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Fig.71 - Schema illustrante la variabilità delle dimensioni delle colate laviche in funzione della composizione. In

ascisse è riportato il diametro del cerchio di area equivalente a quella coperta dalla colata; in ordinate lo spessore

medio. Le frecce indicano il valore del rapport d'aspetto S/D; le linee tratteggiate mostrano alcuni valori dei volumi

dei corpi discoidi risultanti dal campo S-D considerato e possono servire da guida grossolana per la valutazione dei

volumi delle colate. (modificato da Walker, 1973).

La morfologia delle colate laviche e le distanze che esse sono capaci di percorrere possono essere molto variabili in

funzione soprattutto di tre fattori:

- il tasso di emissione, cioè la quantità di magma che esce per unità di tempo;

- le proprietà fisiche del magma (in particolare il valore della sua soglia di snervamento);

- la pendenza del terreno su cui la colata si muove.

Tabella 3 - Tassi effusivi di alcune colate laviche a composizione basaltica

vulcano anno composizione tasso eruttivo

3

(m /sec)

Laki (Islanda 1783 basalto 5000

Etna 1865-1975 basalto- 15-45

(17 eruzioni) hawaiite

Etna 1975 hawaiite 0.3-0.5

Etna 1989 hawaiite 0.4-0.9

Etna 1991-92 hawaiite 0.8-35

Mauna Loa (Hawaii) 1851-1950 basalto 100

(10 eruzioni)

Askja (Islanda) 1961 basalto 33-800

Paricutin (Messico) 1943-1952 andesite basaltica - 0.7

andesite

Vesuvio 1906 tefrite fonolitica 0.8-60

modificato da Cas R.A.F & Wright J.V., Volcanic Successions,Allen & Unwin, London, 1987

Tasso di emissione - La distanza percorsa da una colata lavica, a parità di altri fattori, è proporzionale al tasso eruttivo.

Questo accade in quanto le lave emesse con maggiore abbondanza percorreranno una distanza maggiore di quelle emesse

con bassa portata prima che il raffreddamento innalzi la loro viscosità e ne inibisca il movimento. I tassi eruttivi dei magmi

3

basici emessi in ambiente subaereo variano di circa 4 ordini di grandezza (tra 0.5 e 5000 m /sec, tab.3): le portate maggiori

formano colate costituite, su grandi estensioni e distanze, da una singola unità di flusso (colate semplici), mentre le portate

più basse portano alla formazione di colate costituite da piccole unità di flusso impilate una sull'altra (colate composite), in

genere incapaci di percorrere grandi distanze rispetto alla bocca (fig. 72). Si pensa che le grandi colate basiche fissurali sino

state emesse con tassi estremamente alti. Come ordine di grandezza si può ritenere che il tasso eruttivo lungo la frattura di

3

Roza (fig.69B) sia stato di circa 1 km al giorno per km di lunghezza della frattura (approssimativamente un centinaio di

km). Si tenga comunque presente la scarsa confrontabilità dei dati relativi ad eruzioni centrali con quelli di eruzioni

fissurali. 39

Le lave più viscose ed evolute hanno tassi eruttivi (stando almeno ai dati storici di cui disponiamo, tab.3.2) assai

3

più bassi, compresi tra 0.05 e poco più di 10 m /sec. Anche in questo caso i bassi tassi eruttivi portano in genere alla

formazione di colate composite.

Fig.72 - Rappresentazione schematica delle colate semplici e composite. A destra diagramma qualitativamente

illustrativo delle differenze viscosità dei diversi tipi di colata di lava basica e del passaggio, all'aumentare del tasso

effusivo, da colate composite a colate semplici. (ridisegnato da Walker, 1971)

Tabella 4 - Tassi effusivi di alcune colate laviche a composizione andesitica e dacitica

vulcano anno dell'eruzione tasso effusivo medio

3 /sec)

(m

Santorini 1886-1870 0.7

Santiaguito 1922 - 1983 0.4

Mount Lamington 1951-1956 5.8

Bezymianny 1955-1983 1.8

Colima 1975-76 0.05

Augustine 1976 11.6

St. Helens 1980-1983 0.5

Usu (Meji Shinzan) 1910 3.5

Usu (Showa-Shinzan) 1943-1945 1.2

Usu (Usu-Shinzan) 1977-1983 0.6

modificato da Newhall & Melson, 1983 in Cas R.A.F & Wright J.V.,

Volcanic Successions,Allen & Unwin, London, 1987

- Hulme (1974) ha modellizzato il flusso delle colate laviche considerate come fluidi di

Proprietà fisiche del magma

Bingham ed i risultati ottenuti indicano che la reologia non newtoniana è il fattore principale che governa la forma delle

colate. In particolare, il rapporto d'aspetto di una colata dipende essenzialmente dalla soglia di snervamento del magma.

Affinchè una sostanza di Bingham possa fluire a valle è necessario che essa raggiunga uno spessore sufficiente a far sì che

lo sforzo di taglio alla base del flusso sia superiore alla soglia di snervamento; ma sui margini laterali della colata

(immaginata come lenticolare in sezione perpendicolare al flusso) lo spessore non è sufficiente: queste zone laterali

stazionarie costruiscono allora argini lungo i margini della colata.

Lo spessore e la larghezza di un flusso, così come l'ampiezza delle zone stazionarie sono legati a cinque parametri

iniziali: (1) il tasso eruttivo, (2) la pendenza del substrato, (3) la viscosità , (4) la soglia di snervamento e (5) il peso

µ σ

0

specifico (dove g è l'accelerazione di gravità e è la densità del fluido). Lo spessore critico (dc ) che deve essere

ρ ρ

superato perchè la sostanza fluisca è dato dalla relazione

d = /gρ

σ ρ µ

c 0

da cui si desume che più elevata è la soglia di snervamento, più spessa sarà la colata. Dalla relazione precedente, viscosità e

tasso eruttivo sembrerebbero non avere un ruolo nel determinare il rapporto d'aspetto di una colata, ma in realtà essi sono

presenti significativamente in quanto entrambi hanno forte influenza sul valore della soglia di snervamento (che è

dipendente dalla viscosità, la quale dipende dalla temperatura, quest'ultima fortemente condizionata, a livello di gradiente

di abbassamento, dalla portata eruttiva). 40

Pendenza della superficie di scorrimento - Come regola generale si può assumere che più ripido è il pendio più stretta sarà

la colata, ma in realtà l'inclinazione del substrato gioca un ruolo relativamente modesto rispetto agli altri fattori.

Colate basiche subaeree

Colate subaeree di lava basica possono formarsi in seguito alla fuoriuscita di un liquido continuo da bocche centrali

o fissurali, al trabocco di un lago di lava che riempiva un cratere, oppure alla ricomposizione di un flusso liquido continuo

dalla abbondante ricaduta di brandelli lavici ancora fusi a seguito di attività di fontana di lava.

Molte delle caratteristiche delle colate basiche sono documentate dagli studi effettuati su prodotti recenti ed attuali

dell'isola di Hawaii, cui si rifà anche gran parte della nomenclatura di questi prodotti. Due tipi di colata basica possono

sostanzialmente essere distinti (figg..73 e 74): colate pahoehoe

colate aa

Fig. 73 - Superficie di una colata pahoehoe massiva ancora

calda e in lento movimento. Foto di D.W.Peterson, USGS,

riprodotta da Magma Transport and Storage, ed. M.P.Ryan,

Wiley & Sons, 1990

Fig. 74 - La chiesa del villaggio di San Juan Parangaricutiro

(Messico) coperta dalla lava emessa tra il 1943 e il 1952 dal

cono Paricutin (sullo sfondo). Si noti la superficie “aa” della

lava. Foto di Francisco Medina in Mexican Volcanoes

Calendar, 1998, L. e V. Godinez ed.Mexico City

- quelle lave la cui superficie è liscia od ondulata, a corde o a budella prendono il nome di pahoehoe. Se ne

Lave pahoehoe

riconoscono diversi tipi:

Lave pahoehoe massive sono quelle caratterizzate da una superficie vetrosa, liscia su ampie aree, e assai spessa.

Lave pahoehoe squamose ("scaly") sono costituite da numerose piccole unità di flusso sovrapposte come le scaglie sulla

pelle dei pesci, con la larghezza di ciascuna scaglia che varia entro le poche decine di metri.

Lave pahoehoe a guscio sottile ("shelly") sono caratterizzate da una delicata crosta bollosa, più o meno coperta da piccole

vesciche. Questo tipo di lava è tipico dell'effusione rapida di magma ancora relativamente ricco in gas; l'esplosione

delle bollosità può portare alla formazione di una superficie minutamente spinosa. Le lave a corda ("ropy") e/o a

budella ("entrails") sono un tipo particolare di queste lave: esse si formano quando la lava fluida scorre al disotto di

una crosticina sottile ancora plastica che si raggrinza e si piega formando creste sottili. Le corde sono generalmente

convesse verso valle, ma esse possono essere anche allineate parallelamente alla direzione del flusso. 2

Lave a lastre ("slabby") si formano quando la superficie della colata si rompe in lastre dell'ampiezza di qualche m e dello

spessore di pochi cm a causa del drenaggio della sottostante lava ancora fluida o per movimento continuo dell'intera

massa della colata; le lastre sono variamente inclinate e possono accumularsi una sull'altra in caotica confusione.

Sulla superficie delle lave pahoehoe sono spesso riconoscibili elementi strutturali minori, generalmente di scarsa

preservabilità (fig.75), ma peculiari della notevole fluidità dei magmi che li originano: 41

Spirali di lava ("lava coils") si sviluppano lungo le superfici di frizione tra blocchi stazionari e blocchi, ad essi adiacenti,

mossi da correnti laviche sottostanti.

("lava blisters") formate in seguito all'accumulo di gas al di sotto della sottile crosta vetrosa. La rottura

Vesciche laviche

della crosta vetrosa sotto la pressione del gas racchiuso nella vescica porta alla formazione dei tumuli.

Spremiture ("squeeze-ups") si formano quando la crosta di una colata è spessa e la sottostante lava è relativamente

viscosa. Alcune di queste strutture sono monticelli bulbosi alti e larghi nnon più di pochi metri; altre sono lineari,

serpiformi, lunghe alcuni metri ed alte non più di un metro.

Hornitos sono "bocche" eruttive formatesi per rottura della superficie di una colata in movimento lento o addirittura

ferma; ad essi può essere associata moderata attività di fontana di lava.

Fig.75 - Strutture "minori" delle colate laviche. (a) spirale di lava; (b) vescica lavica; (c) tumulo con

"spremiture" di lava fluida attraverso spaccature apertesi nella crosta rigida; (d) spremitura di lava viscosa sul

crinale di un rigonfiamento nella superficie della colata.

Quando una spessa crosta si forma su una colata pahoehoe, è comune che al di sotto della crosta si formino tubi e tunnels

(Fig.76). Essi sono importanti perchè la loro formazione riduce notevolmente la perdita di calore attraverso la superficie di

una colata e le permette di percorrere lunghe distanze. I tubi in genere si formano per progressiva costruzione di un tetto al

di sopra di un flusso lavico incanalato all'interno di argini da lui costruiti. Sebbene tipici delle colate pahoehoe, i tubi di

lava si possono formare anche nelle colate aa.

Fig,76 - Eruzione dell’Etna nel Maggio 1992. Una colata di tipo tendenzialmente aa fuoriesce da un tunne e

scorre incanalata da argini ben formatil. Su questa colata fu effettuato un intervento riuscito di deviazione del

flusso con esplosivo. Barberi et al., 1992, L’eruzione 1991-1992 dell’Etna, Giardini, Pisa.

- La superficie di una colata aa, in contrasto con quella liscia di una colata pahoehoe, è estremamente irregolare,

Lave aa

frammentata, spinosa, scoriacea. Verso il basso sfuma lentamente nel corpo lavico massivo. Le colate aa scorrono spesso

42

come torrenti ben individualizzati limitati da argini che essi stessi hanno costruito (fig.77). La transizione da pahoehoe ad

aa sembra essere connessa ad un aumento della viscosità (fig.72).

Fig,77 - Schema illustrante la formazione degli argini nel corso dello scorrimento di una colata di tipo

aa. La lava al fronte e sui bordi è scoriacea e si raffredda rapidamente; il corpo della colata spinge il

frontee si fa strada aprendosi un canale all’interno della massa scoriacea solida che essa stessa forma

continuamente al suo fronte.

Fig.78 - Sezioni longitudinali schematiche dei due principali tipi di colate basaltiche subaeree.

Ridisegnata da Lockwood e Lipman, Bull. Volcanol. 43, 1980

Plateaux Basaltici

I basalti fissurali emessi in aree continentali danno talora luogo a grandi colate a basso rapporto d'aspetto la cui

sovrapposizione porta alla formazione dei plateaux basaltici (Figg.79-81). Queste strutture si sviluppano nell'arco di

centinaia di migliaia e di milioni di anni in aree geodinamiche particolari, essendo in genere associati agli stati embrionali e

precoci dei rifts continentali). Si tratta per lo più di colate pahoehoe, ma le superfici raramente sono conservate.

L'imponenza delle singole colate fà sì che i tempi di raffreddamento delle medesime siano relativamente lunghi, con

conseguente frequente sviluppo di strutture particolari che prendono il nome di fessurazioni (o giunzioni) colonnari. Il

raffreddamento comporta una contrazione e si sviluppa dalle zone esterne della colata (la base e il tetto) verso l'interno. Le

tensioni che si realizzano nel corso del raffreddamento producono fratturazioni regolari perpendicolari alla superficie di

raffreddamento e quindi normalmente verticali: si formano in questo modo delle vere e proprie colonne a contorno

poligonale (fig.82). Il fatto che le colonne si sviluppino progressivamente verso l'interno può comportare lo sviluppo di

fessurazioni complementari ad andamento suborizzontale. Le colonne possono avere spessore di decine di metri, in funzione

dello spessore originario della massa e della storia del raffreddamento, e diametro di pochi decimetri. Le colonne non

sempre sono verticali (quando lo sono vengono anche chiamate "canne d'organo") ma possono mostrare andamenti assai

variabili. La direzione delle fessurazioni è controllata dall'orientazione dei piani con uguale stress estensionale, che sono

perpendicolari alle isoterme, che a loro volta sono in genere parallele alle superfici esterne del corpo in raffreddamento.

Tuttavia questo parallelismo non è sempre mantenuto e si possono produrre colonne curve con forme complicate (fig.83). In

alcune colate è riconoscibile una fessurazione a tre strati, con un colonnato inferiore verticale, una "travatura" centrale

costituita da colonne variamente curvate e un livello superiore che può essere colonnare, privo di colonne o scoriaceo.

43

Questa struttura può essere il risultato di un raffreddamento differenziale, con la parte centrale capace di deformarsi

plasticamente più a lungo delle parti marginali. Fig. 79 – A: Fotografia aerea mostrante la vistosissima

tettonica distensiva ad a direzione NO-SE che interessa i

basalti fissurali della Serie Stratoide dell’Afar (Afar Centrale,

Etiopia). B: Scarpata di una faglia che taglia le colate

basaltiche della Serie Stratoide dell’Afar (regione di Gawwah,

Afar Orientale). In Varet J., Geology of Central and Southern

Afar, 1978, Editions du centre National de la Recherche

Scientifique, Paris.

Fig.80 – Basalti del plateau del Deccan (India). La fisiografia regionale dei “Deccan Trap” è carattedrizzata da rilievi a tetto piatto,

creste e larghe vallate, le cui forme sono dalle colate laviche a giacitura suborizzontale.Le morfologie dei plateux sono tipiche dieffetti di

denudazionee erosione piuttosto che di deformazione. Trap è una parola svedese che indica terrazze a fondo piatto o gradino. Foto tratte

dal sito: http://daac.gsfc.nasa.go

Fig.81 – La cittadina di Kohaibah nella valle dell’uadi Hadramaout che incide i rilievi del plteau dello Yemen,

formatosi negli stadi embrionali del processo geodinamico che ha portato alla separazione dell’Arabia dall’Africa.

Foto tratta dal sito:http://perso.wanadoo.fr 44


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1.04 MB

AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

Materiale didattico per il corso di Fondamenti di Scienze della Terra a cura del Prof. Roberto Santacroce, all'interno del quale sono affrontati i seguenti argomenti: le eruzioni vulcaniche effusive; le colate basiche subaereree e subacquee; i “duomi di lava”; i “Trappi” del Deccan e i “Trappi” della Cina.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze e tecnologie per l'ambiente (Facoltà di Agraria, di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali)
SSD:
Università: Pisa - Unipi
A.A.: 2009-2010

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fondamenti di scienze della terra e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Pisa - Unipi o del prof Santacroce Roberto.

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