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La formazione dei vulcani e dei terremoti. Si spiega come il magma si forma all'interno del mantello e come risale fino alla superficie terrestre, formando i vulcani. Si descrivono le caratteristiche del magma e come influenzano la viscosità. Si parla anche delle diverse forme dei vulcani e dei tipi di eruzioni.
Tipologia: Appunti
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cap. 4 vulcani Il magma si forma all'interno del mantello dove si raggiungono temperature sufficientemente alte da determinare la fusione delle rocce. La fusione procede per parti: per primo si fondono i minerali a basso punto di fusione circa 750 gradi fino ad arrivare i minerali più resistenti alla fusione ovvero e più refrattari fusione solo a 1150 gradi e questo processo si chiama fusione parziale e fa sì che il magma non abbia la stessa composizione della roccia che lo ha originato. La fusione in profondità è influenzata anche dalla pressione ovvero una pressione molto forte, esercitata dal carico delle rocce sovrastanti; la pressione ostacola l'aumento di volume che comunemente si ha quando la materia passa allo stato fluido. La risalita del magma è un meccanismo a feedback positivo , cioè che si auto sostiene. Il magma che si è originato per fusione parziale forma una bolla più calda dentro il mantello. Essendo più caldo, il magma si espande, diminuisce di densità e di viscosità, ossia aumenta la sua fluidità. Poiché si trova circondato da rocce più fredde, più dense, il magma tende a risalire all'interno per la spinta idrostatica. Salendo, la pressione sopra il magma diminuisce (decompressione), il che facilita ulteriormente l'ascensione. Al diminuire della pressione verso la superficie il punto di fusione delle rocce si abbassa cioè possiamo trovare roccia allo stato fuso a temperature più basse di quelle alle quali normalmente solidificherebbero. Le caratteristiche che influenzano la viscosità del magma sono: il contenuto in silice e in componenti volatili. Il magma è fatto di silicati fusi ; il componente base è lo ione silicato di carica negativa e di forma tetraedrica. Il numero di tetraedri per unità di volume, cioè la concentrazione di silice, è direttamente proporzionale alla viscosità. Dunque i magmi ricchi in silice, detti anche acidi sono meno fluidi di quelli intermedi e ancor meno di quelli basici o femici e di quelli ultra basici o ultra femici. I componenti volatili del magma sono i gas, in particolare anidride carbonica, e l'acqua. Un magma può essere anidro o idrato. Nel primo caso la temperatura di fusione o solidificazione più alta nel secondo più bassa. Un magma acido può essere anche prodotto dalla fusione parziale di rocce superficiali o sedimenti della crosta continentale soggetti a elevate temperature e pressioni; si parla in questo caso di magma anatettico. L’ORIGINE DEI VULCANI La risalita del magma nel mantello continua nella crosta, finché esso non trova un equilibrio con le rocce circostanti: a questo punto il magma si arresta. Se la bolla di magma ha abbastanza spinta, arriva direttamente in superficie ed esce come lava con un processo detto eruzione vulcanica ; solidificando la lava forma un edificio vulcanico. I vulcani sono rilievi di diversa forma e struttura che derivano dalla fuoriuscita di magma da spaccature della crosta terrestre. Se, invece, il magma rimane in condizioni di equilibrio a una certa profondità e per un certo tempo, si forma la camera magmatica. Durante il raffreddamento di un fuso i minerali silicati ci cristallizzano in sequenza, durante la cristallizzazione frazionata nel magma si generano movimenti ciclici ascendenti e discendenti ovvero i moti convettivi. I minerali che si formano per primi tendono ad andare verso il basso perché più ricchi di elementi pesanti, il fuso meno denso si muove verso l'alto e si raffredda mentre i minerali leggeri ricchi silice rimangono frazionati nella zona intermedia. Man mano che procede la cristallizzazione la fluidità e la capacità di risalita del magma aumentano e nella parte superiore vengono frazionati anche i gas. A volte succede che i gas si concentrino, questo fa aumentare la pressione interna del fuso fino a vincere il peso delle rocce sovrastanti, che cominciano così a rompersi. Dopo un certo tempo si forma un varco centrale più largo, il cosiddetto camino vulcanico. L'accumulo di lava e di altri prodotti vulcanici forma il classico vulcano centrale alla cui sommità si apre il cratere , una profonda è ampia depressione circolare che si sviluppa sia durante l'eruzione sia al termine di questa. Se invece non c'è un camino centrale ma la lava erutta lungo spaccature profonde della crosta si formano dei vulcani lineari o fessurali come nel caso delle dorsali. L’ATTIVITA E LA FORMA DEI VULCANI Le eruzioni vulcaniche possono formare vulcani di forma diversa in base al tipo di attività e al modo in cui si accumulano i diversi tipi di materiali eruttati; entrambi i fattori dipendono dalla composizione del magma. L'attività effusiva è legata a magmi fluidi con poca silice e pochi gas disciolti, ed è caratterizzata da colate di lava. L'attività esplosiva è legata a magmi poco fluidi ricchi di silice e di gas che, uscendo dal condotto vulcanico con una grande pressione, causano un'esplosione con la quale la lava viene espulsa con violenza e si formano i prodotti piroclastici. Questi ultimi possono avere diverse dimensioni: da quelle della polvere e della sabbia (cenere), a quella della ghiaia (lapilli o scorie), o dei massi (blocchi o bombe) che vengono scagliati in aria dalle esplosioni. Le nubi di ceneri possono
raggiungere grandi altezze e disperdono parte del materiale eruttato nella stratosfera, da qui le ceneri ricadono a terra molto lentamente causando gravi problemi. un'altra parte delle ceneri rimane nella troposfera e ricade con le piogge. In base al tipo di attività e di prodotti eruttati, i vulcani assumono forma diversa: 1. Con l’attività effusiva si formano grandi vulcani a scudo , con base larga e fianchi poco inclinati. 2. con l'attività esplosiva si formano vulcani a cono con base stretta e fianchi molto inclinati la cui struttura mostra un alternarsi di strati piroclastici e colate laviche; per questo motivo sono detti anche stratovulcani. A volte la lava è così viscosa che fa fatica a uscire e forma una bolla semisolida alla sommità del cratere. chiamata duomo , che fa da tappo alle eruzioni successive. I TPI DI ERUZIONI E I LORO EFFETTI Le manifestazioni dell'attività vulcanica sono molto variabili e gli effetti della loro interazioni possono essere molto complessi. La classificazione usata dai vulcanologi si basa sul tipo di magma e sul grado di esplosività. Si determinano così diversi tipi di eruzioni che possono essere: 1. effusive quando domina l'attività effusiva e l'attività esplosiva è minima (magmi basici). 2. eruzioni miste quando si alternano le attività effusiva ed esplosiva (magmi intermedi). 3. eruzioni esplosive quando domina l'attività esplosiva (magmi acidi). I vari tipi di eruzioni prendono poi il nome dal vulcano più importante in cui si osservano. ● Le eruzioni di tipo hawaiano sono tipiche dei vulcani delle isole Hawaii punto e, caratterizzate da colate di lave basiche e fluide che scorrono velocemente estendendosi su ampie aree. L'isola più grande delle Hawaii comprende 4 vulcani a scudo punto e, le eruzioni mostrano fontane di lava e getti localizzati di materiali piroclastici, nonché laghi di lava temporanei che si svuotano a intermittenza, producendo torrenti di lava che scendono impetuosi formando argini e gallerie dette anche tunnel lavici. ● Le eruzioni di tipo Islandese sono eruzioni effusive caratterizzate da colate e fontane di lava basaltica e fluida prodotte da vulcani lineari come quelli islandesi. Questi vulcani si trovano allineati lungo il rift della dorsale Atlantica emersa e sono quindi alimentati direttamente dal magma basico proveniente dall' astenosfera sottostante. Questi tendono perciò a produrre eruzioni fessurali con colate che si estendono superficialmente per molti chilometri senza formare dei rilievi ma accumulandosi in spessi i corpi rocciosi tabulari chiamati piattaforme basaltiche o plateaux. Queste eruzioni risultano debolmente esplosive, con lanci di frammenti di Lava e rocce che si accumulano formando dei coni di ceneri. ● Le eruzioni di tipo stromboliano sono caratteristiche del vulcano Stromboli. Sono ancora eruzioni prevalentemente effusive ma presentano anche una debole attività esplosiva. La composizione della lava in questo caso è sempre basaltica ma con una componente silicea significativa, ciò fa si che la lava scenda dalla sommità del vulcano incollate più lente formando il tipico cono vulcanico alto e dai fianchi ripidi. ● Le eruzioni di tipo vulcanico sono eruzioni miste simili a quelli stromboliane ma con un'attività esplosiva superiore dovuto al tipo di lava eruttata ovvero lava andesitica : ha acidità intermedia ed è poco fluida perciò tende a formare grossi tappi nel camino vulcanico che rimane così ostruito più a lungo. Alla fase esplosiva segue solitamente una fase effusiva con colate di lava viscosa che si accumula in spessi strati; questi si sovrappongono gli strati di materiale piroclastico eruttato in precedenza se si forma così il tipico stratovulcano. ● Le eruzioni di tipo peleeano prendono il nome dal vulcano la pelée in Martinica e sono eruzioni altamente esplosive perché causate da lave silicee molto viscose e che tendono a solidificare nel cratere formando dei duomi vulcanici molto spessi che impediscono le fusione del magma. FENOMENI SECONDARI ASSOCIATI AL VULCANISMO Il vulcanismo produce anche effetti secondari rispetto alla formazione dei vulcani, che possono manifestarsi dopo l'attività eruttiva vera e propria e avere importanti interazioni con l'atmosfera, l'idrosfera e le attività antropiche: ● Le emissioni di gas velenosi , irritanti e dall'odore intenso come quelle sulfurei o anche inodori ma sempre pericolosi come l'anidride carbonica e il monossido di carbonio. ● altri tipi di emissioni che non rappresentano un rischio sono legate alla presenza di magma in raffreddamento nel sottosuolo fanno parte dell' attività idrotermale. Si tratta di acqua meteorica che penetra attraverso fratture nel sottosuolo e si scalda contatto con sacche di magma, con cui reagisce cambiando composizione e arricchendosi di sali minerali. Se l'acqua raggiunge la temperatura di ebollizione, risale per pressione attraverso le fessure delle rocce incassanti ed esce formando delle
● Il monte Etna : il più grande vulcano attivo d'Europa. Ha un'attività effusiva caratterizzata anche da moderata esplosioni e lanci di lapilli e scorie. è un vulcano a base ellittica e massima altitudine sul livello del mare di circa 3350 metri. L'Etna vanta anche un altro primato: possiede il più lungo periodo documentato di attività eruttiva del mondo. è noto per l'ampia gamma di stili eruttivi che presenta per la loro spettacolarità in particolar modo quando le eruzioni si verificano contemporaneamente dalla cima ed ai fianchi del vulcano. la struttura dell'Etna è quella di uno stratovulcano. L'Etna è anche un edificio composito derivato dalla sovrapposizione di almeno 5 vulcani che a partire da oltre mezzo milione di anni fa si sono succeduti spostandosi sempre più verso Ovest. Inoltre le norme Caldera della Valle del Bove testimone all'esplosione è il collasso del penultimo vulcano. un'altra caratteristica dell'Etna è la presenza di centinaia di Coni di scorie dovuti alle eruzioni avvenute lungo i suoi fianchi. ● L' isola Ferdinandea : sorse con un'esplosione di alle acque del canale di Sicilia nel 1831 per poi venire rapidamente degradata e sommersa. cap.5 terremoti I terremoti sono violenti movimenti del terreno dovuti ai movimenti della crosta terrestre che si verificano su scala molto grande. La causa dei terremoti e la presenza nel mantello dei moti convettivi legati al calore interno della terra e i quali esercitano delle forze sulle rocce della crosta, le fanno muovere ne cambiano l'orientazione. Le conseguenze dell'applicazione di queste forze dipendono dalla superficie di roccia su cui lo la forza agisce e vengono espresse in termini di sforzo. Lo sforzo é dato dal rapporto tra la forza e l'area della superficie su cui agisce: una forza applicata su una piccola superficie di roccia produrrà uno sforzo maggiore rispetto a una forza di uguale intensità applicata su una superficie più ampia, difatti nel primo caso viene vinta la resistenza della roccia e si ha una deformazione, nel caso opposto non si noterà nessun cambiamento. Le rocce possono avere un comportamento fragile o duttile : a pressioni e temperature elevate come quelle presenti all'interno della terra le rocce sono duttili, ovvero non si rompono ma cambiano solo forma. A pressioni e temperature basse le rocce sono fragili ovvero si rompono. Le rocce sono composte da minerali che a loro volta sono formati da atomi tenuti insieme da legami chimici; il comportamento fragile o duttile di una roccia dipende quindi da come tali legami reagiscono agli sforzi. In rocce fragili i legami chimici tra gli atomi si spezzano e la roccia si rompe ( deformazione elastica permanente ). In rocce a comportamento duttile al contrario alcuni legami si rompono ma se ne formano subito dei nuovi per cui la roccia non si rompe ma cambia forma ( deformazione plastica permanente ). L'azione delle forze tettoniche su rocce fragili genera strutture chiamate faglie : la faglia è una frattura della crosta terrestre lungo la quale si verifica lo spostamento reciproco dei due blocchi rocciosi fratturati. Secondo la teoria del rimbalzo elastico , sotto l'effetto costante delle forze originate dai movimenti crostali le rocce subiscono una deformazione sempre più grande e accumulano energia elastica. Quando lo sforzo dovuto alla deformazione supera il limite di rottura le rocce si fratturano e rilasciano istantaneamente tutta l'energia elastica accumulata. La frattura si propaga lungo il piano di faglia producendo lo scorrimento repentino di un blocco della faglia rispetto all'altro. Il movimento, una volta iniziato, è regolato poi dall' attrito. Quando questo supera lo sforzo che l'ha originato il movimento cessa e la faglia diventa quiescente. Durante queste pause di attività della faglia lo sforzo non cessa anzi continua ad accumulare energia deformando le rocce fino a vincere nuovamente l'attrito e a superare il limite di rottura. A questo punto l'energia elastica accumulata dalle rocce si libera istantaneamente producendo una vibrazione che origina il terremoto. La vibrazione viene trasmessa alle rocce vicine e si propaga finché non si esaurisce l'energia di moto e il terremoto cessa. Questo meccanismo si ripete ciclicamente e viene detto ciclo sismico. Poco prima di un violento terremoto si possono avere terremoti minori detti scosse preliminari ( foreshocks) , invece i terremoti minori che seguono quello principale sono detti scosse di assestamento ( aftershocks ). Il punto di origine del terremoto in profondità nella crosta è detto ipocentro o fuoco. Le onde sismiche sono onde di volume che si propagano all'interno della terra in tutte le direzioni secondo fronti d'onda sferici a partire dall' ipocentro. Quando le onde di volume arrivano in superficie parte della loro energia genera un secondo tipo di onde sismiche, le onde superficiali e si propagano solo sulla superficie terrestre. Il punto in cui inizia la propagazione del terremoto in superficie é detto epicentro e questo si trova direttamente sopra all’ipocentro e corrisponde alla località geografica da cui il terremoto si propaga in superficie. LE ONDE SISMICHE
Le onde sismiche di volume si distinguono in base al tipo di deformazione prodotta nelle rocce del sottosuolo: ● Le onde longitudinali (onde P) sono dette anche onde di compressione; sono dovute a un'alternanza di compressione e dilatazione che la roccia subisce lungo la direzione di propagazione dell'onda, le rocce non si deformano semplicemente modificano il proprio volume. ● Le onde trasversali (onde S) sono dette anche onde di taglio perché lo sforzo produce nelle rocce delle deformazioni perpendicolari alla direzione di propagazione dell'onda, in questo caso le rocce oscillano attorno alla proprio posizione di riposo cambiando forma ma non volume. Oltre alla velocità, le onde p e le onde S si distinguono anche per la modalità di propagazione: mentre le onde P possono propagarsi sia nei solidi che nei liquidi , le onde S possono farlo solo nei solidi. Quando le onde sismiche raggiungono la superficie si generano le onde superficiali che si propagano sulla superficie terrestre lungo fronti sferici a partire dall'epicentro queste onde possono far muovere il terreno in un piano verticale ( onde R o di Rayleigh ) o farlo oscillare orizzontalmente ( onde L o di Love ) perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda. I movimenti verticali orizzontali del suolo prodotti da un terremoto vengono registrati dai sismografi : nei sismografi a movimento verticale un peso è collegato un supporto tramite una molla in modo tale che solo il supporto sia ancorato rigidamente al suolo e si muova connesso durante il terremoto a causa della propria inerzia e dell'elasticità della molla il peso rimane fermo il punto; in questo modo il peso e il terreno si muovono uno rispetto all'altro. Nei sismografi a movimento orizzontale il peso è tenuto fisso al supporto da un'asticella di metallo rigida che lo vincola a muoversi solo avanti e indietro. Il risultato delle registrazioni di dei sismografi sono dei tracciati che misurano le onde sismiche chiamati sismogrammi : durante un terremoto le prime onde ad essere registrate sono le onde longitudinali, ovvero le onde P, successivamente arrivano le onde trasversali, ovvero le onde s e per ultime arrivano le onde l, ovvero quelle superficiali. LA MISURA DEI TERREMOTI È importante localizzare l'epicentro e definire le dimensioni l'intensità di un terremoto per far ciò si interpretano i sismogrammi. Oltre alla velocità di propagazione le onde sismiche possiedono altre caratteristiche: l' ampiezza , il periodo e la frequenza. Nei sismogrammi si distinguono in ordine cronologico di arrivo tra tre gruppi di onde attribuibili alle onde p, s, l: il primo segnale sismico vero e proprio è rappresentato dall'arrivo delle onde P, detta fase P. Il segnale successivo detto fase S è dato dalle onde S, di ampiezza più grande e frequenza più bassa rispetto alle onde P. L'ultimo segnale sismico ovvero fase L è dato dall' arrivo delle onde l che viaggiano a velocità ancora inferiori. La coda del sisma rappresenta l'ultima fase del sismogramma. Dalla lettura dei sismogrammi si può dedurre la distanza dall'epicentro del sisma: per farlo si calcola la differenza di tempo di arrivo delle onde P rispetto a quello delle onde S. Conoscendo la velocità di propagazione dei due tipi di onde per la zona in esame, per localizzare l'epicentro però non basta un unico sismografo in quanto non si saprebbe in che direzione posizionare il punto ricavato. Il problema si risolve utilizzando tre sismografi posti in località diverse e applicando il metodo della triangolazione il quale permette di ricavare geometricamente l'epicentro. Per misurare le dimensioni dei terremoti in termini di potenza si usano soprattutto due tipi di scale di misura: ● Scala di intensità di Mercalli : è stata la prima scala usata per stabilire l'intensità di un terremoto sulla base dei danni causati a cose e persone. E’ una scala essenzialmente descrittiva e qualitativa anche se attribuisce all'intensità del terremoto un valore numerico simboleggiato da numeri romani che vanno da 1 a 11. La scala Mercalli è stata modificata e ampliata nel tempo a causa dei continui cambiamenti nelle tecniche edilizie e dell'incremento del numero di terremoti studiati che ha portato numerose nuove tipologie di danni osservati. Essa è infatti influenzata dalla vulnerabilità degli edifici e dalle opere insediati nel territorio colpito. Nonostante questi limiti i gradi della scala Mercalli permettono ai sismologi di tracciare delle linee di uguale intensità chiamate isosisme intorno all'epicentro di un terremoto. Si possono così costruire delle carte regionali di variazione dell'intensità che permettono di prevedere i danni di un terremoto in una certa zona e mettere in atto le dovute misure preventive. ● Scala di magnitudo di Richter : è ad oggi la scala più nota in quanto è la più usata dagli organi di informazione per descrivere un terremoto. Si tratta di una scala quantitativa che effettivamente quantifica la potenza dei terremoti con valori numerici. Richter chiamò la grandezza di un terremoto magnitudo ovvero il rapporto tra l'ampiezza del massimo movimento del suolo registrata per un dato terremoto e quella di un terremoto standard registrato da un sismografo standard posto a una distanza di
antisismica italiana è prevista una zonazione nazionale per cui ogni comune è classificato in base al rischio sismico massimo previsto. La legge prevede anche una microzonazione che fotografi le disomogeneità delle formazioni rocciose, della qualità degli edifici a scala locale. In Italia si stima che circa il 70% degli edifici non sia adatta a reggere un terremoto per il rischio massimo previsto nel comune in cui si trova. Il rischio sismico dunque non si può evitare ma si può ridurre o prevenire: ● La prevenzione : costruzione delle opere in modo che resistono a scosse di magnitudo elevata. Educazione dei cittadini nelle scuole negli ambienti di lavoro riguardante sia i comportamenti più sicuri da tenere in caso di una scossa, sia la conoscenza del rischio sismico della propria area geografica. Mappatura delle zone a diverso grado di rischio. A livello geologico si cerca soprattutto di individuare le faglie attive. A livello storico si cercano poi indizi di attività sismica passata nella documentazione storiografica; e il catalogo storico dei terremoti italiani per esempio copre gli ultimi 2000 anni. ● La previsione dei terremoti è il metodo meno affidabile per la prevenzione del rischio ma può comunque essere utile. Per esempio si possono utilizzare i così detti fenomeni precursori come leggeri spostamenti e inclinazione del terreno, cambiamenti nelle proprietà elettriche e magnetiche delle rocce o nel contenuto in gas radioattivi nelle acque delle sorgenti.