di acido
solforico aerosolizzato, solfati e tracce di selenio, arsenico, mercurio, iridio, ecc.],
che può rimanere in sospensione nell’aria per molti anni, a 15-25 km d’altezza.
L’aerosol di acido solforico influisce sulla temperatura del globo, riflettendo i raggi
solari e determinando così un certo raffreddamento della superficie terrestre, oltre che
formando piogge acide.
Il Kilauea ha emesso più di 2.000 tonnellate di anidride solforosa al giorno, in fase
eruttiva; durante l’eruzione cataclismica del 1991 il Pinatubo emise nella stratosfera
più di 20 milioni di tonnellate di anidride solforosa.
FLUSSI PIROCLASTICI
Il termine deriva dal greco ‘piro’, ossia fuoco, e
frammento.
I flussi piroclastici rappresentano il maggior pericolo per la sopravvivenza. Sono
miscele di ceneri e tefra [tefra è un termine generico usato dai vulcanologi per
indicare i materiali di qualsiasi dimensione eruttati nell’aria dal vulcano], particelle
finissime sospese in gas caldissimi – oltre 1.000°C – eruttati dalle aperture
vulcaniche, centrali e laterali, e che scendono dalle pareti ad altissima velocità - da 1
a 30 metri/sec = 3.6 - ~ 100 km/h – bruciando tutto ciò che incontrano;
l’accoppiamento della velocità e della temperatura, le rende estremamente pericolose.
La densità e viscosità dei flussi piroclastici si modifica durante la corsa, per effetto
della sedimentazione delle particelle di maggiori dimensioni, dagli strati superiori più
turbolenti a quelli inferiori che assumono un flusso sempre più laminar ere. [Fisher,
R. V., 'Mechanism of deposition from pyroclastic flow' ,1966, Amer. J. Sci., 264,
350; Sparks, R. S .J. & Wilson, L., 1976, J. Geol. Soc. London, 132, 441] Le
particelle con maggior velocità di sedimentazione, che si depositano lungo il
percorso, formano densi strati di particelle piroclastiche capaci di rimanere a
temperature molto elevate - 100-300°C – anche a diversi kilometri dal vulcano che le
ha originate e per molto tempo. Cinque anni dopo l’eruzione del Pinatubo i depositi
piroclastici avevano ancora, negli strati inferiori, temperature intorno ai 500°C .
L’energia per il trasporto dei materiali piroclastici è fornita anzitutto dalla violenza
esplosiva , quindi dai venti.
LAVA
Il magma si forma a diverse decine di kilometri sotto la superficie terrestre. É
costituito prevalentemente da ossigeno, silicone, alluminio, ferro, magnesio, calcio,
sodio, potassio, titanio, manganese e tracce di molti altri elementi; contiene cristalli e
frammenti di rocce non fuse. Le rocce fuse costituenti il magma, sono la lava che
fluisce lungo le pareti vulcaniche. La temperatura della lava può essere più di
1.200°C .
Pur cambiando in funzione della composizione, la lava è rossastra intorno a 500°C; è
di colore rosso scuro brillante a 600°C e giallo arancio a temperature superiori a
900°C; è al calor rosso quando esce dalle aperture vulcaniche, poi diventa rosso
scura, grigia e infine nerastra raffreddandosi e solidificandosi. I flussi lavici
provocano danni gravissimi, bruciando e sommergendo tutto ciò che incontrano
lungo il percorso.
Generalmente i flussi lavici non rappresentano un serio pericolo per noi, perché si
muovono lentamente –da alcuni metri a qualche kilometro all’ora.
Le distanze percorse dalla lava fluida variano in relazione alla composizione delle
rocce fuse e alla struttura fisica dell’ambiente circostante. I flussi basaltici, che sono
caratterizzati da viscosità relativamente bassa, possono allontanarsi fino a 50 -150 km
dal vulcano.
LAHAR
“Il lahar è costituito da miscele di acqua, rocce, sabbia e fango che scorre giù dal
vulcano ...può percorrere oltre 50 miglia...a velocità comprese tra 20 e 40 miglia
all’ora...Vicino al vulcano i lahar hanno una grande forza distruttiva, travolgono gli
alberi e gli edifice che ne ostacolano il flusso e trasportanpo ogni cosa a valle...
Seppelliscono ogni cosa nel fango ... i lahar rappresentano una delle maggiori cause
di morte da eruzioni vulcaniche” [http://vulcan.wr.usgs.gov/Hazards/Publications/OFR95231.html].
LAMPI VULCANICI
Durante le eruzioni avvengono delle scariche tra le nubi e colonne di fumi eruttivi e il
cono del cratere, probabilmente per effetto di differenze di potenziale tra le particelle
sospese e i gas.
VULCANI ATTIVI
Ogni anno si verificano una sessantina di eruzioni vulcaniche.
Attualmente sono in attività i seguenti vulcani: Shishaldin [Alaska], Villarica [Chile],
Arena [Costa Rica], Mt. Cameroon [Cameroon], Nyamuragira [Congo], Guagua,
Tungurahua [Ecuador], Fuego, Pacaya [Guatemala], Kilauea [Hawaii], Heckla
[Iceland], Bromo, Kaba, Semeru, Krakatoa, Merapi, Mt. Karangetang [Indonesia],
Etna [Italy], Komagatake, Sakura-Jima, Mt. Oyama, Bandai, Usu [Japan],
Popocatepelt, Colima [Mexico], Ulawun, Tavurvur [New Guinea], White Island
[New Zealand], San Cristobal [Nicaragua], Mag.on [Philippines], Piton de la
Fournaise [Reunion Ils], Sheveluch, Bezymianny, Karymsky [Russia], Kavachi
[Solomon Ils]. [http://volcano.und.nodak.edu/wdocs/current_volcs/current.html]
ERUZIONI STORICHE
La peggiore eruzione della storia fu quella del vulcano Tambora, nell’Indonesia
[1815]. “La nube determinò un abbassamento della temperatura terrestre di circa 3
°C. Ancora dopo un anno dall’eruzione, in gran parte dell’emisfero Nord la
temperatura estiva è stata inferiore alla media. In parte dell’Europa e del Nord
America, il 1816 è stato un anno senza estate.” [http://vulcan.wr.usgs.gov/Outreach/About
Volcanoes/do_volcanoes_affect_weather.html]
Le più disastrose eruzioni vulcaniche in tempi storici:
79 AD. Vesuvio, Italia: ~ 3,400 vittime
1586. Kelut, Indonesia: ~10,000 vittime
1783. Lakagigar, Irlanda: ~ 9,000 vittime
1792. Unzen, Giappone: ~15,000 vittime
1815. Tambora, Indonesia: ~ 92,000 vittime
1883. Krakatau, Indonesia: ~ 36,000 vittime
1902.Mt. Pelee, Martinica: ~ 30,000 vittime
1912. Novarupta, Alaska: eruttati ~ 20 kilometri cubici di materiali;
1980. Mt. St. Helen, Washington: devastati ~ 600 km quadrati;
1983. Kilauea, Hawaii: la lava coprì ~ 80 kilometri quadrati di territorio;
1984. Nevado del Ruiz, Columbia: più di 20,000 vittime
1991. Mt. Pinatubo, Philippine: più di 300 vittime.
[Blong, R.J., 1984, 'Volcanic Hazard: A Soucebook on the Effects of Eruptions',
Academic Press, Orlando, FL.].
Una delle maggiori eruzioni vulcaniche del 1900 è avvenuta al Monte Pinatubo nelle
Filippine, il 15 giugno 1991: il volcano è esploso eiettando più di 5 kilometri cubici
di rocce fuse risalite alla crosta trerrestre da circa 32 kilometri di profondità; nubi di
ceneri sono salite fino a 35 kilometri d’altezza; “Circa 20 milioni di tonnellate di
anidride solforosa sonoi stati eruttati nell’atmosfera...e la dispersione di tali nuvole
di gas attorno al globo provocò un abbassamento temporaneo della temperatura
globale di circa 0.5°C.” [The cataclysmic 1991 eruption of Mt. Pinatubo,
http://wrgis.wr.usgs.gov/fact-sheet/fs113-97]
ERUZIONI del VESUVIO e del SANTORINI
Le eruzioni del Vesuvio e del Santorini sono state tra le peggiori degli ultimi 10.000
anni.
Ercolano fu Sepolto sotto circa 23 metri di ceneri depositate dai flussi piroclastici
durante l’eruzione del Vesuvio del 79 d.c. Si stima che le nubi di ceneri siano state
alte più di 30 km. Circa 4 kilometri cubici di ceneri furono eruttati in meno di 24 ore.
Più di 3.300 persone furono uccise dai flussi piroclastici, dalle ceneri e dai lapilli.
Il Vesuvio ha eruttato diverse volte da 79 d.c. Durante l’eruzione del 1631 la lava e i
flussi piroclastici fecero circa 3.500 vittime.
Nel 1650 a.c. il Santorini [Grecia] eruttò circa 30 km cubici di rhyodacite fusa
(magma). Nelle prime fasi eruttive, la colonna di ceneri si elevò fino ad oltre 36 km
di altezza.
L’eruzione causò probabilmente la fine della civiltà Minoica nell’isola di Creta.
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*Il diametro medio della terra è di 12.740 Km [7.910 miglia]; la superficie è di ~ 510
milioni di km quadrati [197 milioni di miglia quadrate]; la circonferenza terrestre è di
40.009 - 40,076 km; la massa è di circa 5.976 * 10 24 kg.
