Scienze della Terra

Obiettivi della lezione

• Spiega come eruttano i vulcani.
• Descrivi e confronta i tipi di eruzioni vulcaniche.
• Distinguere tra diversi tipi di lava e comprendere la differenza tra magma e lava.
• Descrivere un metodo per prevedere le eruzioni vulcaniche.

Come eruttano i vulcani

Tutti i vulcani condividono le stesse caratteristiche di base. Il magma si raccoglie in camere magmatiche che possono essere 160 chilometri (100 miglia) sotto la superficie. Mentre la roccia si riscalda, si espande, il che crea ancora più pressione. Di conseguenza, il magma cerca una via d’uscita spingendo verso la superficie, il magma filtra attraverso fessure nella crosta terrestre chiamate prese d’aria. Alla fine, il magma raggiunge la superficie; quando esce, lo chiamiamo un’eruzione. La parola eruzione è usata anche in altri contesti. Un’eruzione può essere un’esplosione o un’esplosione, un evento violento e improvviso, come quando una folla esplode di rabbia. Ma un’eruzione può anche essere una diffusione di qualcosa come un’eruzione cutanea, graduale e relativamente calma. Queste due definizioni sono simili ai due tipi di eruzioni che vediamo nei vulcani.

Tipi di eruzioni

Ogni formazione geologica è unica. La loro composizione e costruzione dipendono da così tanti fattori, che sarebbe impossibile per due formazioni essere esattamente simili. Allo stesso modo, ogni vulcano e le sue eruzioni sono unici. Tuttavia, tendiamo a vedere due tipi principali di eruzioni. Abbiamo parlato di eruzione per significare sia un’esplosione violenta o una sorta di diffusione silenziosa. Questi sono i due tipi di eruzioni vulcaniche che vediamo–eruzioni esplosive e non esplosive. Quando pensiamo alle eruzioni vulcaniche, spesso pensiamo a enormi nuvole di cenere vulcanica espulse in alto nell’atmosfera e poi spessi fiumi di lava rossa che serpeggiano lungo il fianco della montagna. In realtà, questi due fenomeni si verificano raramente nello stesso vulcano. Le eruzioni vulcaniche tendono ad essere l’una o l’altra.

Eruzioni esplosive

Immagina la devastazione e la forza causate dalla bomba atomica sganciata su Nagasaki alla fine della seconda guerra mondiale in cui morirono oltre 40.000 persone. Ora immaginate un’esplosione 10.000 volte più potente. Le eruzioni vulcaniche esplosive possono essere così potenti (Figura 8.9). Quando il magma caldo sotto la superficie interagisce con l’acqua, i gas si accumulano e la pressione del magma si accumula. Questa pressione cresce e cresce fino a quando questi gas disciolti causano lo scoppio in un’enorme esplosione.

Questa grande esplosione porta con sé il magma e i gas vulcanici, che possono sparare molti chilometri nel cielo e formare una nuvola di funghi, simile a quella formata da un’esplosione nucleare (Figura 8.10). I detriti viaggiano nell’aria a velocità molto elevate e si raffreddano nell’atmosfera per formare particelle solide chiamate piroclasti. Alcune di queste particelle possono rimanere nell’atmosfera per anni, il che può disturbare i modelli meteorologici e influenzare la temperatura della Terra. Il resto dei detriti torna a cadere sulla Terra dove piove per chilometri e chilometri intorno.

A volte si verificano esplosioni secondarie che sono anche maggiori del primo. Inoltre, gas vulcanici come vapore acqueo, anidride carbonica, anidride solforosa, solfuro di idrogeno e cloruro di idrogeno possono formare nuvole velenose e invisibili che vagano per l’atmosfera. Questi gas contribuiscono a problemi ambientali come le piogge acide e la distruzione dell’ozono e possono effettivamente raffreddare l’atmosfera terrestre.

Nel Cascade Range, l’eruzione esplosiva del Monte St. Helens è stata preceduta dall’eruzione del Lassen Peak, uno dei tre vulcani a cascata nella California settentrionale. Il 22 maggio 1915, un’eruzione esplosiva ha inviato una colonna di cenere e gas 30.000 piedi in aria e innescato un flusso piroclastico ad alta velocità, che sciolse la neve e ha creato un lahar. Lassen continua ad avere attività geotermica e potrebbe esplodere di nuovo in modo esplosivo. Mt. Shasta erutta ogni 600-800 anni. Un’eruzione sarebbe molto probabilmente per creare un grande flusso piroclastico, e forse un lahar. Tuttavia, il vulcano potrebbe esplodere come Mt. Mazama, che si soffiò in un’eruzione circa 42 volte più potente di Mount St. Helens nel 1980, per creare Crater Lake.

Eruzioni non esplosive

Un secondo tipo di eruzione vulcanica è un’eruzione non esplosiva o effusiva (Figura 8.11). Poiché la composizione del magma è diversa nei diversi vulcani, le proprietà della lava sono diverse. Nelle eruzioni effusive, i flussi di lava sono relativamente calmi e non esplodono dal vulcano. Di conseguenza, le persone generalmente hanno una grande quantità di avvertimento prima che la lava li raggiunga, quindi le eruzioni non esplosive sono molto meno mortali. Ciò non impedisce loro di essere distruttivi, tuttavia. Anche quando sappiamo che un flusso di lava si sta avvicinando, ci sono pochi modi per fermarlo, data l’enorme quantità e temperatura di lava.

Magma e Lava

I vulcani non sarebbero altrettanto interessanti senza le grandi esplosioni che creano e i fiumi rossi di lava incandescente. Tutta la roccia ignea proviene dal magma o dalla lava. La prossima volta che vai a fare escursioni vicino a una zona vulcanica, potresti provare a identificare i tipi di lava che il vulcano ha eruttato, in base ai tipi di rocce ignee che trovi.

Magma

In profondità sotto la Terra, il magma forma come il primo stadio nella creazione di un vulcano. Ciò si verifica perché la roccia sotto la superficie è sottoposta a grandi quantità di pressione dalla gravità. Il decadimento dei materiali radioattivi genera calore aggiuntivo. Il calore sostanziale e la pressione fondono la roccia sotto la superficie per formare una sostanza simile al taffy. Potreste aver visto una candela che è stato lasciato fuori sotto il sole caldo troppo a lungo. Diventa più morbido e più simile a un liquido. Man mano che le molecole assorbono il calore, iniziano a scivolare l’una accanto all’altra diventando più fluide. Un processo simile si verifica con il magma. Tuttavia, diverse sostanze si sciolgono a temperature diverse. Per questo motivo, la temperatura alla quale le rocce si sciolgono dipende dai tipi specifici di rocce. La crosta terrestre e il mantello sono fatti di molte sostanze, quindi la temperatura necessaria per creare il magma varia. La maggior parte dei magmi si forma tra 600 ° C e 1300°C (Figura 8.13).

Roccia fusa o magma può essere trovato in camere magmatiche sotto la Terra. Poiché le camere magmatiche sono così lontane dalla superficie terrestre, è difficile per gli scienziati studiarle. Gli scienziati sanno che le camere magmatiche vengono create dove il calore e la pressione sono maggiori. Quando le placche tettoniche si scontrano e si sfregano l’una contro l’altra, lì si forma il magma. È così che è stato creato l’Anello di Fuoco del Pacifico. Sappiamo anche che ci sono vulcani lontani dai confini delle placche, quindi sappiamo che ci sono camere magmatiche anche in queste aree. Le camere magmatiche possono essere trovate dove ci sono pennacchi del mantello o punti caldi.

Solo come o perché questi punti caldi vengono creati non è esattamente noto. Tuttavia, poiché diverse sostanze si sciolgono a temperature diverse, la creazione del magma dipende da quali sostanze lo compongono—la sua composizione. Proprio come il sapore di una torta dipende dagli ingredienti che ci metti dentro, il comportamento del magma e della lava dipende dalla sua composizione. Certe rocce fuse agiscono in certi modi. Quindi quando il magma diventa lava, non tutta la lava agisce allo stesso modo.

Lava

Una volta che il magma raggiunge la superficie, diventa lava. Considera diversi liquidi che potresti vedere in casa tua: miele e una bottiglia di cola, per esempio. Potresti essere d’accordo sul fatto che i due liquidi sono diversi per molti aspetti. Hanno un sapore diverso, hanno colori diversi, hanno gas diversi in essi e fluiscono in modo diverso. Infatti, il miele è un liquido che resiste al flusso, mentre la cola scorre facilmente. Il miele ha una viscosità superiore alla cola; resiste al flusso (Figura 8.14). Cola ha una bassa viscosità perché scorre facilmente. Una delle principali differenze nei diversi tipi di lava è la loro viscosità.

Una lava altamente viscosa è quella che non tende a fluire facilmente. Tende a rimanere sul posto. Le lave con alto contenuto di silice tendono ad essere più viscose. Poiché è così resistente al movimento, intasa le prese d’aria in un vulcano. La pressione diventa sempre più grande fino a quando il vulcano finalmente esplode. Questo tipo di lava si trova in eruzioni esplosive. Tende anche a intrappolare un sacco di gas. Quando il gas viene rilasciato, rende l’eruzione più esplosiva. La maggior parte di questa lava viene lanciata in aria dove si indurisce e diventa roccia solida. Questa roccia fusa che si solidifica nell’aria è conosciuta come materiale piroclastico. In una roccia ignea come la pomice, piccoli fori nella roccia solida mostrano dove bolle di gas erano quando la roccia era ancora lava liquida.

La lava a bassa viscosità scorre o scorre lungo le montagne. C’è più di un tipo di lava a bassa viscosità. Le differenze tra loro derivano dalla diversa composizione delle lave e dai diversi punti in cui vengono in superficie. Il tipo di formazioni ignee formate dipende dal tipo di lava che è. Le tre categorie principali sono a’a, pahoehoe e pillow lava.

A’a Lava

A’a lava è la più viscosa delle lave non esplosive (Figura 8.15). Questa lava forma una crosta spessa e fragile che viene strappata in pezzi ruvidi e frastagliati. La superficie solidificata è frastagliata e nitida. Può diffondersi su vaste aree mentre la lava continua a fluire sotto.

Lava Pāhoehoe

La lava Pāhoehoe è meno viscosa della lava a’a e scorre più facilmente. La sua superficie sembra più rugosa e liscia della lava a’a frastagliata. La lava di Pāhoehoe scorre in una serie di lobi o aree arrotondate che formano strane forme contorte e sculture di roccia naturale (Figura 8.16). La lava Pāhoehoe può anche formare tubi di lava sotto terra (Figura 8.17).

La lava del cuscino

La lava del cuscino è lava che esce dalle prese d’aria vulcaniche sott’acqua (Figura 8.18). Quando esce sott’acqua, si raffredda molto rapidamente e forma rocce approssimativamente sferiche che assomigliano a cuscini, da cui più perdite di lava e crea più cuscini. La lava del cuscino è particolarmente comune lungo i centri di diffusione sottomarini.

Prevedere eruzioni vulcaniche

Le eruzioni vulcaniche possono essere devastanti, in particolare per le persone che sono più vicine ai vulcani. Come meteorologi tentano di prevedere, o previsione, uragani e tornado, così anche fare vulcanologo tentativo di prevedere eruzioni vulcaniche. Sebbene predire eruzioni vulcaniche sia tutt’altro che perfetto, molte prove possono indicare che un vulcano sta per eruttare. Alcuni di questi fattori sono difficili da misurare, contribuendo alla difficoltà di prevedere le eruzioni.

Storia delle attività vulcaniche

Un fattore importante nella previsione delle eruzioni è la storia di un vulcano. Cioè, consideriamo da quanto tempo è scoppiata e l’intervallo di tempo tra le sue eruzioni precedenti. I vulcani sono classificati in tre suddivisioni: attivo, dormiente ed estinto. Un vulcano attivo è uno che è attualmente in eruzione o mostra segni di eruzione nel prossimo futuro. Un vulcano dormiente non mostra più segni di attività, ma ha eruttato nella storia recente (Figura 8.19). Infine, un vulcano spento è uno che non ha eruttato nella storia recente e probabilmente non erutterà di nuovo in futuro. Sia i vulcani attivi che quelli dormienti sono fortemente monitorati perché anche i vulcani dormienti potrebbero improvvisamente mostrare segni di attività.

Terremoti

Come magma sotto un vulcano spinge verso l’alto, scuote la terra e provoca terremoti. Anche se i terremoti probabilmente si verificano ogni giorno vicino a un vulcano, la quantità e la dimensione dei terremoti aumenta prima di un’eruzione. In effetti, un vulcano che sta per eruttare può produrre una serie continua di terremoti, poiché il magma che si muove sottoterra crea stress sulle rocce vicine. Per misurare questi terremoti, gli scienziati usano sismografi che registrano la lunghezza e la forza di ogni terremoto.

Deformazione del pendio

Tutto ciò che il magma e il gas spingono verso l’alto possono far gonfiare il terreno o la pendenza del vulcano. A volte, il gonfiore del terreno rivela enormi cambiamenti nella forma di un vulcano. La maggior parte dei casi di deformazione del terreno sono sottili, però, e possono essere rilevati solo da tiltmeters, che sono strumenti che misurano l’angolo della pendenza di un vulcano. Inoltre, il gonfiore del terreno può causare un aumento delle cadute di roccia e delle frane.

Emissioni di gas

Spesso, i gas sono in grado di sfuggire a un vulcano prima che il magma raggiunga la superficie in un’eruzione. Quindi, gli scienziati possono misurare la produzione di gas, o le emissioni di gas, nelle bocche sopra o intorno al vulcano. Gas, come anidride solforosa (SO2), anidride carbonica (CO2), acido cloridrico (HCl) e persino vapore acqueo possono essere misurati nel sito o, in alcuni casi, a distanza con i satelliti. Le quantità di gas e i loro rapporti sono calcolati per aiutare a prevedere le eruzioni.

Monitoraggio remoto

Come accennato, alcuni gas possono essere monitorati utilizzando la tecnologia satellitare (Figura 8.20). I satelliti sono in grado di misurare anche altri fattori, come le letture della temperatura di punti particolarmente caldi in un sito vulcanico o aree in cui la superficie del vulcano sta cambiando. Mentre la nostra tecnologia continua a migliorare, gli scienziati sono meglio in grado di rilevare i cambiamenti in modo accurato e sicuro.

Sebbene i metodi di monitoraggio stiano migliorando sempre di più, è ancora difficile prevedere con certezza un’eruzione vulcanica. Nessuno scienziato o agenzia governativa vuole essere considerato allarmista annunciando che si verificherà un’eruzione e quindi non lo fa davvero. Il costo e l’interruzione per la società di un’evacuazione su larga scala lascerebbero molte persone dispiaciute e gli scienziati imbarazzati. Tuttavia, la possibilità di salvare vite e proprietà rende certamente la ricerca della previsione dell’eruzione una causa degna.

Riassunto della lezione

• I vulcani si producono quando il magma sale verso la superficie terrestre perché è meno denso della roccia circostante.
• Le eruzioni vulcaniche possono essere non esplosive o esplosive a seconda della viscosità del magma.
• Eruzioni di tipo esplosivo avvengono lungo i bordi dei continenti e producono enormi quantità di materiale espulso nell’aria.
• Eruzioni di tipo non esplosivo producono principalmente vari tipi di lava, come a’a, pāhoehoe e lave a cuscino.
• Alcuni segni che un vulcano potrebbe presto eruttare includono terremoti, sporgenze superficiali, gas emessi e altri cambiamenti che possono essere monitorati dagli scienziati.

Domande di revisione

1. Quali sono i due tipi fondamentali di eruzioni vulcaniche?
2. Diverse centinaia di anni fa, un vulcano eruttò vicino alla città di Pompei. Gli archeologi hanno trovato i resti di persone che si abbracciano, soffocate dalla cenere e dalla roccia che coprivano tutto. Che tipo di eruzione deve essere stata?
3. Che cos’è il materiale piroclastico?
4. Nominare tre liquidi a bassa viscosità e tre ad alta viscosità.
5. Qual è la differenza tra una camera magmatica e un pennacchio di mantello?
6. Il punto di ebollizione dell’acqua è di 100°C. Perché l’acqua potrebbe rendere un’eruzione più esplosiva?
7. Quali sono tre nomi per la lava non esplosiva?
8. Quali fattori sono considerati nel predire le eruzioni vulcaniche?
9. Perché predire i vulcani è così importante?
10. Dato che gli astronomi sono lontani dai soggetti che studiano, quali prove potrebbero cercare per determinare la composizione di un pianeta su cui si trova un vulcano?

Vocabolario

vulcano attivo Un vulcano che è attualmente in eruzione o in procinto di eruttare. vulcano dormiente Un vulcano che non è attualmente in eruzione, ma che ha eruttato nel passato registrato. eruzione effusiva Un’eruzione vulcanica relativamente delicata e non esplosiva. eruzione Il rilascio di magma sulla superficie terrestre. Di solito un’eruzione è accompagnata anche dal rilascio di gas. eruzione esplosiva Un’eruzione vulcanica che rilascia grandi quantità di gas, in modo che il magma è violentemente gettato in aria. vulcano spento Un vulcano che non ha eruttato nella storia registrata, ed è considerato improbabile che eruttare di nuovo. camera magmatica Una regione all’interno della Terra circondata da roccia solida e contenente magma. pyroclast Una roccia composta da frammenti di roccia vulcanica gettati in aria da eruzioni vulcaniche. viscosità Lo “spessore” o “viscosità” di un liquido. Più un liquido è viscoso, più difficile sarà il flusso del liquido.

Punti da considerare

• Quali tipi di prove pensi che direbbero agli scienziati se un’antica eruzione vulcanica fosse esplosiva o non esplosiva?
• Tutti i vulcani hanno la forma di alte montagne con un cratere sulla vetta?
• Quale pensi sia l’origine dei nomi A’a e Pāhoehoe?
• I terremoti non sempre indicano che un vulcano sta per eruttare. Quali fattori di un terremoto potrebbero indicare una relazione con un’eruzione vulcanica?