Com'è fatta la Terra: struttura, vulcanismo e terremoti

Com'è fatta la Terra?

La Terra è composta da strati concentrici di diversa natura e con diverso spessore:

• una crosta sottile;
• un ampio mantello roccioso;
• un grande nucleo (diviso in nucleo interno e nucleo esterno).

La crosta terrestre

Lo strato più esterno della Terra è la crosta terrestre. È uno strato sottile, con spessore disomogeneo (da 6 a 70 km).

La crosta continentale è composta soprattutto da rocce metamorfiche e da rocce magmatiche, spesso coperte da rocce sedimentarie.

La crosta oceanica è composta soprattutto da rocce basaltiche, con una densità media più alta rispetto alla crosta continentale.

Il mantello della terra (che rappresenta l'82% del volume terrestre) può raggiungere una profondità di 2900 km.

L'interno della Terra

Lo strato più esterno del mantello è solido; insieme alla crosta, forma la litosfera. Sotto alla litosfera e fino a una profondità di 200-250 km, si trova un altro strato di mantello, chiamato astenosfera. È composto da rocce parzialmente liquefatte e plastiche.

SoCo alla astenosfera, e la mesosfera raggiunge la profondità di 2900 km. Con l'aumentare della pressione, il mantello diventa più rigido e denso.

Il nucleo produce energia

Il nucleo esterno è più fluido, mentre il nucleo interno è più solido e ha una densità maggiore (13 g/cm3).

Il nucleo produce energia sotto forma di calore, in parte a causa delle reazioni termonucleari che avvengono al suo interno.

I geyser e vulcani sono espressioni di questa produzione di calore.

I fenomeni vulcanici

Che cos'è un vulcano?

Un vulcano (dal latino Vulcanus «Vulcano», nome del dio del fuoco e di un'isola dell'arcipelago delle Eolie) è la manifestazione in superficie della risalita di magma.

I vulcani sono strutture geologiche complesse, delle fratture naturali che si formano all'interno della crosta terrestre dalla risalita in superficie di magma e di altri prodotti dell'attività eruttiva.

Che cos'è il magma e da dove origina?

Il magma è roccia fusa mescolata a gas e vapori, tutti ad alte temperature, che origina in profondità all'interno della crosta terrestre o del mantello.

Dopo la sua eruzione in superficie, il materiale fuso viene chiamato lava. Quando la lava solidifica, in genere si accumula, fino a costituire un edificio vulcanico (comunemente chiamato vulcano).

Come si origina il magma?

Quando le condizioni di pressione e temperatura lo consentono, si ha la fusione parziale delle rocce: piccoli volumi di materiale fuso si possono muovere allora verso l'alto, aggregandosi pian piano fino a formare masse di magma più consistenti.

Queste masse sono meno dense del materiale circostante e quindi risalgono attraverso il mantello superiore e la crosta.

1. Il magma può traboccare in superficie, come avviene sul fondo degli oceani;
2. se raggiunge la crosta di un continente, possono ristagnarvi per un tempo più o meno lungo formando una camera magmatica, detta anche «bacino» o «serbatoio magma-co», situata in genere a qualche chilometro (2-10). Dalla camera magmatica, il magma può originare un'eruzione vulcanica.

Mentre il magma fuoriesce cede all'atmosfera i gas che contiene e diventa lava. La presenza dei gas vulcanici svolge un ruolo importante nell'innescare le eruzioni: man mano che il magma risale, infatti, la pressione delle rocce diminuisce e i gas disciolti cominciano a liberarsi e formano bolle sempre più numerose. Quando la spinta del magma fa saltare l'ultimo tratto di copertura, il miscuglio liquido-gas erompe con forza e i gas trascinano parte del magma.

Due grandi famiglie di vulcani

A seconda del modo con cui il magma risale in superficie e fuoriesce, i vulcani vengono distinti in due grandi famiglie:

1. vulcani lineari: si formano quando il magma risale per mezzo di fessure eruttive, delle spaccature che penetrano profondamente nell'interno della Terra. I vulcani lineari si trovano soprattutto in corrispondenza delle dorsali oceaniche.
2. vulcani centrali. I vulcani centrali sono quelli più comunemente noti, perlomeno in Italia, dove se ne conoscono diversi esempi: l'Etna, il Vesuvio, lo Stromboli. Sono caratterizzati da:
   • cratere: apertura in superficie, che si trova alla sommità di un cono più o meno pronunciato, detto edificio vulcanico, costituito dalle colate di lava che si sono succedute e solidificate una sull'altra.
   • Camino vulcanico: condotto di forma cilindrica attraverso cui sale il magma in superficie e che collega il serbatoio con il cratere.

Elementi principali di un vulcano

• la camera magmatica o serbatoio magmatico, una cavità interna alla litosfera nella quale si accumula il magma
• il camino vulcanico, un condotto attraverso cui il magma risale in superficie e il suo sbocco esterno forma il cratere, una depressione da cui escono lava e gas
• l'edificio vulcanico è il rilievo costruito dall'accumulo e dalla solidificazione dei prodotti vulcanici in prossimità del cratere.

I prodotti delle eruzioni

Le eruzioni vulcaniche trasferiscono materiale dall'interno della Terra alla sua superficie. I vulcani eruttano:

• Materiale fluido: chiamato magma quando è ancora in profondità e lava quando è giunto in superficie.
• Materiale solido: i frammenti solidi che vengono scagliati all'esterno da un vulcano formano i piroclastiti
• Emissioni aeriformi: è caratterizzato dall'abbondanza di vapore acqueo, anidride carbonica, zolfo, cloro e azoto.

I materiali fluidi

I prodotti fluidi delle eruzioni vulcaniche sono le lave. Esse non sono tutte uguali ma differiscono per composizione chimica, per contenuto di gas e per temperatura. Questi fattori influiscono sulla viscosità della lava cioè sulla resistenza allo scorrimento.

Lava granitica o acida: è ricca di silice, la viscosità è elevata nella lava e scorre con difficoltà;

Lava basaltica o basica: povera di silice, ha bassa viscosità e scorre con facilità.

L'aspetto di una colata di lava dipende sia dal tipo di lava che dalla morfologia del terreno sul quale scende.

I materiali solidi

Durante le eruzioni, i gas possono trascinare verso l'alto brandelli o gocce di lava, che ricadono ancora incandescenti e raffreddandosi formano le scorie vulcaniche, che si accumulano lungo le pendici del vulcano. I prodotti solidi delle eruzioni esplosive sono detti piroclasti e le rocce che ne derivano piroclastiti. I suoli che derivano dai prodotti vulcanici sono fertili perché contengono nutrienti minerali.

Le piroclastiti in base alle dimensioni possono essere distinte in: ceneri vulcaniche (polveri fini); lapilli (piccoli ciottoli); blocchi (di decine di tonnellate). In alcuni casi sono pomici, leggere e porose. Vi sono le bombe vulcaniche se brandelli di lava di grandi dimensioni, ancora in volo, si induriscono in superficie.

I materiali aeriformi

Il magma può contenere fino al 5% in peso di gas e di vapori. La composizione chimica delle emissioni aeriformi è caratterizzata dall'abbondanza di vapore acqueo (dal 70 al 95%) e anidride carbonica. Meno abbonda/ ma importante sono zolfo, cloro e azoto. La presenza dei gas vulcanici svolge una funzione importante nell'innescare le eruzioni. Le fumarole sono emissioni di gas e vapori caldi che possono verificarsi anche durante le fasi di quiescenza di un vulcano.

Classificazione dei vulcani

Per classificare i diversi tipi di attività vulcanica, bisogna considerare, oltre ai prodotti delle eruzioni:

• I tipi di eruzioni: cioè in che modo fuoriescono i materiali eruttati
• Gli edifici vulcanici: cioè le forme che derivano dalle eruzioni.

I tipi di eruzioni

Possiamo classificare i vulcani in base al tipo di eruzione, anche se in un medesimo vulcano possono succedersi nel tempo tipi di attività diversi. I fattori che più direttamente influenzano il tipo di eruzione sono:

• la viscosità del magma (elevata nei magmi acidi e molto minore nei magmi basici)
• il contenuto in aeriformi, soprattutto di vapore acqueo e di anidride carbonica.

È possibile distinguere due tipi principali di eruzioni:

• Effusiva: con magmi poco viscosi
• Esplosiva: con magmi viscosi e ricchi di gas.

Fra questi due tipi di eruzioni vi sono gradi intermedi.

Eruzioni prevalentemente effusive

In presenza di attività effusiva dominante (con magma fluido e contenuto in acqua variabile) si hanno eruzioni:

• di tipo hawaiiano: abbondanti effusioni di lava fluida, che contengono poca silice e fuoriescono da vulcani centrali. Le colate si espandono su aree estese e i volumi di lava emessa sono enormi. Il magma contiene piccole quantità di gas: le eruzioni sono poco violente ma si possono creare fontane di lava.
• di tipo islandese: abbondanti effusioni di lava fluida, fuoriescono in questo caso da fessure lunghissime, inondando grandi aree. Queste eruzioni avvengono soprattutto negli oceani, in corrispondenza delle dorsali oceaniche, dove il basalto va a formare il fondo oceanico. Le eruzioni islandesi sono avvenute anche sui continenti, di recente in Islanda.

Eruzioni miste effusive-esplosive

Se l'attività è mista, effusiva-esplosiva, ma si presenta prevalentemente in forma effusiva si hanno eruzioni di tipo stromboliano, associate a lave non molto viscose, che ristagnano nel cratere, dove iniziano a solidificare.

Si forma una crosta solida, sotto alla quale si accumulano i gas. La pressione dei gas cresce fino a far saltare la crosta con modeste esplosioni, che lanciano in aria brandelli di lava fusa (bombe vulcaniche).

Se l'attività è mista effusiva-esplosiva (con magma viscoso e contenuto in aeriformi elevato) si hanno eruzioni:

• di tipo vulcaniano; Si forma con un meccanismo simile al precedente ma con lava più viscosa. I gas si liberano con più difficoltà. La lava solidifica formando un «tappo» spesso. I gas impiegano più tempo per vincere l'ostruzione. Si crea un'esplosione violentissima.
• di tipo pliniano: le esplosioni raggiungono il loro aspetto più violento. Il nome deriva da Plinio il Giovane, che descrisse l'eruzione del Vesuvio del 79 d.C. in cui venne sepolta Pompei. La colonna di vapore e gas che fuoriesce dal condotto con forza e velocità sale anche di 30 Km, prima di espandersi in una grande nuvola da cui ricadono su un'ampia area grandi quan/tà di pomici (roccia eruttiva effusiva, leggera).

Eruzioni prevalentemente esplosive

• di tipo peleano: la lava ad altissima viscosità viene spinta dal condotto vulcanico già quasi solida e forma cupole o torri alte qualche metro. Dalla base sfuggono grandi e dense nuvole di gas, vapori e frammenti solidi, roventi, chiamate nubi ardenti discendenti, che spazzano le pendici del vulcano come valanghe e si espandono su vaste aree velocemente.
• di tipo idromagmatico: è dovuta all'interazione tra il magma e l'acqua. Il brusco passaggio dell'acqua allo stato di vapore genera enormi pressioni, che possono far saltare le rocce sovrastanti, aprendo un condotto verso l'esterno, da cui esce una colonna di vapore, che trascina con sé frammenti di rocce e lava polverizzata. Alla base parte una nuvola di vapore e materiali solidi che si espande velocemente.