Fenomeni vulcanici

In questo appunto di geologia vengono descritti i fenomeni vulcanici, con analisi dei fenomeni causati dall'attività endogena, i vulcani e i plutoni: due forme diverse dell'attività magmatica, la genesi del magma, i corpi magmatici intrusivi, ecc...

I fenomeni causati dall'attività endogena

Il nostro pianeta è geologicamente attivo in quanto è sottoposto all'azione di forze endogene, che trasformano e rendono instabile la litosfera; da esse dipendono dei fenomeni importanti come:

1. le eruzioni vulcaniche
2. i terremoti o sismi

Lo studio di questi ultimi fornisce dati circa la dinamica endogena e la struttura interna del nostro pianeta; essi sono infatti espressione di processi generati all'interno della Terra, e per questo il loro studio è utile per comprendere ciò che si verifica all'interno della stessa.
Le forze endogene sono responsabili di molti fenomeni come per la formazione di catene montuose; i fenomeni connessi alla dinamica endogena sono spiegati dalla teoria della tettonica delle zolle.

Vulcani e plutoni: due forme diverse dell'attività magmatica

Con il termine vulcanesimo viene indicata l'emissione attraverso condotti e fenditure, sia di fluidi a composizione silicatica, sia di materiali solidi, sia di vapori e gas.

Il magma non sempre alimenta un'eruzione vulcanica in quanto, talvolta, solidifica in profondità e genera corpi di enormi dimensioni chiamati plutoni, che sono costituiti da rocce magmatiche effusive. Il processo magmatico quindi si manifesta in due modi, attraverso i vulcani e i plutoni. La presenza di uno di essi indica che in un dato momento si è formata, in profondità, una massa di magma che si è messa in movimento verso la superficie. Dalle caratteristiche fisico-chimiche del magma (primario e secondario), dipendono le varie tipologie dei vulcani e dei plutoni.

La genesi dei magmi

La formazione del magma si verifica in seguito a processi di fusione parziale di parti limitate della crosta o del mantello, per effetto di una variazione locale delle condizioni fisiche. I principali fattori fisici che portano alla formazione delle rocce sono:

1. aumento di temperatura
2. riduzione della pressione
3. aumento del contenuto di acqua

Queste condizioni si possono realizzare nelle regioni instabili della Terra, che sono sottoposte all'azione di forze endogene di notevole portata e che provocano fenomeni di distensione, compressione o sprofondamento di ampie porzioni. All'origine della formazione del magma c'è un processo di fusione parziale di rocce preesistenti e i fenomeni dinamici che generano il magma non agiscono permanentemente in una data regione della Terra ed è proprio per questo che l'attività vulcanica dopo un certo periodo si estingue. All'interno della massa solida fondono per primi i minerali che hanno temperatura di fusione più elevata e si formano gocce di fluido. Queste gocce fuse sono meno dense delle rocce che le circondano: esse si muovono e si aggregano formando una massa unica di magma che risale verso la superficie, insinuandosi nelle zone in cui la pressione litostatica è minore.

Il comportamento dei magmi

I magmi hanno proprietà fisiche e chimiche differenti, e i fattori che condizionano la risalita sono la viscosità (che condiziona la mobilità del magma ed è a sua volta condizionata dal tenore del silice), e la percentuale di acqua. Altri fattori influenzano la viscosità del magma: una temperatura elevata, che ne facilita lo scorrimento, la presenza di bolle di gas, che ne aumenta la viscosità. Tra i gas importanti va ricordato il vapor d'acqua. Esistono:

• Magmi femici: sono caldi, poveri di silice e di vapor d'acqua ed hanno viscosità bassa;
• Magmi sialici: sono freddi, ricchi di silice e di vapor d'acqua ed hanno alta viscosità;
• Magmi andesitici: hanno caratteristiche intermedie.

Il contenuto di acqua è importante perché riduce la temperatura di solidificazione dei silicati e per questo motivo, il punto di solidificazione del magma sialico è relativamente basso.
Dalla viscosità e dalla temperatura di solidificazione dei silicati dipende la tendenza dei magmi a generare corpi intrusivi o effusivi:

1. i magmi viscosi: solidificano più facilmente in profondità;
2. i magmi fluidi: raggiungono più spesso la superficie, alimentando eruzioni vulcaniche.

La maggior parte delle lave per questo ha composizione basaltica, mentre la maggior parte dei plutoni ha composizione granitica.

I corpi magmatici intrusivi

I plutoni possono avere forme e dimensioni diverse e sono sempre circondati da rocce di altra natura (rocce incassanti). Quando il plutone, ossia il corpo magmatico intrusivo, attraversa trasversalmente una serie di strati sedimentari, si parla di plutoni discordanti, mentre si parla di plutoni concordanti quando essi si inseriscono tra uno stato e l'altro. La classificazione dei plutoni si basa sulle dimensioni e sui rapporti con le rocce incassanti.
Batoliti: sono quelli di più grandi dimensioni e sono granitici o granodioritici; si incontrano nei nuclei di numerose catene montuose. Derivano dalla solidificazione di masse di magma provenienti dal mantello e da magma di anatessi e in questo caso la loro composizione raramente è omogenea.
Filoni: sono corpi tubolari dallo spessore di pochi metri. Essi possono introdursi tra i piani di stratificazione preesistenti nelle rocce incassanti e in tal caso si parla di filoni-strato. Si parla di dicchi se i filoni tagliano trasversalmente gli strati preesistenti.
Laccoliti: sono plutoni concordanti con una forma a fungo e si formano per intrusione di magma lungo i piani di stratificazione.

La struttura dei vulcani

Il termine vulcano indica la spaccatura della crosta terrestre attraverso la quale fuoriescono lave e altri materiali derivanti dai magmi, mentre il termine edificio vulcanico indica la struttura che va a formarsi in superficie, per l'accumulo dei materiali eruttati.
Esistono vulcani ad attività lineare ed altri ad attività centrale: quando il magma fuoriesce da fratture della crosta allungate e strette, si parla di eruzioni lineari. In questo caso non si avrà un vulcano dal classico aspetto a cono in quanto la lava si espande originando ricoprimenti.
Si parla di eruzioni centrali quando i materiali vengono eruttati da un cratere centrale intorno a cui è presente un edificio vulcanico detto cono. Il magma, risale verso la superficie attraverso un condotto principale che alimenta il cratere principale, ma possono essere presenti dei condotti secondari che alimentano crateri avventizi.

Le eruzioni vulcaniche

L'eruzione vulcanica (fuoriuscita di materiale magmatico in superficie) si verifica quando nella camera magmatica si crea una pressione che supera la pressione litostatica. Ciò può accadere in vari modi, infatti può aggiungere un nuovo magma, che provoca un aumento della pressione interna, o la pressione litostatica può diminuire, o i gas con il tempo si separano dal magma provocando a loro volta un aumento di pressione. Quando la pressione esercitata dal magma e dai gas supera la pressione che grava sul condotto, i componenti volatili si espandono e trascinano il magma lungo il condotto e all'esterno. Le eruzioni vulcaniche non sono sempre continue e avvengono con modalità diverse. Ci sono notevoli differenze che riguardano i prodotti, la periodicità, la durata dell'attività e i meccanismi eruttivi.
Il vulcano può eruttare principalmente lava o materiali solidi o gas; si possono alternare periodi di attività a periodi di quiete di diversa durata e in base alla periodicità delle eruzioni, i vulcani si differenziano in:

1. attivi: se hanno eruttato in epoca storica
2. estinti: se non eruttano e non presentano segni di attività da migliaia di anni
3. quiescenti: se non eruttano da tempo ma presentano segni di attività.

Il tipo di attività del vulcano dipende dai caratteri chimico-fisici del magma:

1. viscosità: da cui deriva la facilità di risalita del magma
2. gas: possono costituire fino al 5% della massa totale del magma; essi sono importanti perchè sono il motore delle eruzioni.

Se non hanno la possibilità di espandersi liberamente, probabilmente causeranno un'esplosione.Esistono due tipi di vulcanesimo e quindi due tipi di eruzioni:

1. vulcanesimo effusivo: è alimentato da magmi femici, poco viscosi e ricchi di gas. Le eruzioni sono caratterizzate da piccole esplosioni in quanto la lava fuoriesce senza ostacoli e scorre senza difficoltà; i prodotti principali sono lava e scorie.
2. Vulcanesimo esplosivo: è alimentato da magmi sialici e andesitici che formano dei tappi densi che ostruiscono il passaggio della lava e impediscono ai gas di liberarsi; durante le eruzioni la fuoriuscita di lava è scarsa ma vengono espulsi differenti frammenti solidi di varie dimensioni e ampie quantità di gas.

Ovviamente esistono vulcani che alternano fasi esplosive a fasi di effusione tranquilla.

Le colate laviche

Sono dette anche effusioni e possono avere composizione andesitica, riolitica o basaltica.

1. Lave basaltiche: hanno una temperatura molto alta e scorrono ad una notevole velocità; creano espandimenti di spessore ridotto ed ad ogni eruzione corrisponde la formazione di un nuovo strato che si sovrappone a quelli precedenti.
2. Lave riolitiche: hanno una temperatura minore rispetto alle precedenti e sono più viscose e lente nello scorrimento; creano strutture bulbose.
3. Lave andesitiche: hanno un comportamento intermedio e formano strutture bollose, in quanto liberano con difficoltà i gas.

I piroclasti

Sono frammenti solidi o semisolidi di composizione e dimensioni varie, eruttati dal vulcano durante l'attività esplosiva. Derivano da materiali strappati alle rocce dell'edificio vulcanico, oppure da lave solide. Sono classificati in base alle dimensioni, in ordine di grandezza crescente e sono polveri, ceneri, lapilli e bombe. I piroclasti si depositano secondo tre meccanismi principali:

1. La caduta gravitativa: è il meccanismo più comune in quanto i piroclasti ricadono per effetto della gravità, formando depositi simili a quelli sedimentari. Quando i frammenti vengono cementati si formano le rocce piroclastiche.
2. Le colate piroclastiche: sono flussi molto veloci di materiali misti a fluidi, come per esempio le nubi ardenti che sono formate da polveri, ceneri, e lapilli, che scendono lungo i fianchi del vulcano ad altissima velocità; esse si formano in vulcani alimentati da magmi molto viscosi e ricchi di gas. I depositi che producono originano rocce piroclastiche sialiche chiamate ignimbriti.
3. Le onde basali: sono colate di materiali piroclastici a bassa densità; si formano quando il magma si mescola con grandi quantità di acqua che si infiltrano nel condotto vulcanico. L'acqua si trasforma in vapore e ciò genera una pressione molto elevata che causa un'esplosione. Questo fenomeno viene chiamato base-surge.

I gas

I gas e i vapori variano notevolmente per tipo e quantità; il vapor d'acqua è il componente principale e può essere miscelato con molti altri gas, come il biossido di carbonio, gli ossidi di zolfo, l'acido cloridrico, l'ammoniaca, ecc... I gas determinano le modalità con cui avviene un'eruzione e immettono nuovi materiali nell'atmosfera. Nelle fasi primordiali della storia della Terra, essi hanno contribuito a determinare la formazione dell'atmosfera primitiva.

La struttura dei vulcani centrali

Gli edifici più comuni, per quanto riguarda l'attività centrale sono:

1. i vulcani a scudo: sono edifici caratterizzati da pendii dolci e dimensioni molto estese; hanno un'attività effusiva tranquilla con magmi fluidi e basaltici. (vulcani hawaiani)
2. Gli stratovulcani: sono vulcani che alternano fasi di attività esplosiva a fasi di attività effusiva; l'edificio risulta costituito da strati di lava solidificata e strati di materiali piroclastici. (Etna, Vesuvio)
3. I coni di scorie: sono formati da materiali piroclastici e hanno una pendenza accentuata; sono piccoli edifici che si formano in seguito ad una sola eruzione esplosiva.

Nella morfologia di un vulcano si possono riconoscere alcune forme:

1. Forme costituite in seguito all'emissione di materiali solidi o fluidi: colate laviche, espandimenti lavici, coni di scorie o di lava, estrusioni solide.
2. Forme dovute a eventi distruttivi o di sprofondamento: oltre ai crateri, sono rappresentate da caldere (depressioni con le pareti scoscese e un ampio fondo) e da diatremi (condotto vulcanico colmato da brecce magmatiche).

Le diverse modalità di eruzione

Le eruzioni effusive o esplosive si realizzano con modalità differenti:

• Eruzioni di tipo hawaiano: caratterizzate dall'effusione di lave basaltiche molto fluide e dall'assenza di esplosioni e lanci di materiale piroclastico, portano alla formazione di vulcani a scudo; durante le fasi iniziali dell'eruzione formano grandi fontane di lava.
• Eruzioni di tipo stromboliano: caratterizzate dall'effusione di colate laviche alternate a esplosioni più o meno violente; la lava in questi vulcani ha composizione variabile ed poco fluida. In questi vulcani i gas si accumulano e causano esplosioni intermittenti, non molto violente. In seguito la lava fuoriesce sotto forma di fontane e colate.
• Eruzioni di tipo vulcaniano: caratterizzate da lava riolitica o andesitica, molto viscosa. I gas si accumulano all'interno e raggiungono alte pressioni prima di provocare l'esplosione. Le eruzioni violente sono dette pliniane.
• Eruzioni di tipo peleano: caratterizzate dall'emissione di lava, molto viscosa e ricca di gas che forma copule di ristagno e guglie, che otturano il condotto. L'attività vulcanica si manifesta con esplosioni di grande violenza accompagnate dal crollo delle pareti dell'edificio vulcanico e dall'emissione di nubi ardenti.
• Eruzioni freatiche: caratterizzate dall'emissione di enormi quantità di vapore con violente esplosioni; se il vapore fuoriesce insieme a brandelli di magma si parla di esplosione freato-magmatica.
Eruzioni lineari: caratterizzate dall'effusione di lave basaltiche, producono grandi quantità di lava e intorno alle fessure si formano espandimenti basaltici.

Il vulcanesimo secondario

I fenomeni di vulcanesimo secondario sono strettamente legati all'attività vulcanica; essi caratterizzano le fasi conclusive dell'attività primaria di un vulcano. Si tratta di fenomeni causati dalla presenza di magma in prossimità della superficie terrestre che, raffreddandosi, libera gas o provoca il riscaldamento delle acque del sottosuolo. Queste vaporizzate, risalgono facilmente in superficie formando sorgenti termali. In alcuni casi il vapor d'acqua fuoriesce dal terreno a elevata temperatura pressione, producendo dei getti chiamati soffioni boraciferi; il loro vapore è ricco di acido borico, solfuro di idrogeno, triossido di zolfo e altre sostanze. I soffioni si formano quando l'acqua meteorica viene a trovarsi a contatto con una massa di magma e il vapore, che si fa strada verso l'esterno, attraverso le fenditure del suolo. Altro fenomeno è quello dei geyser, sorgenti di acqua calda che fuoriesce a intermittenza con notevole violenza. L'acqua contiene carbonato di calcio e silicati.

La distribuzione geografica dei vulcani non è casuale

I vulcani attivi sono circa 600 e sono distribuiti nelle aree continentali, sui fondali oceanici in modo non uniforme: sono concentrati in lunghi e strette fasce, che hanno caratteristiche geologiche ben definite. In genere, in ciascuna fascia predomina un solo tipo di attività, o effusiva o esplosiva.
una parte dei vulcani si trova in corrispondenza delle dorsali oceaniche; si tratta di catene montuose che attraversano tutti gli oceani. Un secondo gruppo si trova negli archi di isole e lungo alcuni margini continentali situati in prossimità delle fosse oceaniche; qui si verificano eruzioni di lave andesitiche e riolitiche. Vulcani di questo tipo si trovano nella cintura di fuoco circum-pacifica.
Il gruppo di vulcani caratterizzati da lave di tipo basaltico, sono localizzati in piena area continentale e sono legati ad una serie di fratture note con il nome di fosse africane, che vanno dal Libano alla regione dei grandi laghi.
L'ultimo gruppo di vulcani emette lave basaltiche e sono abbastanza isoli, per questo motivo sono detti punti caldi; si tratta si isole o vulcani continentali.

Il pericolo e il rischio vulcanico

Le aree vulcaniche sono spesso popolate grazie alla fertilità dei suoli, legata alla presenza di elementi chimici, come il potassio, il calcio, il magnesio, ecc...
La pericolosità di un vulcano è la probabilità che in una data regione si verifichi un'eruzione potenzialmente distruttiva; viene valutata considerando in particolare la morfologia e il tipo di attività eruttiva del vulcano, attraverso lo studio delle manifestazioni precedenti. Bisogna anche considerare la periodicità e la frequenza con cui si verifica l'attività.