I FENOMENI VULCANICI Con il termine vulcanismo s’intende l’emissione attraverso condotti e fenditure sia di fluidi a composizione silicatica (lave), sia di componenti solidi (materiali piroclastici), sia di vapori e gas. Non esiste uno strato interamente fuso da cui provengono i materiali che alimentano l’attività intrusiva o le eruzioni vulcaniche, infatti la crosta terrestre è solida fino ad una profondità di 2900 Km.; il magma si trova nella crosta e nel mantello in regioni circoscritte sotto forma di sacche isolate di materiale fuso. I materiali rocciosi della crosta e del mantello litosferico si trovano allo stato solido poiché all’aumentare della profondità aumenta anche la pressione a causa del peso delle masse rocciose (pressione litostatica) e quindi la temperatura di fusione diventa più alta. Solo una piccola parte del mantello si trova in uno stato di parziale fusione; i magmi si producono in questo strato del mantello (magmi primari) o in regioni circoscritte della crosta (magma secondario) solo quando vi è un aumento di temperatura o un abbassamento di pressione (e quindi della temperatura di fusione). I magmi che si formano più vicini alla superficie sono prevalentemente sialici (acidi) e sono quindi più viscosi e scorrono difficilmente, mentre quelli che si formano in profondità sono più femici (basici) e quindi più fluidi e scorrono più facilmente. L’inizio e lo sviluppo di attività vulcanica in un settore della crosta sono legati alla pressione litostatica sulle parti più profonde della crosta o sul mantello superiore, dove, per l’alta T, il materiale presente è in parte fuso o vicino alla fusione. Se, in conseguenza dei movimenti della litosfera, la P litostatica in qualche punto della crosta diminuisce o si annulla, per esempio per la formazione di fratture, il materiale già fuso o che, proprio a causa della caduta di P, fonde rapidamente, può risalire fino in superficie. Perché si verificano le eruzioni Dal mantello terrestre, il magma risale verso l'alto perché è meno denso, e quindi meno pesante, del materiale solido che gli sta intorno, come una bolla d'aria o un pezzo di legno che risale nell'acqua. La spinta di galleggiamento del magma tende a diminuire verso la base della crosta terrestre, dove si trovano rocce meno dense di quelle del mantello. Quando la densità del materiale solido è simile a quella del magma, questo rallenta fino a fermarsi. Le zone in cui il magma si accumula vengono chiamate camere magmatiche. Le parti solide che circondano le camere magmatiche sono dette rocce incassanti Perché il magma raggiunga la superficie terrestre si deve rompere la situazione di equilibrio creatasi tra il liquido fermo nella camera magmatica e le rocce incassanti e in queste devono formarsi fratture lungo le quali il magma possa infiltrarsi. Un possibile meccanismo che rimette il magma in movimento è la variazione di pressione che può essere determinata o da un aumento della pressione all'interno della camera magmatica o da una diminuzione di quella esterna, rappresentata dal peso delle rocce incassanti. La pressione all'interno della camera può aumentare per la formazione e la risalita di nuovo magma, quella esterna può diminuire per lo stiramento della crosta, fino alla lacerazione, causato dai movimenti che avvengono nella parte più esterna del globo terrestre. I due meccanismi possono anche combinarsi TIPI DI ERUZIONI La suddivisione fondamentale è tra eruzioni effusive ed eruzioni esplosive. A seconda della composizione chimica del magma e delle condizioni che questo incontra durante la risalita dalla camera magmatica, un'eruzione può avere caratteristiche molto diverse. I fattori che influenzano il tipo di attività vulcanica sono la viscosità del magma in risalita e il contenuto di aeriformi. Grazie a questi fattori possiamo distinguere: 1. ATTIVITA’ EFFUSIVA DOMINANTE ( magma, materiale fuso presente all’interno della terr 414i84e a, molto fluido) • Eruzioni di tipo Hawaiano: sono caratterizzate da abbondanti effusioni di lave molto fluide che danno origine ai vulcani a scudo. I gas, invece, si liberano tranquillamente e sono seguiti da “fontane di lava” alte più di 100m. • Eruzioni di tipo islandese: sono caratterizzate sempre da lave molto fluide che escono però da lunghissime fessure. 2. ATTIVITA’ EFFUSIVA PREVALENTE ( magma meno fluido ) • Eruzioni di tipo stromboliano: sono caratterizzate da un’attività esplosiva regolare dovuta all’accumulo di gas presente nel cratere, e una volta raggiunta una pressione alta la sorta di “tappo”, costituitosi in precedenza, si rompe e inizia l’attività. 3. ATTIVITA’ MISTA ( EFFUSIVA – ESPLOSIVA ) • Eruzioni di tipo vulcaniano: sono caratterizzate da un meccanismo simile allo stromboliano solo che la lava in tal caso è molto più viscosa e il “tappo” è molto più spesso per questo l’eruzione è più forte. • Eruzioni di tipo pliniano o vesuviano: sono caratterizzate dall’estrema violenza dell’esplosione iniziale e i gas escono a velocità elevatissime formando delle colonne che avanzano verso il cielo per chilometri e chilometri. • Eruzioni di tipo peléeano: sono caratterizzate dall’emissione di lava ad altissima viscosità e a temperature relativamente bassa ( 600-800°C ). Dall’eruzione si sprigionano grandi nuvole di gas e vapori caldissimi che portano in sospensione molte ceneri. ERUZIONI EFFUSIVE In quelle effusive il magma emesso in superficie prende il nome di lava e forma colate che scendono lungo i fianchi del vulcano. La manifestazione più imponente di vulcanismo effusivo avviene sott’acqua ed è associata ad una serie di profonde fessure che tagliano l’intera crosta e che segnano l’asse delle dorsali oceaniche. Se i materiali eruttati ( basalti ) si trovano a notevole profondità, la lava fluisce tranquillamente dalle fessure e si consolida con le tipiche strutture “a cuscini”. Se però l’eruzione sottomarina avviene, a profondità moderata la lava può accumularsi e l’edifici inizialmente sottomarino può arrivare ad emergere dal mare. Uno degli esempi più studiati di vulcanismo effusivo è quello delle isole Hawaii . L’origine di tali edifici è, però, associata all’attività di un “punto caldo”. Quest’ultimi sono zone ristrette della superficie terrestre caratterizzate da vulcanismo attivo persistente da milioni di anni ERUZIONI ESPLOSIVE Nelle esplosive, il magma viene frammentato in particelle di varie dimensioni che vengono scagliate all'esterno con violenza e si raffreddano formando pomici, scorie e ceneri, chiamate piroclasti. Quando il magma che risale è viscoso, i gas iniziano a liberarsi in singole bollicine, ma, a causa dell'alta viscosità del magma, non riescono ad espandersi liberamente e la pressione da essi esercitata sale continuamente. Quando si arriva all'esplosione, i gas roventi fuggono dal condotto con estrema violenza, trascinando frammenti di rocce sbriciolate e lava polverizzata. Si forma così una nube ardente, una densa sospensione ad alta temperatura (oltre 300°C) di gas, vapori e frammenti solidi, che sale verticalmente e a gran velocità (da 100 a 400 km/h) per migliaia di metri. Quando la nube perde energia e i gas si disperdono, la colonna di materiale solido (polveri, ceneri e lapilli) ricade sul vulcano (nube ardente ricadente) e scorre velocemente lungo le sue pendici, formando estese colate piroclastiche (o flussi piroclastici), prima di arrestarsi (dopo decine di km) e di originare un accumulo di piroclastiti. Se l'esplosione avviene lateralmente, a causa di una parziale ostruzione del cratere, la nuvola rotola lungo il pendio con grande velocità (nube ardente discendente), come è avvenuto nel 1902 per il vulcano Montagna Pelée. La forma più devastante di queste esplosioni è però quella delle nubi ardenti traboccanti che fuoriescono da fessure lunghe vari kilometri, invece che da condotti centrali, e che arrivano a centinaia di km di distanza dal punto di emissione, muovendosi con grande velocità (oltre 100 km/h). L'accumulo piroclastico cui danno origine viene detto ignimbrite ("pioggia di fuoco"), ed è formato da frammenti di vetro (dovuti al rapido raffreddamento della lava), rocce e cristalli, saldatisi tra loro al momento del deposito, a temperature ancora oltre i 500 °C, nonostante il lungo percorso effettuato. Il vulcanismo esplosivo porta in definitiva all'accumulo di enormi quantità di prodotti piroclastici e molto meno lave. Inoltre, durante un'eruzione esplosiva, gas, vapori e ceneri permangono a lungo nell'atmosfera, modificandone l'attività. Nel 1815 l'eruzione del vulcano Tambora, in Indonesia disperse i suoi prodotti su un'area di 2500000 km2 (pari a un quarto della superficie dell'intera Europa). Le ceneri più fini salirono fino alla stratosfera e presero a girare intorno alla Terra, riflettendo nello spazio parte della radiazione solare, che riscalda l'atmosfera: il 1816 è noto come "l'anno senza estate" e si ebbero raccolti scarsi in tutto il mondo. Un fenomeno simile si è avuto, più di recente, nelle Filippine. Un cenno a parte merita il vulcanismo idromagmatico, dovuto all'interazione tra magma ( rocce riscaldate da un magma) a modesta profondità (fin a qualche km) e l'acqua che permea le rocce (acqua di falda). Il brusco passaggio dell'acqua allo stato di vapore genera enormi pressioni che possono far saltare l'intera colonna di rocce sovrastanti, aprendo un condotto verso l'esterno. Dal cratere esce con grande violenza una colonna di vapore che trascina con sé frammenti di rocce e, se c'è stato contatto con il magma, lava finemente polverizzata. Dalla base di tale colonna parte una specie di onda d'urto concentrica, tipica di esplosioni violente, che dà origine a una densa nuvola di vapore e materiali solidi, a forma di anello, chiamata base-surge; la nube si espande a grande velocità (oltre 150 km/h), lasciando accumuli piroclastici con forme tipiche. Crateri di origine idromagmatica e relativi prodotti si riconoscono nei vulcani laziali e campani, tra i quali il Vesuvio, la cui eruzione del 79 d.C. ebbe tragiche conseguenze proprio per l'innescarsi di una forte attività idromagmatica Alcuni vulcani hanno attività prevalentemente esplosiva, altri prevalentemente effusiva. Una stessa eruzione può avere fasi esplosive e fasi effusive. Struttura dei vulcani • Condotto principale (o camino vulcanico): grande fessura della crosta lungo la quale risale il magma. • Condotti secondari: fessurazioni laterali lungo le quali si ha intrusione di magma. • Cratere camino: apertura alla sommità di un vulcano, in comunicazione con il camino principale attraverso la quale fuoriescono lava e altri prodotti • Cratere avventizio: aperture laterali, lungo i fianchi del vulcano, da cui fuoriesce lava. • Edificio vulcanico: struttura esterna del vulcano, spesso di forma pseudoconica PROPRIETÀ CHIMICO-FISICHE DEL MAGMA Le proprietà che rivestono maggiore importanza sono, la composizione chimica, la temperatura, la densità e la viscosità e dalla quantità di gas. Il composto principale è la silice, che può variare dal 35 al 80% circa in peso. In funzione del diverso contenuto in SiO2 è possibile classificare le rocce ignee in: rocce acide, con contenuto in silice >63%; rocce intermedie, con silice compresa tra 63 e 52%; rocce basiche, con silice compresa tra 52 e 45%; rocce ultrabasiche, con contenuto in silice < 45%. In generale magmi basici sono caratterizzati da alte temperature al momento dell'eruzione (nell'ordine dei 1000-1200°C), mentre magmi acidi sono caratterizzati da temperature più basse (700-900°C). La densità di un magma dipende dalla sua composizione: i magmi basici mediamente più densi di magmi acidi, anche se bisogna tenere conto della temperatura. La velocità di risalita dipende dalla composizione chimica del magma, dal suo volume, dalla profondità da cui ha origine e dalla temperatura delle rocce circostanti. Quando il magma arriva in superficie hanno origine i fenomeni vulcanici. La viscosità può essere definita come la resistenza opposta da una sostanza a deformarsi sotto l'azione di una sollecitazione meccanica applicata I magmi acidi sono più viscosi di quelli basici. • Basso contenuto di acqua e silice portano ad un’effusione tranquilla di lava fluida. • Basso contenuto di acqua e alto contenuto in silice generano una lava viscosa che fluisce molto lentamente formando una cupola di ristagno. • Basso contenuto in silice e alto contenuto di acqua producono un vapore che si espande trascinando verso l’alto la lava fluida e dando origine a spettacolari fontane di lava. • Se il magma ha un elevato contenuto sia di acqua che di silice, la sua viscosità ostacola la liberazione del vapore che raggiunge pressioni molto elevate prima di provocare violentissime esplosioni. QUELLO CHE ESCE DA UN VULCANO: GAS, LAVE, PIROCLASTI Materiali aeriformi ( gas e vapori ) e materiali solidi ( rocce effusive, cioè derivate dalle lave, e piroclastiti ) sono tipici prodotti dell’attività vulcanica. La natura dei materiali aeriformi non è ancora completamente nota a causa della difficoltà di campionare materiali che si liberano e immediatamente si mescolano con i gas dell’atmosfera. Comunque sappiamo che i prodotti più abbondanti sono il vapor d’acqua, l’anidride carbonica, lo zolfo, l’azoto, il cloro e il fluoro. I materiali solidi prodotti dall’attività vulcanica sono, invece: le colate di lava ( o, più esattamente, le rocce effusive cui le lave danno origine per raffreddamento ) e le piroclastiti, che si formano per l’accumulo di frammenti solidi di varie dimensioni e natura, espulsi da un vulcano nella fase esplosiva della sua attività. GLI EDIFICI VULCANICI Gli edifici vulcanici si presentano con: • una estremità aperta in superficie (cratere), • un condotto cilindrico o quasi (vulcani centrali o areali), oppure • una apertura lineare della crosta da cui risale il materiale fuso. La parte esterna del vulcano è in comunicazione con la camera magmatica di alimentazione, che può trovarsi da qualche decina a oltre 100 Km di profondità. Durante la sua risalita il magma può ristagnare in un bacino magmatico, o serbatoio magmatico, che si trova fra 2 - 3 km e 10 km di profondità, che, periodicamente, alimenta un'eruzione. La forma di un edificio vulcanico dipende strettamente dal tipo di prodotti eruttati; dipende in particolare dalla composizione chimica delle lave e dalla loro viscosità al momento dell’eruzione, dal volume dei prodotti eruttati, dalla forma del condotto e dalla durata della stasi tra due eruzioni successive. Vulcano-strato Vulcano a forma di cono che si forma da una successione di emissioni effusive con emissioni esplosive di frammenti minuti di lava (scorie, lapilli, ceneri) che si depositano intorno al cratere dando origine alle piroclastiti. L’edificio risultante è un’ alternanza di strati di lava e di piroclastiti. (Colli Euganei, Etna). Vulcano a scudo E' caratterizzato da una forma appiattita dovuta alla presenza di lave basaltiche molto calde e fluide che scorrono in larghe colate per molti chilometri prima di solidificarsi. Il Mauna Loa nelle isole Hawaii è un vulcano di questo tipo. TIPI DI ERUZIONI Dal magma fluido effusivo avranno origine: Eruzioni di tipo Hawaiiano Sono caratterizzate da lave molto fluide. I vulcani hanno la forma a scudo alla cui sommità si trova una depressione chiamata caldera. Eruzioni di tipo islandese La lava, sempre molto fluida, risale da lunghe fessure aperte nella crosta anziché da un edificio centrale. Queste eruzioni portano alla formazione di plateaux basaltici Dal magma meno fluido del precedente si formeranno : Eruzioni di tipo stromboliano L'attività prevalente è quella esplosiva e la lava piuttosto fluida. La lava che ristagna nel cratere solidifica. Si forma così una crosta solida al di sotto della quale si accumulano i gas che si liberano dal magma e generano una pressione così alta da far esplodere la crosta soprastante. Le esplosioni generate sono di modesta entità e, esaurita la spinta dei gas, la lava torna a ristagnare sul fondo del cratere dove formerà nuova crosta. Un nuovo accumulo di gas darà origine ad una nuova esplosione. (Stromboli) Dal magma viscoso avrà origine una attività effusiva - esplosiva con: Eruzioni di tipo vulcaniano La lava è molto acida e viscosa e, solidificandosi alla sommità del condotto, forma un tappo piuttosto spesso. Le pressioni dei gas sufficienti a vincere l'ostruzione sono altissime e l'esplosione è violenta . Eruzioni di tipo vesuviano Le attività indicate con questo nome sono caratterizzate da una violenta esplosione iniziale in cui il magma, proveniente da zone profonde, esce dal cratere espandendosi in maniera esplosiva e dissolvendosi in una nube di goccioline finissime. Dal condotto si espande con violenza una lunga colonna di vapori e gas che assume una forma caratteristica che ricorda un pino marittimo e che ricade su un'ampia area sottoforma di lava vetrificata e pomici. Le esplosioni più violente sono chiamate anche eruzioni di tipo pliniano (da Plinio il Giovane che descrisse l'eruzione del Vesuvio del 79 d.C.). Eruzioni di tipo peléeano Prendono il nome dalla montagna Pelée, sull'isola della Martinica. La lava emessa ha una temperatura di circa 600-800° C, quindi abbastanza bassa, ed è molto viscosa, quasi solida. Si formano cupole o torri alte centinaia di metri da cui si liberano nuvole di gas e vapori caldissimi ricchi di sospensioni di ceneri e lava finemente polverizzata. Queste emulsioni roventi prendono il nome di "Nubi ardenti discendenti" e si espandono lungo le pendici del vulcano ad alta velocità come le valanghe. PRODOTTI DELL’ATTIVITA’ VULCANICA Fanno parte dei prodotti dell'attività vulcanica sia materiali aeriformi come gas e vapori che materiali solidi, rocce effusive e piroclastiti. Tra i prodotti aeriformi più abbondanti si trova il vapore acqueo, presente in percentuale che di solito è superiore al 50% e che può arrivare anche al 98%. L'acqua è associata a quantità varie di CO, CO2, H2, composti dello zolfo, dell'azoto, del cloro e del fluoro. La loro presenza in un magma favorisce l'innesco e la risalita delle eruzioni. LAVE SUBAEREE Lava pahoehoe: “ci si può camminare sopra a piedi nudi”. Superfici di solidificazione lisce. Lava fluida. Lava a corda: Superficie corrugata dovuta ad una riduzione della velo-cità di flusso a causa di asperità topografiche. Lava aa: “ Non ci si può camminare sopra a piedi nudi”. Superficie tagliente. Lava viscosa LAVE SUBACQUEE Lava a cuscino: materiale fluido che a contatto con l’acqua solidifica con una crosta vetrosa. DISTRIBUZIONE GEOGRAFICA DEI VULCANI I vulcani recenti non sono sistemati in modo casuale sulla superficie terrestre, ma in base a determinate fasce geografiche. Attualmente sono attivi circa 500 vulcani concentrati in lunghe fasce o in catene di edifici. fenomeni vulcanici sono associati alle dorsali oceaniche, lungo il margine di un continente, oppure all'interno di aree continentali e di piane abissali oceaniche. In generale la distribuzione dei vulcani corrisponde a quella dei terremoti, perché sismicità e vulcanesimo sono collegati ai movimenti della litosfera causati dal mantello. Vulcanismo lungo le dorsali medio-oceaniche Le dorsali medio-oceaniche sono i margini tra le zolle in espansione dalle quali fuoriesce il magma che forma nuova crosta. Dalle dorsali oceaniche si osserva l'emissione di grandi quantità di lave fluide basaltiche, che formano i fondali oceanici. In genere il fenomeno non è osservabile in quanto sottomarino; tuttavia talvolta si manifesta sopra il livello del mare: nell'Islanda la Dorsale Medio-Atlantica emerge per circa 500 km; nelle Azzorre e nelle isole Galapagos i vulcani emergono dall'oceano Pacifico. Anche la fossa tettonica africana rappresenta, insieme al Mar Rosso, una nuova dorsale in via di formazione. Vulcanismo lungo il margine di un continente Fanno parte di questi vulcani quelli a cono con un cratere alla sommità. La maggior parte si sviluppano a fianco delle fosse abissali, depressioni del fondo oceanico corrispondenti alle zone di subduzione. La maggior parte di questi forma la famosa "cintura di fuoco", che circonda l'intero margine dell'oceano Pacifico. Nella cintura di fuoco circumpacifica è concentrato più del 60% dei vulcani attivi esplosivi. Le lave dense hanno caratteristiche intermedie, o neutre, o acide. Hanno questa origine anche le catene montuose della costa americana del Pacifico, le Montagne Rocciose e le Ande. Vulcanismo in centri isolati o punti caldi Sono aree oceaniche o continentali dove si riscontrano edifici vulcanici formati da materiale caldo in risalita che proviene dalle parti più profonde del mantello o addirittura dal nucleo esterno. Il materiale caldo in risalita prende il nome di "plume" . I plumes, o pennacchi, restano nella stessa posizione nel matello, mentre il vulcano soprastante si muove con la zolla, dando origine alle caratteristiche file di vulcani che rendono riconoscibile la struttura. Le isole Hawaii rappresentano uno degli esempi più noti di plume, attivo da più di 70 milioni di anni. VULCANISMO SECONDARIO L'attività vulcanica è collegata a fenomeni detti "secondari" dovuti all'elevato flusso di calore sprigionato dalle profondità della crosta. Anche se pericolose e rischiose per la popolazione, le manifestazioni geotermiche, legate ai fenomeni vulcanici, sono utilizzate per la produzione di energia pulita. Le sorgenti termali Sono formate da acque sotterranee che raggiungono magmi sepolti e vengono da questi riscaldate. Sono molto diffuse in Italia (Abano, Montecatini, Saturnia, Ischia, Agnano, etc.). Sono acque calde ricche di gas e sali minerali, spesso sfruttate per le loro qualità terapeutiche I geyser Sono getti di acqua calda alti fino a 60 metri che fuoriescono a intervalli regolari da aperture del terreno. Famosi sono quelli dell'Islanda, sfruttati per la produzione dell'energia termoelettrica. I soffioni boraciferi Sono getti caldissimi di vapor d'acqua, di acido borico e di altri gas (CO2, H2SO4, NH3 etc.) che fuoriescono ad alta pressione e temperatura di circa 200 °C attraverso fessure del terreno, raggiungendo fino a 20 m di altezza. I soffioni boraciferi di Larderello, in Toscana, erano un tempo sfruttati per l'estrazione dell'acido borico; oggi sono utilizzati per la produzione di energia. Le solfatare Sono emissioni di vapori d'acqua surriscaldato assieme all'anidride carbonica e ad acido solfidrico: da queste si libera zolfo libero che si deposita come incrostazione attorno alle bocche di emissione. La più importante solfatara in Italia è quella di Pozzuoli, situata all'interno del cratere di un vulcano estinto. Le fumarole Sono emissioni di acqua e anidride carbonica ad alta temperatura. Sono presenti nei Campi Flegrei, a Ischia, alle pendici dell'Etna e nelle Isole Eolie Le mofete Sono emissioni di CO2 dal suolo a temperature normali. Sono riconoscibili per la produzione di bollicine nell'acqua o nel fango. L'energia geotermica o geotermoelettrica rappresenta una risorsa naturale pulita anche se di piccola entità in quanto le località sfruttabili sono limitate. I lahar Sono colate di fango composte da detriti vulcanici formati dall'incontro tra una nube ardente ed un corso d'acqua. Talvolta si formano dall'interazione di gas vulcanici che incontrano acque sotterranee in risalita. (Ercolano) Vulcanismo in Italia L’Italia è costellata di vulcani presenti sulla terraferma, sommersi dal mare ed emersi come isole. Molti sono ormai estinti da qualche decina di migliaia di anni, come il M. Amiata, i Colli Albani e le Isole Pontine. I vulcani ancora attivi sono l’Etna, il più grande vulcano attivo d’Europa, e le isole Eolie. In fase di temporaneo riposo sono i Campi Flegrei, Ischia, e, in particolare, il Vesuvio. Quest’ultimo, a riposo dal 1944, è oggetto di numerosi studi per la prevenzione del rischio vulcanico, data l’alta densità abitativa delle aree circostanti.