Vulcanologia e Sismica | Appunti di Scienze della Terra

SCIENZE DELLA TERRA

Il nostro pianeta è geologicamente attivo, sottoposto cioè all’azione di forze endogene, da cui

dipendono fenomeni quali le eruzioni vulcaniche e i terremoti.

I FENOMENI VULCANICI

Attività magmatica

Il magma può solidificare in profondità (attività intrusiva) dando origine ai plutoni (differiscono per

forma e dimensioni, sono sempre circondati da rocce incassanti), oppure risalire fino a raggiungere

la superficie (attività effusiva), dando origine ai fenomeni vulcanici collegati con la fuoriuscita di

lave, gas e materiali solidi (materiali piroclastici).

La genesi dei magmi

La formazione del magma avviene in seguito a processi di fusione parziale di parti limitate della

crosta o del mantello, per effetto di una variazione locale delle condizioni fisiche:

Aumento di temperatura

Riduzione della pressione

Aumento del contenuto d’acqua

Fondono per primi i minerali che hanno temperatura di fusione più elevata e si formano gocce di

fluido. Le gocce fuse (diapiri magmatici) sono meno dense delle rocce che le circondano, perciò si

muovono e si aggregano formando una massa unica di magma (fuso magmatico) che risale verso

la superficie, insinuandosi nelle zone in cui la pressione litostatica è minore.

Il comportamento dei magmi

In base al tenore di silice, i magmi possono essere sialici, femici o intermedi. Le proprietà più

importanti del magma sono la viscosità (resistenza allo scorrimento), il contenuto di acqua e di

gas. La viscosità dipende principalmente dal tenore di silice: i magmi sialici sono più viscosi di quelli

femici. Anche il contenuto di acqua (in genere maggiore nei magmi sialici) influenza la viscosità dei

magmi, perché riduce la temperatura di fusione dei silicati, mentre i gas ne influenzano la mobilità.

I vulcani

Il vulcano è una spaccatura della superficie terrestre da cui fuoriescono lave, gas e piroclasti.

Si parla di eruzioni lineari (vulcani ad attività lineare) quando il magma fuoriesce da fratture della

crosta allungate e strette e la lava si espande formando ricoprimenti (plateau) di migliaia di

kilometri quadrati.

Si parla di eruzioni centrali (vulcani ad attività centrale) quando i materiali vengono eruttati da un

cratere intorno a cui si accresce un edificio vulcanico, detto cono.

Nella camera magmatica, il magma, proveniente da regioni più profonde, si accumula e ristagna:

alcuni componenti cominciano a cristallizzare, mentre gas e vapori, a causa della diminuzione della

temperatura e della pressione esterna, tendono a separarsi dal fluido e si raccolgono nella zona

superiore. L’eruzione vulcanica si verifica quando nella camera magmatica si crea una pressione

che supera la pressione litostatica.

Il meccanismo eruttivo può essere effusivo o esplosivo, ed è condizionato dalla viscosità del

magma e dalla percentuale di gas (motori delle eruzioni).

In genere, il magma femico, più caldo e fluido, scorre liberamente all’interno del condotto

vulcanico. Le eruzioni effusive sono caratterizzate da piccole esplosioni, la lava fuoriesce senza

ostacoli e scorre senza difficoltà lungo i fianchi dell’edificio vulcanico.

Il magma sialico, meno caldo e più viscoso, tende a solidificare all’interno del condotto vulcanico

ostruendo i condotti di fuoriuscita della lava, e impedendo ai gas di liberarsi. Quando la pressione

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SCIENZE DELLA TERRA

Il nostro pianeta è geologicamente attivo, sottoposto cioè all’azione di forze endogene, da cui dipendono fenomeni quali le eruzioni vulcaniche e i terremoti. I FENOMENI VULCANICI Attività magmatica Il magma può solidificare in profondità (attività intrusiva) dando origine ai plutoni (differiscono per forma e dimensioni, sono sempre circondati da rocce incassanti), oppure risalire fino a raggiungere la superficie (attività effusiva), dando origine ai fenomeni vulcanici collegati con la fuoriuscita di lave, gas e materiali solidi (materiali piroclastici). La genesi dei magmi La formazione del magma avviene in seguito a processi di fusione parziale di parti limitate della crosta o del mantello, per effetto di una variazione locale delle condizioni fisiche:  Aumento di temperatura  Riduzione della pressione  Aumento del contenuto d’acqua Fondono per primi i minerali che hanno temperatura di fusione più elevata e si formano gocce di fluido. Le gocce fuse (diapiri magmatici) sono meno dense delle rocce che le circondano, perciò si muovono e si aggregano formando una massa unica di magma (fuso magmatico) che risale verso la superficie, insinuandosi nelle zone in cui la pressione litostatica è minore. Il comportamento dei magmi In base al tenore di silice, i magmi possono essere sialici, femici o intermedi. Le proprietà più importanti del magma sono la viscosità (resistenza allo scorrimento), il contenuto di acqua e di gas. La viscosità dipende principalmente dal tenore di silice: i magmi sialici sono più viscosi di quelli femici. Anche il contenuto di acqua (in genere maggiore nei magmi sialici) influenza la viscosità dei magmi, perché riduce la temperatura di fusione dei silicati, mentre i gas ne influenzano la mobilità. I vulcani Il vulcano è una spaccatura della superficie terrestre da cui fuoriescono lave, gas e piroclasti. Si parla di eruzioni lineari (vulcani ad attività lineare) quando il magma fuoriesce da fratture della crosta allungate e strette e la lava si espande formando ricoprimenti (plateau) di migliaia di kilometri quadrati. Si parla di eruzioni centrali (vulcani ad attività centrale) quando i materiali vengono eruttati da un cratere intorno a cui si accresce un edificio vulcanico, detto cono. Nella camera magmatica, il magma, proveniente da regioni più profonde, si accumula e ristagna: alcuni componenti cominciano a cristallizzare, mentre gas e vapori, a causa della diminuzione della temperatura e della pressione esterna, tendono a separarsi dal fluido e si raccolgono nella zona superiore. L’eruzione vulcanica si verifica quando nella camera magmatica si crea una pressione che supera la pressione litostatica. Il meccanismo eruttivo può essere effusivo o esplosivo, ed è condizionato dalla viscosità del magma e dalla percentuale di gas (motori delle eruzioni). In genere, il magma femico, più caldo e fluido, scorre liberamente all’interno del condotto vulcanico. Le eruzioni effusive sono caratterizzate da piccole esplosioni, la lava fuoriesce senza ostacoli e scorre senza difficoltà lungo i fianchi dell’edificio vulcanico. Il magma sialico, meno caldo e più viscoso, tende a solidificare all’interno del condotto vulcanico ostruendo i condotti di fuoriuscita della lava, e impedendo ai gas di liberarsi. Quando la pressione

dei gas vince il peso dei materiali soprastanti, si verifica un’esplosione (attività esplosiva). Durante questo tipo eruzioni vengono eiettati soprattutto materiali piroclastici (polveri, ceneri, lapilli e bombe) e disperse quantità significative di gas. Questi materiali si depositano secondo tre meccanismi principali:  La caduta gravitativa.  Le colate piroclastiche sono flussi velocissimi di materiali solidi mescolati a fluidi. (ex. Nubi ardenti, formate da polveri, ceneri e lapilli tenuti in sospensione da gas. I depositi prodotti da questi si cementano facilmente, originando le ignimbriti, vaste coltri di rocce piroclastiche sialiche; Lahar, flussi di fango che si formano quando i materiali piroclastici entrano a contatto con l’acqua)  Le onde basali, colate di materiali piroclastici a bassa densità (più gas e meno piroclasti). Si formano quando il magma si mescola con grandi quantità di acqua che si infiltrano nel condotto vulcanico (esplosioni freato-magmatiche). A contatto con il magma l’acqua si trasforma in vapore, che genera una pressione elevatissima, causando un’onda esplosiva che si espande ad anello intorno a un getto verticale di gas e piroclasti (base-surge). Le eruzioni avvengono con modalità diverse e prendono il nome del vulcano di cui sono tipiche. In base alle caratteristiche dell’edificio vulcanico i vulcani ad ‘attività centrale possono essere a scudo, stratovulcani, coni di scorie. Le manifestazioni conclusive dell’attività di un vulcano danno luogo a fenomeni di vulcanesimo secondario, che comprendono la liberazione dei gas o il riscaldamento delle acque del sottosuolo, con conseguente emissione di gas e vapor d’acqua (fumarole, soffioni boraciferi, geyser) I vulcani attivi sono geograficamente localizzati in lunghe e strette fasce della superficie terrestre, corrispondenti alle dorsali oceaniche, agli archi di isole e ad alcuni margini continentali, alle fosse tettoniche, ai rilievi di recente formazione che si estendono dall’Europa all’Asia. I FENOMENI SISMICI I terremoti sono vibrazioni naturali del suolo, rapide e violente, provocate dalla liberazione repentina di energia meccanica all’interno della litosfera sotto forma di onde elastiche, percepite in superficie come scosse sismiche. L’ipocentro del terremoto è il luogo in profondità nel quale viene rilasciata improvvisamente energia e da cui partono le vibrazioni elastiche che si propagano come onde sferiche (onde sismiche) in tutte le direzioni. Il punto della superficie terrestre raggiunto per primo dalle onde sismiche, poiché situato sulla perpendicolare dell’ipocentro, è l’epicentro. I terremoti vengono classificati in base alle cause che li originano:  Terremoti vulcanici  Terremoti da crollo  Terremoti da esplosione (artificiali)  Terremoti tettonici I terremoti tettonici sono ricorrenti in aree particolari, dette aree sismiche, che coincidono con buona approssimazione con quelle vulcaniche. L’origine dei terremoti tettonici viene normalmente spiegata mediante la teoria del rimbalzo elastico. Secondo tale teoria, quando i materiali della litosfera sono sottoposti a sforzi, dapprima si deformano elasticamente, fino a raggiungere il limite di rottura, poi si spaccano, liberando repentinamente l’energia accumulata sotto forma di calore e vibrazioni. Nel luogo in cui avviene la frattura si forma una faglia, lungo la quale due blocchi rocciosi si muovono in senso opposto e subiscono spostamenti verticali, orizzontali e obliqui. Il rimbalzo elastico delle rocce prossime

Lo studio della struttura interna della Terra può avvenire soltanto attraverso metodi indiretti che si basano principalmente sull’analisi dei dati forniti dalla sismologia e dallo studio di caratteristiche fisiche, come densità, flusso di calore e magnetismo terrestre. La Terra non ha densità uniforme Un primo dato da considerare con attenzione è la densità media della Terra, il cui valore è circa 5, g/cm3. Dati i valori delle rocce accessibili campionate di gran lunga inferiori al valore medio, si deve supporre che all’interno della Terra ci siano materiali molto più densi dei silicati che compongono la crosta, come i metalli. Tale ipotesi è avvalorata dallo studio di meteoriti provenienti dallo spazio, in cui è presente un’elevata percentuale di metallo e ciò significa che questi elementi metallici erano abbondanti nella regione del Sistema Solare i cui si è formata la Terra. Si pensa quindi che la composizione terrestre non sia omogenea e che sia costituita da tre involucri:  La crosta, costituita principalmente da silicati;  Il mantello , formato da silicati ultrafemici e ossidi metallici;  Il nucleo, composto prevalentemente da metalli. Una zonazione di questo tipo potrebbe derivare da una sorta di decantazione dei materiali che, quando il pianeta non era ancora solido, si sarebbero separati secondo la densità. Lo studio delle onde sismiche La propagazione delle onde sismiche P ed S all’interno della Terra:  Se viene attraversato un mezzo omogeneo per caratteristiche fisico-chimiche, le onde sismiche procedono in linea retta e a velocità costante;  Se, invece, passano da un mezzo all’altro con proprietà fisico-chimiche e composizione differenti, modificano velocità e direzione di propagazione. La velocità dipende principalmente dalle proprietà elastiche dei materiali attraversati e dalla loro intensità; la direzione di propagazione cambia passando da uno strato all’altro. La superficie che separa due mezzi nei quali le onde sismiche si propagano con direzione e velocitò differente è detta superficie di discontinuità, Le superfici di discontinuità  La discontinuità di Mohorovičić , o Moho , separa la crosta dal sottostante mantello. Lungo questa superficie le onde accelerano bruscamente; ciò significa che i materiali al di sotto di tale discontinuità sono solidi (altrimenti le onde S non si propagherebbero), come i materiali della crosta ma hanno rigidità e densità differenti. Probabilmente, questa diversa velocità delle onde sismiche è da imputare a una differente composizione delle rocce del mantello rispetto a quelle della crosta: esso è composto da peridotiti, rocce magmatiche intrusive ultrafemiche, più rigide e dense delle rocce della crosta. Ha un andamento sinuoso, quasi speculare dei rilievi superficiali. Sotto la crosta oceanica la profondità media della Moho è di 4-10 km, mentre sotto i continenti è di 20-70 km.  La discontinuità di Gutenberg è la superficie di separazione tra il mantello e il nucleo, si trova a una profondità di 2900km, ed è una superficie sferica. In corrispondenza di questa superficie, la velocità delle onde P diminuisce sensibilmente, mentre le onde S vengono fermate. Si ipotizza che il nucleo, nella sua parte più esterna, sia costituito da materiali allo stato fuso che avrebbero una composizione differente da quelli del mantello.  Tra le superfici di discontinuità minori, la discontinuità di Lehman , localizzata a 5170 km di profondità, che indica il passaggio dal nucleo esterno al nucleo interno. Le onde P in parte

vengono riflesse e in parte rifratte, subendo una brusca accelerazione di velocità, dovuta al passaggio da un mezzo fuso a un mezzo più elastico e denso, probabilmente solido.

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