Nel linguaggio corrente magma e lava sono sinonimi. Come al solito per gli scienziati non è così. Geologi e vulcanologi danno ai due termini significati differenti. Il magma è una roccia fusa che si trova nelle profondità della terra ed è molto ricca in acqua e gas (tra questi il principale è il vapor acqueo), elementi che si perdono quando il magma fuoriesce. La brusca caduta di pressione, infatti, determina un abbandono della soluzione da parte degli elementi più volatili (gas), determinando un aumento della densità della roccia fusa che, una volta fuoriuscita, diventa lava.
Il magma, inoltre, non sempre fuoriesce all'aperto. Lo stanno a testimoniare le rocce ignee intrusive.
Come abbiamo detto il magma è un fuso roccioso che si trova in profondità. Prima però di vedere come risale e come si origina, vediamo come varia il calore e la pressione all'interno della terra.
Da quando l'uomo ha imparato a sfruttare le ricchezze mineralogiche del pianeta è noto che, andando sempre più in profondità nelle viscere della terra, la temperatura aumenta. Questo aumento può essere quantificato in 3°C ogni 100m di profondità. Tale dato è conosciuto come gradiente geotermico.
Il gradiente geotermico non è continuo per tutta la profondità della terra ( il raggio terrestre è di oltre 6300 Km). Se così non fosse già alla profondità di 1000 Km la temperatura sarebbe di ben 30000 °C ed al centro del pianeta si raggiungerebbero i 200000 °C, mentre sappiamo che la temperatura del nucleo (la parte più interna del pianeta) non supera i 4500 °C. In realtà il valore del gradiente è una media, perché esso varia da 0,7 °C ad oltre 12 °C a seconda delle aree della terra.
All'azione della temperatura che tende a liquefare le rocce si oppone l'azione della pressione dovuta alla massa delle rocce sovrastanti. Il delicato equilibrio tra pressione e temperatura determina la formazione di un magma.
Tra i 30 ai 100 Km si formano la maggioranza dei magmi in quanto la temperatura, in questa zona raggiunge valori compresi tra i 600 ed i 1200 °C, temperature entro le quali avviene la fusione dei principali silicati. La pressione determina la formazione di un magma. Se in una parte crostale, per movimenti che verranno analizzati in seguito, diminuisce la pressione delle rocce sovrastanti, si realizzano le condizioni di una fusione della roccia con conseguente formazione del magma.
I tipi diversi di magma hanno origine dalla differente composizione delle rocce di origine. Principalmente i magmi acidi si originano dalla fusione di porzioni di crosta terrestre ricca di tectosilicati, mentre i magmi basici prendono origine dalla parte superiore del mantello, dove le rocce sono principalmente basiche ed ultrabasiche. In realtà i magmi hanno altre origini di cui discuteremo in seguito.
Normalmente i magmi acidi, essendo più freddi di quelli basici (i tectosilicati fondono a temperature più basse) e più densi, non risalgono in superficie. Ecco perché i maggiori vulcani hanno lave basaltiche (e quindi basiche).
Ma, allora come si spiegano le enormi quantità di lava acida eruttata da alcuni e diffusi vulcani?
Serie di cristallizzazione di Bowen
Per comprendere meglio quanto scritto sopra analizziamo la serie di cristallizzazione dei silicati proposta da Bowen agli inizi del secolo XX.
Osservando il disegno si nota che a temperature alte fondono minerali come i nesosilicati ed i tectosilicati come l'anortite (ricco di Ca). Questo fuso darebbe origine ad un basalto. A temperature più basse si ottiene la fusione dei tectosilicati tipici di rocce acide.
La serie di Bowen, però, ci dice che da una roccia a composizione mista, o addirittura basica, si possa ottenere, per distillazione, un magma acido. La fusione di una roccia a temperature basse, comporta solo l'abbandono della stessa da parte dei tectosilicati ricchi in K e di quarzo. Ecco che l'origine di magmi intermedi o addirittura acidi è possibile anche a partire da rocce povere in silice.
Un altro meccanismo di produzione di magmi acidi a partire da rocce povere di silice può essere dato dal fatto che in un magma in via di raffreddamento si solidificano prima i minerali più basici, minerali che, per la loro alta densità, scivolano sul fondo del magma, lasciandolo più ricco in silice.
Come abbiamo detto, la lava è originata dal magma per perdita di gas e di notevoli quantitativi di vapor acqueo (alcuni studiosi pensano che l'abbondanza di questo composto sulla terra sia dovuta all'intensa attività vulcanica delle prime fasi di vita del nostro pianeta).
Da quanto è emerso in precedenza la lava può presentarsi più o meno fluida, acida o basica. Le lave basiche sono più fluide di quelle acide, e notevolmente più calde (le due cose sono correlate)
Le eruzioni danno vita, relativamente alla lava, a due fenomeni: le colate laviche ed i depositi piroclastici.
Quando le lave eruttate sono molto fluide e calde, e, quindi, basiche queste fuoriescono dal vulcano in modo calmo e continuo. Se il pendio dal quale scendono grazie all'azione della gravità, è dolce, queste tenderanno a formare strati sottili e a solidificare in modo veloce. La solidificazione, però, è preceduta da una fase nella quale la lava è assai plastica. Il susseguirsi di flussi di lava in uno stesso punto determinano l'incresparsi della lava stessa ai margini della colata, determinando una forma simile ad increspature, o meglio ad un insieme di corde allineate. Si forma così un tipo di lava detta pahoehoe, termine hawaiano che indica la lava "a corde".
Generalmente la densità di una colata lavica aumenta man mano che dura l'eruzione. In questo caso si forma una colata formata da blocchi che si sospingono l'uno con l'altro. La solidificazione di questa lava produce una roccia dall'aspetto spugnoso, con bordi taglienti e spigolosi. Questa lava viene detta haha (derivata dal modo hawaiano di indicare una lava sulla quale è doloroso camminare a piedi nudi e dal significato onomatopeico inequivocabile).
Quando le colate sono sottomarine (come spesso accade) la lava fuoriuscita dal vulcano si solidifica esternamente, determinando la forma sferica o globosa di ogni getto. si formano così una serie di "palle" solide esternamente ed ancora fuse internamente. Queste produzioni vengono chiamate "cuscini di lava" (pillows lavas).
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Quando la lava è così densa da non riuscire a superare il muro del cratere, invece, si forma una cupola lavica che occlude la bocca del vulcano, formando, in questo modo un domo vulcanico.
I gas contenuti nel magma fuoriescono all'esterno con una certa violenza. La forza del vapor acqueo e dell'anidride carbonica ad alta temperatura è tale che, durante l'attività vulcanica, brandelli di lava più o meno grossi vengono trascinati verso l'alto. La gravità, in tempi dipendenti dalle dimensioni delle particelle, farà ricadere le stesse in zone più o meno distanti dal punto di emissione. si generano, così, accumuli di particelle detti depositi piroclastici.
Le particelle trascinate dai gas vulcanici, dette in generale piroclasti, prendono nomi diversi a seconda delle dimensioni. si parla infatti di polveri per frammenti più fini, ceneri fino a 2 mm e bombe per frammenti superiori ai 6 cm. Le bombe possono arrivare a pesare anche diverse tonnellate.
La dimensione dei piroclasti determina anche la distanza alla quale questi si ritroveranno rispetto al punto di emissione. I frammenti più leggeri, infatti, sono sospinti più a lungo dai venti e si possono ritrovare anche a centinaia di Km dal vulcano che li ha emessi. Le polveri, infine, possono essere sospinte ben al di sopra della troposfera e, grazie alle correnti in quota, essere sparse anche per l'intero pianeta. E' ormai accertata la correlazione tra alcuni eventi climatici e l'attività di molti vulcani.
Una volta ricaduti al suolo i frammenti ancora caldi tendono a fondersi tra loro generando una roccia conosciuta con il nome di tufo.Se i frammenti sono di dimensioni elevate si parla invece di breccia vulcanica.
Nei vulcani con attività esplosiva i gas surriscaldati si mescolano alle ceneri formando una nube densa e molto calda (dagli 800 ai 1200 °C) detta nube ardente, la quale rotola ad alta velocità lungo i fianchi del vulcano raggiungendo e superando i 100 km/h. I depositi originatisi da questa nube e le rocce che ne derivano prendono il nome di ignimbriti.
Dopo aver parlato di magmi e lava è arrivato il momento di trattare i protagonisti principali di questa lezione: i vulcani. Ancora un po' di pazienza però, perché per arrivare a come sono fatti questi edifici bisogna parlare di come eruttano, ovvero, delle eruzioni lineari e centrali.
Le eruzioni lineari sono quelle che avvengono lungo delle fessure che possono essere lunghe anche decine di Km. Le eruzioni lineari sono tipiche dei vulcani sottomarini. La lava che viene emessa è di tipo basico (basalto) e, quindi, molto calda e fluida. Attualmente solo alcuni vulcani islandesi presentano questo tipo di eruzione. In questo caso la lava scorre su superfici poco inclinate e forma deposito a strati che possono estendersi anche per centinaia di Km2, come è avvenuto nella valle del Deccan in India dove i depositi vulcanici si estendono su di una superficie di ben 500.000 Km2 (quasi il doppio dell'intera superficie del nostro Paese! Queste immense distese di basalto stratificato (ogni strato corrisponde ad un'eruzione) vengono chiamate plateaux basaltici.
Al contrario delle eruzioni lineari le eruzioni centrali avvengono con fuoriuscita di lava da una sorgente che è puntiforme: la bocca. Questo tipo di eruzioni prevedono la partecipazione di una struttura particolare detta edificio vulcanico o vulcano.
I vulcani sono costituiti da un edificio che può avere una forma più o meno conica. Internamente, e ad una profondità variabile, è presente una cavità nella quale è presente il magma, cavità detta camera magmatica. La camera magmatica è collegata all'esterno del vulcano tramite un canale chiamato condotto vulcanico. Il magma passa attraverso il condotto vulcanico per fuoriuscire all'esterno dalla bocca del vulcano. La bocca è situata all'interno di una depressione posta alla sommità dell'edificio vulcanico. Questa depressione è il cratere.
Il magma può, nei vulcani più grandi, fuoriuscire da altre bocche che, se di dimensioni inferiori alla prima, vengono dette bocche secondarie.
Il tipo di lava eruttata determina anche il tipo di vulcano. Le lave estremamente fluide (quindi basiche) determinano un'attività vulcanica continua. Questa fluidità non permette il formarsi di edifici vulcanici ripidi. Si formano così dei vulcani i cui fianchi hanno un angolo che raramente supera i 10°. In sezione questi vulcani sono composti da strati di lava uno sopra l'altro e per la loro forma vengono chiamati vulcani a scudo. I vulcani a scudo più famoso sono quelli hawaiani tra cui il Manua Loa la cui base (situata sul fondo del Pacifico) ha un diametro di ben 100 Km, mentre la sua altezza complessiva (parte sommersa ed emersa) arriva a superare i 9000 m!
Se l'attività del vulcano è prevalentemente piroclastica, l'edificio che si forma è un tipico cono detto cono di scorie. La pendenza dei fianchi dipende dall'angolo di riposo dei materiali, ovvero dall'angolo oltre il quale si ha il franamento dei materiali. Ogni materiale ha un angolo di riposo che lo contraddistingue.
Tra i vulcani a scudo ed i cono di scorie esiste un'atra tipologia di vulcani: gli stratovulcani. Quest'ultimi, che sono anche i più diffusi (Etna, Stromboli), alternano attività effusiva a quella piroclastica. La forma dell'edificio è il classico cono che, in sezione, presenta un caratteristico alternarsi di strati originatisi da colate laviche e da depositi piroclastici.
Eruzioni esplosive e freatiche
Quando il magma è di tipo acido o intermedio, questo è estremamente denso e relativamente freddo (circa 700°C). Il magma in queste condizioni tende ad ostruire il condotto vulcanico costituendo un vero e proprio tappo. Col tempo, l'accumularsi di energia dovuta alla risalita dei gas magmatici, determina una spinta superiore alla capacità di resistenza del tappo. L'energia liberata è enorme e l'intero edificio esplode lasciando al posto del vulcano un'ampia depressione: la caldera.
Le violente esplosioni causano un'onda basale (base surge) che proietta all'esterno i materiali piroclastici disponendoli anularmente alla bocca del vulcano. Per avere un'idea del base surge basta osservare l'anello di polveri che si forma alla base di un'esplosione nucleare. Le eruzioni freatiche sono eruzioni esplosive i cui effetti sono dovuti anche alla presenza di enormi quantità di acqua nelle prossimità del vulcano.
La pericolosità di questi tipi di vulcano è elevatissima, sia per la violenza dell'esplosione, sia per la produzione di nubi ardenti (vedi sopra), sia perché l'energia generata produce, nelle zone costiere, violenti tsunami, onde anomale che possono raggiungere i 30 m di altezza e che, abbattendosi sulle rive causano morte e distruzione.
Quando i magmi solidificano in profondità determinano una serie di figure (i plutoni) che vengono così chiamate:
