I Vulcani: Distribuzione Globale e Processi Geologici

Vulcani

Foto di Vincenzo Greco, guida vulcanologicaEUSGS https://ingvvulcani.com/ https://www.usgs.gov/programs/VHP/about-volcanoes

Sommario

• Concetti chiave · Vulcani come geosistemi
• Lave ed altri depositi
• La distribuzione globale del vulcanismo
• Tipi di eruzione e forme
• Interazione vulcani/altri geosistemi
• I vulcani e l'uomo (rischio e risorse)

Strato- sphere Gas input into the atmosphere Tropo- sphere Eruption Stagnation and differentiation Crust Moho Magma underplating Detachment and rise Mantle

• I vulcani come manifestazione superficiale di un complesso sistema magmatico
• Magma -> al di sotto della superficie (fuso) VS
• Lava -> magma eruttato
• Eruzioni: risultato finale di un processo multi-stadiale: v risalita dei magmi dal mantello V stazionamento in camere magmatiche v risalita dei magmi nella crosta (dicchi) Partial melting V fuoriuscita

Concetti chiave

• Magma -> sostanza naturale multifase e multicomponente (elemento complesso) -> sarà complessa anche la sua reologia (comportamento sotto sforzi)
• Dentro la/e camera/e magmatica/he avvengono i processi di differenziazione del magma durante la fase di raffreddamento (cristallizzazione frazionata processo per il quale i cristalli formati per raffreddamento dal magma vengono separati seguendo una sequenza nota come serie di Bowen)

Temperatura Composizione del magma ~600 ℃ Fase tardiva: cristallizzazione a basse temperature 1 Mentre il magma si raffredda, l'olivina e altri minerali cristallizzano secondo una serie ordinata. Ortoclasio Muscovite 2 Nello stesso tempo, cristallizzano i plagioclasi in un'altra serie ordinata, passando da una composizione ricca in calcio a una ricca in sodio. Sialica, riolitica (alto conte- nuto in silice) Biotite Ricchi in sodio Anfiboli Plagioclasi 3 Man mano che i minerali si decantano, la composizione del magma residuo cambia da ultrafemica ad andesitica. Intermedia, andesitica Pirosseni Femica, basaltica Fase precoce: cristallizzazione a elevate temperature ~1200 ℃ Olivina Cristallizzazione simultanea Ricchi in calcio Ultrafemica (basso conte- nuto in silice) 1200 ℃ 900 ℃ 600 ℃ Olivina Pirosseni Plagioclasi Plagioclasi PIÙ LENTO Grotzinger, Jordan, CAPIRE LA TERRA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright @ 2016 Aumento del contenuto in silice Temperatura decrescente Quarzo(Pistone et al., 2016) Magma Ascent Melt Bubble Solid Crystal 0. * Solido (frammenti di roccia - residuo di processi di fusione o xenoliti; cristalli - incipiente cristallizzazione) Bolle di gas * fuso ... magma ... Sostanza naturale completamente o parzialmente fusa ... è un sistema chimico-fisico complesso di tipo: v multi-componente (costituito da più di una specie chimica) v multifase (contenente materiali in stato fisico differente) Slide Prof. F. Lucchi

Concetti chiave sulla composizione del magma

• Magma ha temperature elevate che variano in relazione alla composizione (contenuto in SiO2)

Rhyolite Dacite Andesite Basalt Granite Granodiorite Diorite Gabbro Peridotite 100 Fine Percentage of mineral by volume Orthoclase feldspar Quartz (Sodium-rich) (Calcium-rich) Coarse Pyroxene Muscovite Biotite Olivine Amphibole 0 60 50 40 70 SIALICHE FELSIC Silica content, weight percent INTERMEDIATE MAFIC ULTRAFEMICHE ULTRAMAFIC % SiO2 T Fig da Grotzinger, Jordan, CAPIRE LA TERRA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright @ 2016 Grain size Plagioclase feldspar EXTRUSIVE INTRUSIVE

La litosfera e la risalita dei magmi

Brittle Lithosphere La litosfera (rigida e fragile) agisce come una barriera meccanica per la risalita dei magmi - si può aprire la strada verso la superficie fratturando Plastic Lithosphere DIAPIRISMO Il magma risale per galleggiamento Asthenosphere! Modello matematico della instabilità alla interfaccia orizzontale tra fluidi a densità differente (http://math.lanl.gov)

Corpi magmatici intrusivi

neck colata lavica vulcano dicco laccolite dicco sill stock lopolite Batolite Gran parte dei magmi solidifica e cristallizza in profondità -> corpi magmatici intrusivi (plutoni). . .varie tipologie di corpi ignei a seconda del rapporto con la roccia incassante

Le camere magmatiche

Hydrothermal system Brittle plastic transition Dikes Upper crustal magma chamber Upper crust Magma conduit ~20 km Lower crustal magma chamber Lower crust ~30 km Moho Upper mantle Magma pods Le camere magmatiche "Aree di temporaneo stazionamento ed accumulo dei magmi prima che vengano eruttati" Possono formarsi a diverse profondità alla base o all'interno della crosta

Livelli di stazionamento dei magmi

Hydrothermal system Brittle plastic transition Dikes Upper crustal magma chamber Upper crust Magma conduit ~20 km Lower crustal magma chamber Lower crust ~30 km Moho Upper mantle Magma pods Le camere magmatiche I magmi possono occupare 1 o più livelli di stazionamento ed accumulo con reticoli di camere connesse tramite dicchi e sill Le camere magmatiche che alimentano direttamente l'attività eruttiva sono spesso localizzate nella crosta superiore (primi 3-5 km)

Dicchi e Sills

1535 scoria cone 25 m Miyakejima, Giappone (Geshi et al., 2009) ✓ Il magma raggiunge la superficie ed alimenta l'attività eruttiva attraverso dicchi ✓ I dicchi si formano per iniezione di magma in fratture sotto la spinta del magma pressurizzato (propagazione verso l'alto progressiva) ✓ I dicchi sono discordanti e di forma e spessore vari Original termination of dike Dike Sill pushes between layers of rock. Dike cuts across layers. Sill Layers of sandstone Slide Prof. F. Lucchi

Formazione di dicchi e sills

1535 scoria cone 25 m Miyakejima, Giappone (Geshi et al., 2009) ✓ Il magma raggiunge la superficie ed alimenta l'attività eruttiva attraverso dicchi ✓ I dicchi si formano per iniezione di magma in fratture sotto la spinta del magma pressurizzato (propagazione verso l'alto progressiva) ✓ I dicchi sono discordanti e di forma e spessore vari Original termination of dike Dike Sill pushes between layers of rock. Dike cuts across layers. Sill Layers of sandstone Slide Prof. F. Lucchi

Vulcani come finestre sulla Terra

Vulcani · Sono finestre attraverso i quali poter sondare l'interno della Terra. · Ci aiutano a capire il processo della Tettonica delle Placche e i moti convettivi del mantello. · Sono connessi ed Atmosfera e Biosfera. influenzano Idrosfera,

1. Vulcani come Geosistemi

Vulcanismo: insieme dei processi geologici che danno origine ai vulcani e alle rocce vulcaniche - Prova del calore interno Terra! (100 km ca. 1300℃) - Origine da astenosfera e litosfera (fusione e risalita per galleggiamento) - || 10-30% del magma arriva in superficie: lava e vulcani! Vulcano: rilievo per accumulo di lave e altri materiali eruttati. Geosistema vulcanico: rocce, magmi e processi da fusione ad eruzione. 5 ... e i gas vengono liberati nell'atmosfera. Cratere centrale Colate di lava Cratere laterale 4 La lava si accumula sulla superficie formando un vulcano ... Dicco 3 La lava erutta dalla camera magmatica attraverso un cratere centrale e dei crateri laterali. Sill 2 ... risale attraverso la litosfera, fino a formare una camera magmatica. Camera magmatica 1 Un magma, che si origina nell'astenosfera, ... Mantello litosferico Fig da Grotzinger, Jordan, CAPIRE LA TERRA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright @ 2016

Magma: situazione locale e temporanea

Magma: rappresenta una situazione locale e temporanea - locale: si forma localmente dove si realizzano le condizioni per la sua generazione tramite fusione parziale di rocce - temporanea: è destinato a raffreddarsi e a passare allo stato solido (formando corpi intrusivi, sub-vulcanici o «passando» a lava effusiva) - sistema fisico :a- fase liquida b- fasi solide c- fase gassosa - sistema chimico: variabile ma prevalentemente silicatico, con categorie differenti a seconda della % in SiO2 - proprietà fisiche: temperatura (650 ℃ < T < 1200 ℃); pressione; densità; viscosità

La viscosità dei fluidi

La VISCOSITA' [ u ] è una proprietà dei fluidi che indica la resistenza allo scorrimento (tasso di (sforzo di taglio) deformazione) dx /dt - «la resistenza opposta da una sostanza a deformarsi sotto l'azione di una sollecitazione meccanica» Unità di misura Pa sec (=1 Poiseuille) Nei magmi la situazione è molto complessa e vari fattori influenzano la viscosità

Variazioni di viscosità nei magmi

Importanti variazioni di viscosità (diversi ordini di grandezza) dei magmi sono riferite a: V composizione chimica v temperatura v contenuto in cristalli v contenuto in gas disciolti v contenuto in bolle di gas Slide Prof. F. Lucchi

Viscosità e composizione chimica

Importanti variazioni di viscosità (diversi ordini di grandezza) dei magmi sono riferite a: v composizione chimica maggiore contenuto in Sio SiO2 (grado di differenziazione) - maggiore è la viscosità v temperatura v contenuto in cristalli v contenuto in gas disciolti v contenuto in bolle di gas Slide Prof. F. Lucchi

Viscosità e temperatura

Importanti variazioni di viscosità (diversi ordini di grandezza) dei magmi sono riferite a: v composizione chimica v temperatura -> maggiore è la temperatura - minore è la viscosità v contenuto in cristalli v contenuto in gas disciolti v contenuto in bolle di gas Slide Prof. F. Lucchi

Viscosità e contenuto in cristalli

Importanti variazioni di viscosità (diversi ordini di grandezza) dei magmi sono riferite a: composizione chimica v temperatura v contenuto in cristalli maggiore è il contenuto in cristalli - maggiore è la viscosità v contenuto in gas disciolti v contenuto in bolle di gas Slide Prof. F. Lucchi

Viscosità e gas disciolti

H, so2 H,O Altro co2 HCI H,S Tracce Water (H.O) Si,O10 Add Water depolymerisation Si2O,6- -1 reaction -> -1 -1 O -- > -1 -1 -1 1 0 0 1 Remove Water Polymerisation -1 -1 Carbon Dioxide (CO.) Carbonate (CO,') Si2O,6- Add CO2 Polymerisation Si3O108 10 ionic bonds -1 ·1 > -1 1 -1 -1 .1 -1 1 0 0 -1 -1 -1 -1 -1 Remove CO2 Depolymerisation -1 - -1 Importanti variazioni di viscosità (diversi ordini di grandezza) dei magmi sono riferite a: v composizione chimica v temperatura v contenuto in cristalli v contenuto in gas disciolti +H20 -> depolimerizzazione (< M) +CO2-> polimerizzazione > http://www.alexstrekeisen.it/vulc/ 1 -1 -1 -1 +2 reaction µ Hydroxyl (OH)

Viscosità e bolle di gas

Importanti variazioni di viscosità (diversi ordini di grandezza) dei magmi sono riferite a: v composizione chimica v temperatura v contenuto in cristalli v contenuto in gas disciolti v contenuto in bolle di gas nei fluidi con bassa viscosità dispersione) https://www.youtube.com/watch?v=HzwuTBx93uA&ab_channel=WallStreetJournal Slide Prof. F. Lucchi