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σ dv/dz Fig.29 - I diversi possibili comportamenti in un diagramma che

illustra la velocità acquisita da un fluido viscoso in relazione

alla forza ad esso applicata σ (in ordinate). OA = fluido

newtoniano a bassa viscosità; OB = fluido newtoniano ad alta

Fig. 29 bis - Fluidi dilatanti (d), newtoniani (n) e viscosità; OCD= fluido di Bingham con soglia di snervamento

pseudoplastici (p) in un diagramma forza applicata vs di valore OC; OEF = fluido pseudoplastico

velocità acquisita .

Fig.30 - Composizione delle forze nella viscosità cinematica

Le unità di misura della viscosità sono il e il (Pa s = 10 poise).

Poise Pascal secondo 2

1 poise è la viscosità di un liquido tale che, applicando una forza di 1 kg ad una piastra della superficie di 1m , essa si

muove alla velocità uniforme di 1 m/s alla distanza di 1 m dal fondo.

- Nello studiare il movimento dei fluidi deve essere considerata la loro densità. Ne risulta la

La viscosità cinematica

nozione di viscosità cinematica definita dalla relazione

viscosità cinematica = viscosità reale/densità

Questo tipo di viscosità è particolarmente importante quando la forza applicata ad un fluido è prevalentemente quella

legata alla gravità, ciò che è il caso più frequente nel processo vulcanico. Se due fluidi hanno la stessa viscosità e

fluiscono lungo lo stesso pendio, un flusso più veloce caratterizzerà il fluido più denso. Essendo la gravità la fonte del

movimento, la forza innescante il movimento medesimo sarà la componente del peso lungo il pendio

σ=m g tgα = z ρ g tgα

dove = massa del fluido, = accelerazione di gravità, = spessore del fluido, = densità del fluido, angolo di

m g z ρ  α=

pendio

Fattori che influenzano la viscosità

1. Composizione chimica 4

Più alto è il contenuto in silice, più alta è la viscosità

Lo stato strutturale dei fusi silicatici dà ragione del ruolo del silicio nell'aumentare la viscosità del fuso, nonchè del

ruolo degli ioni a debole carica nel diminuirla.

2. Temperatura Più alta è la temperatura, più bassa è la viscosità

La variabilità della temperatura delle diverse composizioni magmatiche reali è modesta, essendo in genere il campo

delle temperature abbastanza tipico di ogni composizione. I magmi hanno infatti scarsa capacità di fluire a temperature

significativamente inferiori alle loro temperature di totale fusione (detta anche temperatura di liquidus), e, d'altra parte,

è molto difficile che in natura si formino magmi soprariscaldati.

3. Contenuto in elementi volatili

Quando i volatili sono disciolti nel magma essi tendono ad abbassarne la viscosità. All'interno del fuso essi sono infatti

- - - 3-

generalmente presenti come anioni monovalenti (F , Cl , OH , HCO , ecc.) che, sostituendo l'ossigeno ai vertici dei

tetraedri, impediscono la connessione tra tetraedri, interrompendo la catena [- O - Si - O - Si – OH]. Diverso è il

discorso quando le condizioni del sistema inducono la liberazione dei gas che formano bolle che tendono ad

abbandonare il magma. Il sistema è allora bifase (gas+liquido) e la parte liquida, impoverita in volatili, sarà più viscosa

del sistema omogeneo (monofase liquido) di partenza; ma la miscela (liquido + bolle), di fatto una schiuma, nel suo

complesso avrà viscosità inferiore a quella del monofase liquido.

Fig.31- La notevole variabilità della viscosità dei magmi è valutabile attraverso le forme della lava raffreddata. A sin: lava basaltica a

bassa viscosità, Hawaii 1987; a destra: lava riolitica ad alta voiscosità, Lipari

Fig.32 - Lava ad altissima viscosità che costituisce la “spina” del vulcano st Helens (USA), 1980 (formatasi nel dicembre, collassò nel giro

di due settimane.Tratta dal sito: http://volcano.und.nodak.edu/vwdocs/msh/ov/ova/ovaldfls.html

4. Contenuto in particelle solide

Le particelle solide presenti nei fusi silicatici possono essere costituite da cristalli o da xenoliti. La loro presenza

aumenta la viscosità del magma semplicemente a causa degli effetti di frizione. Conseguenza di ciò è anche l'aumento

marcato della soglia di snervamento nei fusi silicatici quando il liquido comincia a cristallizzare. 5

Fig.34 - variazione della viscosità dei fusi magmatici in

funzione del contenuto in acqua disciolta. La temperatura

Fig.33- variazione della viscosità dei fusi magmatici in è costante per ogni composizione. La pressione è 1 bar

funzione della temperatura alla pressione di 1 bar. Tutte le

composizioni sono prive di volatili

5. Pressione di carico

I dati disponibili sono scarsi e, nel complesso, ancora poco attendibili. Come regola generale

la viscosità diminuisce all'aumentare della pressione in fusi poveri di silice mentre aumenta con la pressione in fusi

ricchi di silice. Fig.35 - Effetti (calcolati) dell'aumento del contenuto in acqua sulla

viscositàdi magmi riolitici e basaltici a varie temperature

La solubilità dei componenti volatili

Una delle caratteristiche più tipiche dell'attività vulcanica è la liberazione, qualche volta tranquilla, qualche

altra violentissima, dei gas contenuti nel magma. Nel corso della sua risalita verso la superficie il magma, contenente

volatili disciolti (l’"ipomagma" di Rittmann, 1967), raggiunge ad un certo momento, per decompressione, la

sovrasaturazione in tali componenti. Essi si liberano e tendono ad abbandonare il sistema che ora è costituito da un fuso

silicatico, particelle solide e gas in svolgimento ("piromagma"). Le diverse modalità di formazione del piromagma

condizionano le differenti tipologie di eruzione vulcanica. I dati esistenti indicano comunque che la componente di gran

lunga prevalente tra le specie volatili disciolte nel magma è l'H O, cui si associano quantità, talora rilevanti di CO ,

2 2

mentre minore abbondanza presentano HCl, HF, H S, SO , SO , S, gas rari, N , NH .

2 2 3 2 3

La solubilità dei gas nei fusi silicatici varia con la pressione, la temperatura, la composizione del fuso e la

composizione del gas.

In linea di principio, nei magmi silicatici, la solubilità di ogni componente volatile

- aumenta all'aumentare della pressione

- diminuisce all'aumentare della temperatura

- diminuisce all'aumentare della quantità degli altri volatili

- varia di poco, a T costante, al variare della composizione del fuso 6


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AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze geologiche
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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