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livello elementare.
ARGOMENTO: VULCANOLOGIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: magma, vulcani
Cosa è il magma e come si forma?
Il magma è una miscela di roccia fusa, ad altissima temperatura (fino a 1600 °C), composta da proporzioni variabili di fasi minerali (principalmente silicati), cristalli e gas. Il magma si forma in profondità per fusione di rocce della crosta o del mantello terrestre e può risalire fino alla superficie, causando un’eruzione vulcanica, o solidificarsi in profondità, formando rocce intrusive come i graniti.
lava che si riversa nell’oceano al Hawai’i Volcanoes National Park – autore National Park ServiceFile:Lava at Hawai’i Volcanoes National Park.jpg – Wikimedia Commons
Nel magma possono essere presenti tutte e tre le fasi della materia: c’è una fase liquida (detta anche fuso) al cui interno possiamo trovare cristalli (allo stato solido) e bolle di gas. Il gas più abbondante nei magmi è il vapore acqueo, ma sono presenti anche l’anidride carbonica e altri gas (acido cloridrico, anidride solforosa) in quantità minori. Questi gas possono essere disciolti nel magma o, in prossimità della superficie, possono formare bolle di dimensioni variabili.
Il fuso magmatico (e la roccia che deriva dal suo raffreddamento) può avere diverse composizioni che si distinguono per il contenuto in silice (ossido di Si, o SiO2) e che determinano molte sue caratteristiche fisiche: i magmi più ricchi in silice (rioliti) sono molto viscosi e meno caldi, mentre i magmi basaltici, poveri in silice, sono caldissimi e molto fluidi. Sono molto comuni i magmi con un contenuto di silice intermedio (andesiti). Raramente si trovano magmi a composizione carbonatica, particolarmente fluidi.
Oltre che dalla quantità di silice, la composizione dei magmi è determinata dalla presenza di otto elementi principali, detti Maggiori: alluminio, ferro, magnesio, calcio, potassio, sodio, titanio e idrogeno. La composizione di magmi e rocce è convenzionalmente descritta dalle percentuali in peso degli ossidi che questi elementi formano legandosi all’ossigeno. Altri elementi (minori e in tracce) completano la caratterizzazione di ogni singolo campione.
Eruzione dell’Etna, 2011 – autore Marco Restivo File:Etna Eruzione 2011.jpg – Wikimedia Commons
Il magma si forma quando le rocce del mantello o della crosta terrestre si vengono a trovare in condizioni tali da consentirne la fusione. Questa fusione non è mai completa perché le rocce sono solitamente composte da più minerali, ciascuno caratterizzato da una temperatura di fusione differente. Quando una roccia inizia a sciogliersi, lo fa a partire dalle fasi minerali con temperatura di fusione più bassa. Il magma che si forma non è quindi l’equivalente fuso della roccia di partenza, ma un suo “estratto” che può ulteriormente differenziarsi nel suo cammino. Il magma è solitamente più leggero della roccia da cui si forma e per questo tende a risalire verso la superficie.
Che temperatura può raggiungere il magma?
La temperatura del magma non si misura direttamente, ma può essere ricostruita in laboratorio. Qui, campioni rappresentativi delle diverse rocce vulcaniche vengono riportati alle condizioni di pressione e temperatura tipiche dell’ambiente magmatico e si può osservare a quale temperatura il campione fonde. Grazie a queste analisi sappiamo che le temperature dei magmi variano, a seconda della loro composizione, fra i 650°C (per i magmi riolitici, ricchi in silice) e i 1600°C (per alcuni magmi rari, detti komatiti, particolarmente ricchi in magnesio e poveri in silice).
La temperatura della lava al momento dell’eruzione varia a seconda della composizione. Misure dirette indicano che può variare fra i 500 e i 1200°C. La temperatura della lava dipende dalla sua composizione chimica. Le lave riolitiche, più ricche in silice, tendono ad avere temperature dell’ordine dei 700°C, mentre le lave basaltiche possono raggiungere anche temperature di 1200°C. Un caso particolare è quello delle lave carbonatiche, emesse dal vulcano Ol Doinyo Lengai, in Tanzania. Queste lave estremamente fluide eruttano a temperature fra i 500 e i 600°C.
il vulcano Ol Doinyo Lengai, in Tanzania – autore milosh9k https://picasaweb.google.com/milosh9k File:Ol Doinyo Lengai volcano in Tanzania 20120217.jpg – Wikimedia Commons
Che velocità può raggiungere una colata lavica?
Vicino alla bocca eruttiva, una colata di lava può muoversi anche a diversi chilometri all’ora; tuttavia al contatto con l’ambiente esterno, la lava si raffredda rapidamente in superficie formando una crosta che rallenta l’avanzamento della colata. Così già a pochi chilometri dalla bocca eruttiva, la colata lavica si muove ad una velocità di poche decine di metri all’ora.
La velocità di una colata dipende da diversi fattori fra cui il tasso di alimentazione, cioè la velocità alla quale la lava viene eruttata, la composizione della lava e la sua temperatura (dalle quali dipende la viscosità della lava e quindi la sua capacità di scorrere) e non ultima la pendenza del terreno su cui la lava scorre.
arco di lava di 10 metri durante l’eruzione del vulcano Pahoehoe, Hawaii – autore Jim D. Griggs, HVO (USGS) staff photographer File:Pahoeoe fountain original.jpg – Wikimedia Commons
Perché i vulcani a volte eruttano in maniera esplosiva e a volte no?
Lo stile eruttivo di un vulcano dipende dalle caratteristiche del magma e dalla velocità alla quale viene eruttato (tasso eruttivo). L’elemento principale che determina l’esplosività di un’eruzione è la quantità in gas disciolto nel magma (principalmente vapore acqueo e anidride carbonica).
Il magma contiene sempre una certa quantità di gas, che sono spesso disciolti nel fuso, un pò come l’anidride carbonica (CO2) disciolta nelle bevande gassate. Quando un magma risale verso la superficie, il gas si libera, formando delle bolle proprio come accade alle bevande. Se le condizioni sono adatte, queste bolle scoppiano, riducendo il magma in una miriade di piccoli frammenti di fuso e cristalli, che vengono violentemente dispersi nell’atmosfera. Succede lo stesso quando salta il tappo di una bottiglia di spumante, trascinato via dal gas che si libera, trascinando il vino fuori dalla bottiglia.
eruzione del vulcano Pahoehoe, Hawaii – autore Hawaii Volcano Observatory (DAS) https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pahoehoe_toe.jpg
L’esplosività di un’eruzione dipende da molti fattori come il contenuto in gas, la composizione chimica del magma, il tasso eruttivo e perfino il luogo in cui avviene l’eruzione. Fino a poco tempo fa, si riteneva che fosse la composizione chimica del magma a determinare il carattere esplosivo o meno di un’eruzione. Un magma ricco di silice (SiO2) è molto viscoso e il gas deve esercitare una forza enorme per riuscire a liberarsi, causando in questo modo un’eruzione fortemente esplosiva. Al contrario, nel caso di magmi basaltici, poveri di silice, i gas si liberano facilmente dal magma, più fluido, e l’eruzione perde il suo carattere esplosivo. Secondo questo modo di vedere, un vulcano basaltico non dovrebbe dunque produrre eruzioni fortemente esplosive. Invece si conoscono molti vulcani che hanno emesso magmi basaltici nel corso di eruzioni estremamente violente, fra cui il Tarawera (Nuova Zelanda) nel 1886, il Masaya (Nicaragua), o l’Etna (in un’eruzione di quasi 4000 anni fa e più recentemente nell’anno 122 a.C.). Esistono anche esempi contrari: un vulcano come il Mount St Helens negli Stati Uniti, conosciuto per la sua grande eruzione esplosiva del 18 maggio 1980, si è risvegliato nel 2004 ed ha emesso un magma identico a quello del 1980, ma nel corso di un’eruzione a bassa esplosività. Lo studio di queste eruzioni particolari ha mostrato che il fattore determinante è la disponibilità di gas durante l’eruzione: magmi molto ricchi in gas tendono a dare eruzioni esplosive, mentre magmi che arrivano ad eruttare dopo aver perso i loro gas eruttano in maniera più “tranquilla”.
da INGV
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