Appunti di Principi di scienze della terra

I punti caldi

Perché sono presenti isole vulcaniche all'interno della placca?

Ipotesi dei punti caldi (hotspots). Aree “fisse” di grandi emissioni laviche sia su litosfera continentale che oceanica, dove vengono eruttati in pochi milioni d’anni grandi quantità di magma. Si possono trovare sia all’interno di una placca che ai suoi margini. I punti caldi sarebbero alimentati dal mantello profondo, che risalgono e arrivando in superficie bucano la litosfera in un punto qualsiasi generando un vulcano. I punti caldi eruttano lave di ferro e magnesio (ipotesi non verificata).

Sotto i punti caldi abbiamo la stessa situazione che nelle dorsali oceaniche: risalita adiabatica di porzioni di mantello. Sono stati utilizzati per misurare i movimenti delle placche in quanto punti stazionari; a muoversi sono le placche sopra di loro. L’energia calda sale dal punto caldo fondendo materiale sulla litosfera, spaccando così la placca che genera il vulcano. La placca, in continuo movimento, si sposta e il processo continua sulla nuova zona. Con tale processo si verrà a creare una fila, intervallata da zone di oceano che ricoprono i vulcani più bassi, di isole vulcaniche, es: le Hawaii.

E i terremoti?

Fenomeno presente sia in Australia che nelle due catene montuose italiane: le Alpi (zona sismica) e negli Appennini (area sismica con vulcani attivi). In seguito alla collisione tra le placche Euroasiatica-Africana, si sono formate, mediante orogenesi, le Alpi. Oggi esse sono geodinamicamente inattive, non è presente nessuna attività sismica forte e nessuna attività vulcanica, dal momento che si è fermata la subduzione della placca Euroasiatica.

Al tempo stesso, a sud si è innescata la subduzione della placca africana che sta portando alla formazione degli Appennini. Essa è dunque una catena orogenica in formazione e geodinamicamente attiva, presenta forte attività sismica e vulcanica.

I vulcani

• Attivi: vulcani che hanno dato eruzioni negli ultimi anni. Vesuvio, Etna e Stromboli.
• Quiescenti: vulcani che hanno dato eruzioni negli ultimi dieci mila anni ma che attualmente si trovano in una fase di riposo. Marsili, Colli Albani, Campi Flegrei, Ischia, Lipari, Vulcano, Panarea, Isola Ferdinandea e Pantelleria. I Campi Flegrei si sono rimessi in moto, sono vulcani crescenti che stanno salendo ma non sono attivi.
• Estinti: vulcani la cui ultima eruzione risale ad oltre dieci mila anni fa. Salina, Amiata, Vulsinio, Cimini, Vico, Sabatini, Isole Pontine, Roccamonfina e Vulture.

Questa classificazione non è propriamente vera, poiché non si può prevedere quando un vulcano erutta. Per i terremoti invece non si può prevedere nulla, non sappiamo quando e come arrivano.

La cenere vulcanica, la bomba vulcanica e i pomici sono il risultato di emissioni vulcaniche esplosive. Le rocce femiche (basalto) e le rocce sialiche (riolite), sono rocce vulcaniche poiché sono rocce ignee effusive che si raffreddano rapidamente sulla superficie terrestre e presentano grana fine. Le rocce femiche (gabbro) e le rocce sialiche (granito), sono dette rocce plutoniche, poiché sono rocce ignee intrusive che si raffreddano lentamente all’interno della terra favorendo la formazione di grandi cristalli.

Caratteristiche di un vulcano

• Dimensioni: da pochi m² a milioni di km².
• Età e durata: esistono da 4.4 Ga e possono “vivere” da pochi giorni a milioni di anni.
• Forma: da quasi piatti a fianchi molto inclinati.
• Temperature: da 500°C a 1200°C.

I fianchi molto inclinati (es, Stromboli) indicano un tipo di eruzione esplosiva. I fianchi quasi piatti (es. Maunaloa) indicano un tipo di eruzione con colate effusive. Un vulcano a scudo presenta fianchi con pendenza moderata (assomiglia a uno scudo) ed è costruito dall'eruzione di lava basaltica fluida (rocce femiche). La lava basaltica tende a costruire enormi coni a bassa pendenza in quanto la sua scarsa viscosità le consente di scorrere agilmente sul terreno o sotto di esso fino ad arrivare a km di distanza senza raffreddarsi.

Tipo di eruzione: vulcani “rossi” (colate effusive es. Kilauea, Hawaii) e “grigi” (eruzioni esplosive es. Vesuvio). Uno stratovulcano è caratterizzato da una forma conica con pendii abbastanza scoscesi (noto anche come vulcano composito). È costituito dai prodotti di diversi flussi di lava e da altro materiale piroclastico. Costruito in genere nell'arco di decine o centinaia di migliaia di anni. Presenta eruzioni esplosive (vulcano grigio). Lave sialiche, felsiche, ricche in silice e alluminio.

Vulcano a scudo: fianchi quasi del tutto piatti ed è costruito dall’eruzione di lava basaltica (rocce femiche), in quanto la sua viscosità le consente di scorrere fino ad arrivare a km di distanza senza raffreddarsi. Presenta eruzioni a colate effusive (vulcano rosso). Lave femiche, ricche in ferro e magnesio, molto fluide.

Indice di esplosività vulcanica (VEI)

Il Volcanic Explosivity Index (VEI) è una misura relativa dell’energia durante un’eruzione esplosiva. Prende in considerazione il volume terrestre, il tipo di eruzione e l’altezza del pennacchio.

Elementi caratteristici di un vulcano

I. Camera magmatica: il magma si origina nell’astenosfera e risale attraverso la litosfera fino a formare una camera magmatica. II. Cratere laterale e centrale: la lava risalita erutta dalla camera magmatica attraverso un cratere centrale e dei crateri laterali.

La lava che si accumula in superficie forma un vulcano e i gas vengono liberati nell’atmosfera. Nella camera magmatica e durante la risalita della lava si possono individuare diverse zone:

• I dicchi: tagliano trasversalmente gli strati delle rocce incassanti.
• I filoni-strato: sono paralleli ai dicchi.
• I batoliti: sono le forme plutoniche di maggiori dimensioni, coprono almeno 100 km².

Nella parte esterna del vulcano individuiamo:

• Colonna eruttiva
• Nube eruttiva
• Flusso piroclastico: ha un’elevata temperatura ed è composto da frammenti di lava, rocce, ceneri e gas. Ha elevata velocità.
• Frana: valanga di detriti
• Domo lavico: il suo collasso porta a una colata piroclastica.
• Lahar: colata di fango-detriti che scende dalla sommità del vulcano e si deposita sulle pianure circostanti.
• Colata di lava
• Fumarole: vapore acqueo che fuoriesce dalla falda idrica in prossimità della frattura della camera magmatica e del vulcano stesso.
• Piogge acide

Esempi di vulcani sviluppati in diversi contesti geodinamici

Islanda: lave femiche ricche di ferro e magnesio. St. Helens (stratovulcano): l’eruzione ha prodotto una colonna di ceneri e gas. Inoltre, produsse un flusso piroclastico e il settore nord del vulcano collassò, producendo una frana di detriti.

Le caldere

Le caldere sono il risultato di una violenta eruzione che svuota la camera magmatica di un vulcano, il cui tetto non può più sostenere il peso delle rocce sovrastanti. Il collasso lascia un’ampia cavità con ripide pareti.

Fasi delle caldere:

1. Fase 1: il nuovo magma riempie la camera magmatica e innesca una reazione vulcanica.
2. Fase 2: l’eruzione continua e la camera magmatica viene parzialmente svuotata.
3. Fase 3: la sommità del rilievo collassa nella camera e si origina una caldera. Grandi colate piroclastiche ricoprono con i loro depositi la caldera e l'area circostante per centinaia di chilometri quadrati.
4. Fase 4: si forma un lago nella caldera. Mentre il magma residuo nella camera si raffredda continua l'attività eruttiva sotto forma di sorgenti calde ed emissioni di gas. Nella caldera si è formato un piccolo cono vulcanico.

Kilauea: è un vulcano a scudo (lave mafiche molto fluide) situato sull’isola Hawaii (hotspot). Il cratere ospitava un lago di lava. Nel 2018 subì il più grande collasso della caldera sommitale.

Gli archi di isole vulcaniche (come l’arcipelago delle isole Eolie - da ovest verso est, Alicudi, Filicudi, Salina, Lipari, Vulcano, Panarea, Stromboli) costituiscono la porzione emersa di un arco vulcanico che comprende vari vulcani sottomarini. Questo tipo di vulcanismo esplosivo ha terremoti con ipocentri ad elevata profondità. Infatti, in queste zone di convergenza la placca che subduce rimane più fredda rispetto al mantello più profondo. Le faglie all’interno delle rocce della placca sono duttili e possono generare terremoti a elevate profondità.

L’Etna è uno dei vulcani più grandi d’Europa. Le colate laviche sono simili a quelle che avvengono nei vulcani a scudo (lave fluide e femiche, rocce effusive e lente) possono anche avvenire eruzioni esplosive. Si è formato circa 500 ka ed è costituito da una serie di stratovulcani il cui asse dei centri eruttivi si è spostato verso ovest.

La struttura morfologica principale dell’Etna è la Valle del Bove, depressione verso il mare, sul fianco del vulcano. La sua origine risale al susseguirsi di eruzioni esplosive che provocò alcuni collassi (frane) lungo il fianco del vulcano.

Il vulcano sottomarino del Marsili è uno dei più estesi ed elevati vulcani attivi del Mediterraneo e d’Europa. È costituito da più coni eruttivi allineati. Ha dato luogo ad eruzioni prevalentemente effusive e, in misura minore, esplosive ma a bassa energia. Il vulcano è di tipo crescente, poiché può dare prossimamente eruzioni.

Le grandi province magmatiche (LIP)

Le Grandi Province Magmatiche (LIP) sono punti caldi del passato dove ci sono milioni di km³ di magma eruttati durante pochi milioni d’anni. I magmi hanno composizione femica ma possono essere anche sialici e sono presenti sia nei continenti che negli oceani.

Effetti delle eruzioni vulcaniche

Effetti positivi: formazione dell’atmosfera terrestre. Hanno emesso gas necessari per lo sviluppo della vita.

Effetti negativi: una grande eruzione potrebbe portare al raffreddamento legato alle polveri atmosferiche e all’acidificazione degli oceani. L’acidificazione degli oceani è usata per descrivere il continuo aumento dell’acidità, diminuzione del pH, causato dall’assorbimento della CO₂ atmosferica. Questo può causare la riduzione dei livelli di CO₂ atmosferici ma anche causare impatti diffusi e profondi sugli ecosistemi marini.

Ogni anno viene prodotto un quantitativo di magma che potrebbe riempire 250-350 milioni di camion. Se messi in fila, i camion farebbero cento volte il giro dell’Equatore. Più dell’80% dell’attività magmatica avviene lungo le dorsali oceaniche; il restante 20% dell’attività magmatica avviene lungo le zone di subduzione.