La formazione dei vulcani

I fenomeni vulcanici sono legati al magma in risalita verso la superficie. I prodotti che si formano nel raffreddamento repentino del magma non appena emerso in superficie, che risale da un serbatoio poco profondo detto camera magmatica, formano un vulcano. Viene chiamato condotto la via di risalita del magma verso la superficie. I condotti di uno stesso apparato vulcanico possono essere numerosi ed anche comunicanti. Se il condotto è relativamente poco esteso in senso orizzontale il vulcano assumerà la caratteristica forma a cono (vulcani centrali), se invece il condotto è esteso avremo eruzioni fissurali con morfologia tabulare (vulcani fissurali o tabulari). L’intersezione del condotto vulcanico con la superficie morfologica esterna viene detta cratere.

Tipi di prodotti

Nei magmi basici con η bassa i gas potranno sfuggire con relativa facilità, abbassando quindi la P del sistema magmatico. Di conseguenza le eruzioni di questi magmi basici saranno scarsamente esplosive con fuoriuscita tranquilla di lava.

Le lave

Le lave basaltiche, a seconda di come solidificano possono portare alla formazione di strutture diverse-

Lave a corda (o lave Pahoehoe)

Sono lave molto basiche, povere di gas, che scorrono in modo molto fluido. Lo strato più superficiale solidifica, mentre i sottostanti continuano a scorrere incurvandosi.

 

Lave a blocchi (o lave AA)

Sono lave più acide e più ricche di gas rispetto a quelle Pahoehoe. Lo strato di lava che scorre sotto riesce a spezzare lo strato sovrastante.

 

Lave a cuscino (pillow-lavas)

Sono una delle forme più comuni di depositi vulcanici sottomarini. La lava si riversa in mare raffreddandosi velocemente e formamdo lobi e rigonfiamenti vetrosi, i gas invece sgorgano liberandosi molto lentamente. A causa del repentino raffreddamento si dormano sulla crosta più esterna corrugamenti, fratture e scanalature da cui fuoriescono nuovi pillow. Nella parte centrale di questi pillowi i cristalli sono liberi di formarsi poichè il tasso di raffreddamento è minore rispetto alla superficie. Si possono distinguere pertanto 3 zone. Una zona esterna vetrosa e priva di cristalli, una zona intermedia con cristalli scheletrici ed una zona interna  euedrali.

Lave a cuscino (pillow lavas – da www.geotrips.org

Lave colonnari

Si formano quando magmi basaltici solidificano in condizioni ipoabissali formando ampi prismi colonnari per effetto della contrazione termica.

Lave colonnari

Prodotti piroclastici

Viceversa, quando il magma presenta una η alta, avremo un’attività di tipo esplosivo poichè la parte volatile del magma sfuggirà con maggiore difficoltà, con innalzamento della P del sistema. In questo caso avremo prodotti primari diversi: brandelli di lava (pomici o scorie).

Brandelli di lava

Quando il magma fuoriesce comincia a raffreddarsi la superficie esterna e si forma una crosta sottile. Al di sotto di questa crosta cominciano ad accumularsi i gas che tendono ad uscire e a liberarsi dal magma. La loro pressione aumenta finchè con una modesta  esplosione salta la crosta e così vengono lanciati in aria brandelli di lava fusa.

Pomici 

Le pomici si formano durante le eruzioni vulcaniche esplosive quando il magma viene eiettato ad alta velocità fuori dal condotto vulcanico. Il vetro vulcanico si depressurizza repentinamente ed il raffreddamneto è simultaneo per cui si forma la tipica struttura “schiumosa” .

Scorie

Sono rocce vescicolate (ricche di bolle), vetrose, formate nel corso di eruzioni esplosive, quando un calo di pressione forza il gas a espandersi all’interno del magma. Le scorie vulcaniche hanno di solito un colore grigio scuro o nero, in genere correlato ad un alto contenuto di ferro. Al contrario della pomice riolitica, le scorie sono in genere ancora troppo dense per poter galleggiare sull’acqua.

 

Tefra vulcanici 

Se l’esplosività è molto elevata, si ha anche la formazione di prodotti piroclastici, formate dall’associazione di porzioni di magma frammentato (cristalli e frammenti vetrosi) e da elementi di rocce preesistenti sbriciolati dall’elevato potere esplosivo (litici), detti bombe lapilli o ceneri a seconda delle dimensioni.

    • Bombe (Ø > 64 mm)
    • Lapilli (2 mm < Ø <64 mm)
    • Ceneri (Ø < 2 mm)

 

Bombe

Le bombe di lava (LB) si formano durante una violenta eruzione vulcanica esplosiva. Si tratta di frammenti di lava a forma di goccia che prima di raggiungere il suolo per caduta si raffreddano rapidamente e si solidificano.

Bomba a crosta di pane

Spesso questi prodotti, che possono esseri lanciati anche a molti chilometri dal punto di emissione, durante il volo si modellano acquistando forme areodinamiche.

Sulla superficie delle LB possono formarsi delle fenditure  a causa del raffreddamento della zona esterna. In questo caso si parla di bombe a crosta di pane.

 

 

 

Bomba “sterco di vacca”

Se invece la T della bomba rimane elevata anche dopo la caduta, si formano le cosiddette bombe a sterco di vacca.

 

Lapilli

I lapilli, come le bombe, sono frammenti solidi di lava ma di dimensioni inferiori.

Lapilli

I lapilli di tufo (tufo a lapilli) sono prodotti piroclastici caratteristici di eruzioni di tipo riolitico, andesitico e dacitico. I depositi presentano strati con spessori anche di diversi metri come nei surge piroclastici.

Quando una nube di cenere si compatta, a causa dell’umidità o di forze elettrostatiche possono formarsi particolari tipi di lapilli detti di accrescimento.

Cerchiati in rosso i lapilli di accrescimento

Ceneri vulcaniche

Durante le eruzioni esplosive vengono espulse dai vulcani grandi quantità di cenere, il magma infatti in queste fasi si separa in minuscole particelle. Spesso si genera una colonna di fumo che contiene anche vapori. Le ceneri, successivamente alla loro emissione, possono essere trasportate dal vento anche per diversi chilometri ed infine si depositano per caduta. L’espulsione di una grande quantità di cenere può produrre anche coni vulcanici e strati che tendono a solidificarsi formando il tufo cineritico.

Nube di cenere

I depositi piroclastici

Depositi di caduta (FD)

I depositi di caduta sono formati dai prodotti piroclastici ricaduti al suolo al termine del percorso balistico oppure per ricaduta da colonne eruttive e nubi eruttive. Sono chiamati tefra quando ancora sono incoerenti (terreno a piroclasti incoerente), tufi (roccia piroclastica) quando sono coerenti. Entrambi vengono classificati in base alla dimensione dei granuli.

Quando la dinamica esplosiva si mantiene uniforme nel tempo i depositi coerenti si presentano con scarsa o nulla stratificazione interna.
Presentano in genere una geometria giaciturale ammantante con depositi ben sortiti  (σϕ< di 2), stratificazione laminare, planare, gradazioni e fusti in posizione vitale.

Depositi di flusso piroclastico (pyroclastic flow)

Sono generati dallo scorrimento di nubi ad alta T, un flusso sulla superficie di una dispersione ad alta concentrazione di solido e gas, dove la base è erosiva ed ha un alta capacità di trasporto.
Questi flussi piroclastici sono costituiti da elementi solidi mal sortiti (σϕ> di 2) con i litici che presentano gradazione inversa mentre i pomici viceversa gradazione inversa.
Sono presenti inoltre saldature e pipes.

Possiamo avere vari tipi di rocce originate dal flusso piroclastico:

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Ignimbriti

Sono caratterizzate dalla presenza di materiale iuvenile (prevalentemente pomici) con morfologia schiacciata e lenticolare. Tali frammenti sono chiamati generalmente “fiamme”, e variano da 2 mm – 64 mm. Le ignimbriti hanno comunemente una tessitura eutassitica (fluidale), con fiamme, cristalli frammentati e xenoliti immersi in una pasta di fondo, comunemente di colore rosso per ossidazione del Fe,  ricca in frammenti di vetrosi. I depositi più profondi hanno di solito colorazione tendenti al bianco-grigio. Comune è l’alterazione idrotermale, dovuta prevalentemente ai gas e ai fluidi rilasciati poco dopo la deposizione. La mineralogia delle ignimbriti è legata al magma da cui si originano; generalmente si formano da magmi evoluti (rioliti-daciti) e viscosi o da magmi molto ricchi in volatili (andesiti, fonoliti ecc).

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Depositi di surge 

I depositi da ondata piroclastica (pyroclastic surge) sono caratterizzati da moto turbolento e bassa concentrazione di gas – solido.
Tendono ad ammantare la morfologia e ne sono parzialmente controllati.

E’ possibile avere elutriazione delle componente fine e concentrazione di cristalli litici, laminazioni incrociate e dune.

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Depositi di detriti piroclastici (debris flow)

I depositi causati da flussi di detriti piroclastici si formano quando la massa di detriti piroclastici originata dall’eruzione, si muove verso valle a causa della gravità. Questa massa detritica può essere accompagnata anche da una notevole quantità d’acqua.
La velocità di propagazione è dirompente e produce una notevole forza di impatto, tanto che una tale colata può arrivare ad abbattere grossi edifici.

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Depositi di flussi di fango piroclastico (mudflow)

I depositi causati da flussi di fango piroclastico si formano quando ai detriti vulcanici a granulometria più fine (ceneri e lapilli fini) viene inglobata un quantitativo di acqua sufficiente alla formazione di una massa capace di muoversi spostandosi verso valle. A valle normalmente l’acqua viene persa, ceduta dalla massa a causa della pressione ed il deposito comincia a formarsi solidificandosi.

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Lahar

lahar sono depositi di colata di fango o detriti composta di materiale piroclastico e acqua che scorrono lungo le pendici di un vulcano. I lahar sono più violenti dei debris flow e dei mud flow ed hanno comportamento, consistenza e viscosità del calcestruzzo fluido e pertanto mentre si muovono hanno comportamento fluido, ma quando cominciano a rallentare e poi a fermarsi, tendono a solidificare.

Questo tipo di colate, possono essere estremamente pericolose per la popolazione a causa dell’energia e velocità che acquisiscono nel loro percorso


Tipi di eruzione

Il processo dominante l’attività vulcanica è rappresentato dalla degassazione del magma nelle parti più superficiali del condotto. Tale degassazione è condizionata dalla viscosità (η) del magma e dal suo contenuto di silice (SiO2 ).

  • Eruzioni di tipo islandese – Rift oceanici – Vulcani fissurali – Plateaux basaltici
    • η bassa – basso contenuto in SiO2 – medio-alto contenuto in femici (lave basaltiche)

Sono effusioni di lava sempre molto fluide che escono da fessure della crosta oceanica (rift oceanici)

Attività effusiva dominante – η bassa – basso contenuto in SiO2 

  • Eruzioni di tipo hawaiano – Hot Spot  – Vulcani a scudo –  Struttura a pozzo
    • η bassa – basso contenuto in SiO2  – alto contenuto in femici (lave femiche) 

 

Sono effusioni di lave molto fluide che escono da una bocca centrale larga (caldera) dove il  magma può ristagnare (lago di lava).

Eruzioni vulcaniche hawaiane

Attività mista effusiva-esplosiva – η da modesta a discreta

  • Eruzioni di tipo stromboliano – Diapiri crostali in zone di subduzione – Vulcani a scorie –  SiO2/femici medio (lave andesitiche o lave basaltico andesitiche) – η modesta – depositi piroclastici nelle fasi esplosive

 

I magmi in queste eruzioni hanno una η  modesta e danno luogo a un’attività duratura caratterizzata da fontane di lava con emissione a intervalli regolari di brandelli di lava, che raggiungono centinaia di metri d’altezza, e dal lancio di bombe e lapilli. La ricaduta di questi prodotti crea coni di scorie dai fianchi abbastanza ripidi.

Il magma può ristagnare periodicamente nel cratere dove inizia a solidificare e formando una crosta solida (tappo), al di sotto di quale si vanno accumulando i gas che continuano a liberarsi dal magma.

L’inizio di una nuova fase attiva è spesso annunciata dalla rimozione del tappo che ostruisce il condotto con violente esplosioni ed emissioni di nubi a forma di fungo, ricche di ceneri. Queste ultime, trasportate dal vento, possono raggiungere anche considerevoli distanze formando in questo modo depositi cineritici e livelli vulcanici sottili in zone lontane dall’emissione.

Di seguito una lista di vulcani che nella loro storia hanno avuto eruzioni ad attività mista.

  • Stromboli
Eruzione notturna a Stromboli
  • Etna

 

 

  • Eruzioni di tipo vulcaniano – Diapiri meno contaminati da crosta oceanica in zone di retroarco – Vulcani a ceneri bombe e lapilli scorie. medio (lave andesitiche o lave basaltico andesitiche) – depositi piroclastici nelle fasi esplosive – η discreta

Sono eruzioni simili alle precedenti ma con attività non continuata che si verificano con scarsa frequenza ma con maggiore esplosività.

Eruzione a Vulcano

 

  • Eruzioni di tipo vesuviano

In questi vulcani l’esplosione iniziale è tanto violenta da svuotare gran parte della camera magmatica: il magma allora risale dalle zone profonde ad alte velocità fino ad uscire dal cratere e dissolversi in minuscole goccioline.

Attività esplosiva prevalente – η alta – Diapiri poco profondi – 

  • Eruzioni di tipo pliniano – Diapiri crostali – Nubi ardenti  e/o spina vulcanica – Vulcano a cono

Sono estremamente violente per via dell’alta η dei magmi presenti nella camera magmatica dell’edificio vulcanico.
Si formano frequentemente nubi ardenti, formate da gas e lava polverizzata, che scendono ai lati dell’apparato vulcanico e vanno a formare dei depositi coerenti depositi di flusso e più delle volte si concludono con il collasso parziale o totale dell’edifiicio vulcanico o/o con la fuoriuscita di un tappo di lava detto spina vulcanica o duomo.

Di seguito una lista di vulcani che nella loro storia hanno avuto eruzioni di tipo pliniano.

  • Vesuvio (79 d.c.)

 

  • Eruzioni ultra-pliniane . Questo tipo di eruzioni possono arrivare a distruggere completamente l’edificio vulcanico e ad eruttare una quantità di ceneri vulcaniche tale da influenzare addirittura il clima.

Di seguito una lista di vulcani che nella loro storia hanno avuto eruzioni di tipo ultra-pliniano.

  • Santorini
  • Krakatoa

 

  • Eruzioni di tipo pelèeano.

Si ha un’eruzione non centrale ma laterale, che provocherà lo smembramento di parte dell’edificio vulcanico. Tale eruzione ha effetti devastanti concentrati nella direzione di eruzione della nube ardente, che può arrivare fino ad oltre 20 km dal vulcano.

Di seguito una lista di vulcani con a fianco la data/datazione in cui hanno avuto eruzioni di tipo peleèano:

  • Peleè (1902)
  • Monte S. Helens (1982)

Attività esplosiva prevalente – η bassa – Diapiri poco profondi – magma a contatto con falda

Eruzioni idromagmatiche

Si verifica una vera e propria esplosione per effetto della pressione dell’acqua di falda che a contatto con i magma passa allo stato vapore. Si forma così una densa nuvola a forma di anello di materiali solidi (base-surge) che si espande a una v ∼ 150 km/h lasciando accumuli piroclastici. L’esplosione può polverizzare la roccia sovrastante.

Eruzioni freato-magmatiche

È comune che una grande eruzione esplosiva abbia componenti anche freatico-magmatici, per questo spesso si verificano contemporaneamente. Possono coinvolgere sia acqua che gas. In questo caso i prodotti contengono ejecta detritici e i depositi sono i più svariati. Il contatto fra magma e acqua può avvenire in mare (es. Surtsey, Islanda) o in un lago (es. Santorini, Grecia) oppure negli acquiferi.

Frammenti di magma a contatto con l’acqua propagano onde di contrazione termica che creano fenditure nel magma, le quali aumentano la superficie di interazione. Pertanto agiscono pertanto due meccanismi.

Eruzioni freatiche

Si verifica quando un bacino sotterraneo viene scaldato da magma, lava, prodotti piroclastici incandescenti o da un flusso piroclastico.  L’acqua si trasforma rapidamente in vapore che in pressione produce esplosioni di vapore, acqua, cenere, roccia e bombe vulcaniche. Le eruzioni freatiche includono tipicamente vapore e frammenti di roccia, mentre la presenza di lava è insolita. La temperatura dei frammenti può variare da fredda a incandescente. Queste eruzioni occasionalmente creano ampi crateri, detti maar.
Di seguito una lista di vulcani che nella loro storia hanno avuto episodi di eruzioni di tipo freatomagmatico

Krakatoa
Kilauea
Surtsey
Taal
Tarumae (1982)

RIEPILOGO TIPI DI ERUZIONI

Manifestazioni vulcaniche tardive

Questi fenomeni sono dovuti al magma residuo in raffreddamento che rimane nella camera e che continua ad interagire con il terreno, l’acqua delle falde, o i gas in risalita determinando la liberazione di gas o il riscaldamento delle acque del sottosuolo con
conseguente ulteriore emissione di gas e vapor d’acqua.
Tale massa in raffreddamento è detta plutone e dà origine a popolari fenomeni detti manifestazioni tardive. Possiamo suddivedere queste manifestazioni in due gruppi principali:

  • a prevalente emissione di gas
    • fumarole
    • mofete
    • soffioni
    • solfatare
    • salse
  • a prevalente emissione di acqua
    • sorgenti termali
    • geyser

*** sezione in costruzione ***

Emissioni di gas

Fumarole

Nelle fumarole vengono emessi vapori caldi di gas, H2O, CO2 e H2S

Mofète (o moffette)

Rappresentano lo stadio finale delle fumarole. Le emissioni, che avvengono da fessure del terreno, sono per lo più fredde e costituite da CO2 e piccole quantità di acqua e vapore acqueo.  Vi possono essere emissioni da mofète anche in grotte e cunicoli minerari.

Di seguito una lista di località italiane dove sono presenti mofete:

  • la mofeta della Grotta del Cane nei Campi Flegrei
  • le mofete di Oliveto Citra (Salerno)
  • le mefite d’Ansanto presso Rocca San Felice (Avellino)
  • la mofeta dei Borboi presso Orciatico (Pisa)
  • mofete di lago Naftia (Catania)

Soffioni

Sono strutture che si sviluppano durante la fase di stasi tra un’eruzione e la successiva oppure durante le ultime fasi di vita di un vulcano. Si tratta di bocche vulcaniche che emettono getti di vapore (a T fino a 230° C e P fino a 20 atm) in modo continuo, generalmente associati ad H2S  e CO2, talvolta anche con aggiunta di ammoniaca e metano. Alcuni tipi di soffioni contengono piccole percentuali di acido borico (soffioni boraciferi) per cui vengono utilizzati industrialmente. Di seguito una lista di località italiane dove sono presenti soffioni:

  • soffioni boraciferi di Larderello (Toscana)

*** sezione in costruzione ***

Solfatare

( … approfondimento)

*** sezione in costruzione ***

Salse

(… approfondimento)

*** sezione in costruzione ***

Emissioni di vapore, acqua e gas 

Geyser

L’acqua fredda, infiltrandosi in profondità si surriscalda se si trova in prossimità di una camera magmatica. Non passa allo stato vapore per effetto della forte pressione locale. Comincia però a risalire fin quando la pressione non è critica per il passaggio allo stato vapore, inizia l’ebollizione e prorompe all’esterno con violenza. Nei geyser le emissioni avvengono ad intervalli quasi regolari. Le colonne d’acqua possono raggiungere anche notevoli altezze.

Di seguito una lista di località dove si hanno manifestazioni vulcaniche tardive come i geyser:

  • Islanda
  • Parco nazionale di Yellowstone (USA)
  • Penisola di Kamčatka (Russia)
  • Isola del Nord (Nuova Zelanda)
  • El Tatio (Cile)
  • Isola di Umnak (Alaska, USA)
  • Potosi (Bolivia)

Sorgenti termo-minerali

*** sezione in costruzione ***

 


Distribuzione dei vulcani

*** sezione in costruzione ***


fonte: Il globo terrestre e la sua evoluzione – Elvidio Lupia Palmieri, Maurizio Parotto

Ultimo aggiornamento 18.11.2020 ore 18:38

 

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