LEZ.8 - IL VULCANISMO

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Viscosità del magma

• _{La viscosità è la proprietà di una sostanza che descrive la sua}

resistenza al flusso (più viscoso è un magma, più bassa è la sua attitudine a fluire)

• _{Per una lava basaltica in movimento lungo ripide pendici del vulcano} Mauna Loa (Hawaii) è stata registrata una velocità di 16 km/h

• _TEMPERATURA

– Più alta è la temperatura, più bassa è la viscosità

– Man mano che il magma raffredda, diviene più viscoso • _COMPOSIZIONE

– I tetraedri SiO44- esistono già nel magma, e tendono (come nei minerali) a

polimerizzare formando gruppi, catene, impalcature (irregolari) – Più elevato è il grado di polimerizzazione, più alta è la viscosità del

magma

– Poichè il numero di tetraedri dipende dal contenuto in SiO2 del magma, la

viscosità del magma cresce con l'aumentare del contenuto in SiO2

– K, Na, Ca, Mg, Fe, H, OH tendono a interrompere I polimeri di tetraedri SiO4

– La viscosità del magma diminuisce con l'aumentare del contenuto in modificatori di struttura (in particolare H2O)

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Risalita del magma

• Il magma risale per contrasto di densità

• Durante la risalita, la pressione diminuisce

• Al diminuire della pressione, quantità di componenti volatili via via minori possono rimanere disciolti nel magma

• I volatili formano una fase propria (bolle)

• Le bolle hanno densità enormemente più bassa del magma e quindi tendono a risalire più velocemente del magma che le contiene

• Se la viscosità del magma è bassa (magma basaltico) le bolle possono fuoriuscire dal magma con facilità, per cui l'eruzione sarà relativamente tranquilla, non esplosiva

• Se la viscosità del magma è alta (magma andesitico o riolitico) e la quantità di gas disciolta era abbondante (magma andesitico) le bolle fuoriescono dal magma con difficoltà, per cui gonfiano fino al punto di esplodere, frammentando il liquido viscoso che le contiene, generando così una eruzione esplosiva

• Se la viscosità del magma è alta (magma andesitico o riolitico) e la quantità di gas disciolta era scarsa (magma riolitico) le bolle fuoriescono dal magma con difficoltà, ma sono troppo poco abbondanti per farlo esplodere, per cui ne risulta una eruzione non esplosiva

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Prodotti vulcanici

Quando il magma raggiunge la superficie terrestre viene chiamato

lava.

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E F F U S I V E

E S P L O S I V E

m a g m i p o v e r i d i S i e r i c c h i d i F e , M g ( + f l u i d i ) s c a r s o c o n t e n u t o d i H O p r o d u c o n o e 2 l a v a s c o r i e m a g m i r i c c h i d i S i e p o v e r i d i F e , M g ( + v i s c o s i ) a l t o c o n t e n u t o d i H O p r o d u c o n o e 2 p o m i c i c e n e r i

Prodotti

vulcanici in

base al tipo di

eruzioni

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Tessiture legate alla

presenza di gas

Il gas che lascia il magma in

decompressione può non

sfuggire del tutto.

Il gas intrappolato in lave che

solidificano velocemente forma

vescicole o buchi nella roccia.

Estremi esempi di rocce

vescicolari sono la pomice e le

scorie: queste rocce sono

relativamente leggere dal

momento che molto del loro

volume è occupato da aria

Basalto vescicolare Basalto vescicolare (scoria vulcanica) (scoria vulcanica) pomice pomice

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Le lave

L a v a d i t i p o

A A

L a v a d i t i p o

P A H O E H O E

si forma quando è molto fluida e si

presenta con superfici ondulate e molto levigate, dovute al corrugamento della pellicola superficiale già consolidata mentre sotto continua a scorrere la lava

è formata da piccole scaglie dovute al raffreddamento di una massa

mediamente viscosa che rendono la superficie scabrosa e ricca di cavità

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Flussi di lava

Esempio di colate di lava di tipo pahoehoe (termine hawaiano).

(Kilauea, colata Aprile 2003)

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Lava basaltica che ha perso molto del suo contenuto originario in gas

tende ad essere più viscosa.

Questa lava formerà flussi angolari e con blocchi chiamati “aa”.

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Spesso lave aa e lave pahoehoe sono associate (la lava aa forma il

carapace più esterno delle colate).

Flussi di lava

aa

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Magmi basaltici

Colata di lava

Lago di Lava

Kilauea, Hawaii

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Kilauea, Hawaii

• Eruzioni fissurali

Magmi basaltici

Si producono quando da fratture della crosta

terrestre, lunghe anche decine di chilometri, viene emessa lava a bassa viscosità, che forma “plateaux

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Plateaux lavici

La lava di composizionebasica(mafica) solidifica in basalto

Le colate fissurali formano plateaux basaltico I basalti assumono una struttura colonnare con fratture poligonali

Magmi basaltici

Plateau basaltico del Fiume Columbia (USA)

Espandimenti lavici Ferrar, 180 Ma - Mesa

Range, Antartide

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• Eruzione di pillow lava

– Eruzione tipica delle dorsali

medio oceaniche

– Formazione di scorza

vetrosa per rapido

raffreddamento al contatto

con l'acqua e

frammentazione del vetro

per successiva espansione

del pillow

Dorsale Oceano Pacifico

Isola d’Elba - 180 Ma

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Tipologia di apparato vulcanico

Neck

• Magma solidificato all'interno di

un condotto vulcanico, esposto in

seguito alla erosione delle rocce

circostanti

Radicofani, Toscana - 1.3 Ma

Devils Tower, Wyoming - 40 Ma

Cerro Negro, Patagonia - 10 Ma

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Attività esplosiva

• Principali prodotti

– Frammenti piroclastici • Bombe > 64 mm • Lapilli 2-64 mm • Ceneri < 2 mm – Tufi

• Principali fattori di controllo dell'attività vulcanica esplosiva

– Viscosità del magma

– Contenuto in gas del magma

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Frammenti

piroclastici

S c o r ie

_{P o m ic i}

L it ic i

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Attività esplosiva - Tipologie

Eruzioni di tipo hawaiano

Fontana di lava

• _{Se le bolle di gas} sono abbondanti (soprattutto nelle fasi iniziali dell'eruzione)

magma misto a gas viene scagliato violentemente nell'atmosfera ad altezze anche di alcune migliaia di metri durante eruzioni a bassa energia. Kilauea, Hawaii - 2000 Kilauea, Hawaii - 2000 Etna - 2002

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Attività esplosiva - Tipologie

Eruzione Stromboliana

– _{Magma di viscosità}

medio-bassa e alto contenuto in gas – Esplosioni intermittenti (a

intervalli regolari): esplosione di una grossa bolla di gas con lancio di brandelli lavici

– I brandelli lavici raffreddano durante la ricaduta formando scorie (vescicolate)

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– Magma di viscosità alta e

modesto contenuto in gas

– Esplosione con produzione di

nubi di gas e cenere e lancio

di

bombe

di

grosse

dimensioni con traiettoria

balistica

Tavurvur, Papua New Guinea

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si produce nei vulcani caratterizzati dall'emissione di lava molto viscosa che non fluisce dal cratere, ma si accumula alla

sommità, impedendo ai gas di uscire; questo provoca l'aumento della pressione interna che porta a far esplodere parzialmente o, nei casi più disastrosi, totalmente il vulcano. Durante

l'esplosione una grande colonna di ceneri, lapilli e gas detta colonna eruttiva si eleva per decine di chilometri nell'atmosfera. Terminata la spinta dei gas le ceneri e i lapilli ricadono formando colate piroclastiche devastanti per le regioni adiacenti

all'eruzione

Nube convettiva

Nube convettiva Nube collassanteNube collassante

Mt. St. Helens, Mt. St. Helens, Washington - Washington - 1980 1980

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– Interazione acqua-magma

• Eruzione freatomagmatica:

interazione con acque sotterranee (di falda)

• Eruzione idromagmatica: interazione con acque superficiali (laghi, mare poco profondo, ghiacciai)

Ukinrek, Alaska 1977

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F

rana di materiale incandescente

conseguente l'esplosione di un

duomo

Il duomo frana esplodendo a causa

della propria instabilità

gravitativa

Il duomo ha pendii ripidi costruiti a

causa della elevata viscosità

Pelée, Martinica - 1902

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Flussi o colate piroclastiche

Si presenta sotto forma di nube, le velocità a cui si spostano variano da 50 a 300 chilometri l'ora e possono spostarsi per lunghe distanze. Il

fenomeno si sviluppa dopo il collasso di un duomo di lava o di una colonna eruttiva.

Il fenomeno è tipico delle eruzioni pliniane e viene anche definito nube ardente dal francese nuée ardente, normalmente quando il fenomeno è di piccole dimensioni. Le temperature delle nubi variano da 500 a 1200°C, questi parametri ne fanno degli eventi altamente distruttivi. Non vi sono protezioni fisiche efficaci per contenere tali eventi e tenuto conto della loro difficile previsione, sono tra i fenomeni vulcanici più pericoloso per l'uomo e il suo ambiente

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Surges piroclastici

Col termine inglese di “surge” (letteralmente “ondata, maroso”) si indicano flussi piroclastici molto espansi a bassa concentrazione di particelle che fluiscono in maniera turbolenta.

Il surge è un flusso instabile ed effimero che si realizza a seguito di un impulso (od una serie di impulsi) la cui energia cinetica diminuisce rapidamente, mentre la colata piroclastica e' un flusso più stabile,

alimentato in modo più continuo, e capace di mantenere la sua energia cinetica per un tempo relativamente lungo.

In virtù di queste loro caratteristiche, i surges sono poco controllati dalla topografia sulla quale scorrono.

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Lahar

Il lahar è una colata di fango composta di materiale piroclastico e acqua che scorre lungo le pendici di un vulcano, specialmente lungo il solco di una valle fluviale.

Il termine lahar proviene dall'Indonesia e in Javanese significa lava.

I Lahar hanno la consistenza del cemento: umidi quando sono in movimento e solidi quando si fermano.

Possono essere enormi: il lahar Osceola prodotto 5600 anni fa dal Monte Rainier nello stato di Washington produsse una parete di fango di 180 metri nel canyon del White River e si estese su un'area di oltre 320 km².

I lahar possono essere estremamente pericolosi, a causa della loro energia e velocità che assumono durante il loro percorso: un lahar grande può scorrere a decine di m/s e può scorrere per molti chilometri, causando distruzioni catastrofiche lungo il percorso.

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I lahar hanno diverse possibili cause:

Neve e ghiacchiai possono essere fusi da una colata piroclastica durante un'eruzione.

Un'inondazione causata da un ghiacciaio o da un lago presenti all'interno di un cratere vulcanico.

Pioggia causata da un'eruzione vulcanica esplosiva che produce grandi quantitativi di vapore, creando così temporali di origine vulcanica, che si riversano sulle pendici del vulcano creando valanghe di fango.

Piogge ingenti su materiale piroclastico incoerente per la riduzione del suolo da disboscamento (a Sarno 4 maggio 1998)