I VULCANI - lauracondorelli.it · Vulcanesimo secondario: geyser, soffioni boraciferi, usati...
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Geologia
1. Vulcani
2. Terremoti
3. Elementi di tettonica
4. Teorie della dinamica endogena
I VULCANI I vulcani sono composti da tre parti:
1. Camera magmatica
2. Condotto o camino vulcanico
3. Edificio vulcanico
L'EDIFICIO VULCANICO Gli strato-vulcani: sono formati
da un’alternanza di strati di lava e
piroclasti. Lo strato di lava è
tipico dei vulcani effusivi e lo
strato di piroclasti è tipico dei
vulcani esplosivi. Gli strato-
vulcani hanno quindi un'attività
vulcanica mista.
L'edificio vulcanico, a seconda
della sua forma, può essere di tre
tipi:
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Vulcani conici: hanno una forma
stretta, a cono, e hanno i lati concavi.
La camera magmatica è sempre nella
crosta e quindi è superficiale. I
vulcani conici più famosi sono il
Fujiama in Giappone e il Vesuvio.
Focus: la caldera
è una cavità più
grande rispetto
al cratere e si
forma in seguito
ad un’ esplosione
completa del
vulcano, oppure
quando il
vulcano in
seguito ad un
episodio
esplosivo (che ha
svuotato la
camera
magmatica)
sprofonda per
collasso. Si
possono trovare
intorno al
Vesuvio e
nell'isola di
Santorini.
Spesso in tali
casi si origina
successivamente
un cono
parassita, come il
Vesuvio, che
nasce dalla
caldera del
Monte Somma
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Vulcani a scudo: hanno una base
ampia, sono poco pendenti, quasi
orizzontali, anche se sono alti quasi
4.000 m, perché nascono dagli
oceani. La loro camera magmatica
è molto profonda e si forma al
limite tra la crosta e il mantello,
dove c'è la discontinuità di Moho.
Spesso il cratere è molto largo ed è
occupato da un lago di lava (disegno
in basso). E’ possibile che durante
l’effusione si manifesti una fontana
di lava.
I vulcani a scudo si trovano
soprattutto nelle isole Hawaii e i più
importanti sono il Mauna Loa, il
Mauna Kea e Kilauea.
L'ATTIVITA' VULCANICA Esistono due principali attività vulcaniche:
Effusiva: è caratterizzata da
colate laviche fluide; sopra il
cratere si possono avere delle
fontane di lava e dentro al
cratere un lago di lava fluida,
(come l'olio) . E’ un’attività
tipica di un magma basaltico,
che origina da zone profonde.
Es: Hawaii, Islanda, Etna (dal
condotto centrale).
Esplosiva: è un'attività che si
manifesta con nubi ardenti
(colonne di fumo sopra il
vulcano) e prodotti
piro(fuoco)clastici(frammenti),
cioè materiale strappato al
vulcano durante l'esplosione.
La lava in questo caso è acida e
si forma da camere magmatiche
superficiali. Un elemento che
caratterizza l'attività vulcanica
esplosiva sono le nubi ardenti,
dovute alla forza esposiva dei
gas contenuti nel magma.
Possono assumere diverse
forme: a cavolfiore, a pino
marittimo.
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CLASSIFICAZIONE E PRODOTTI DELLE ATTIVITA'
VULCANICHE
Classificazione tra le attività effusive:
Hawaiana: dà origine ai
vulcani a scudo, la lava è
molto fluida e l'eruzione si
manifesta con colate laviche;
al massimo grado di esplosività
si possono trovare delle fontane
laviche. Spesso nel cratere di
questi vulcani si formano laghi
di lava. E’ un vulcanesimo
tipico di punti caldi (hot spots).
Islandese: è simile a quella
hawaiana, ma non sono
presenti né il camino
vulcanico, né il cratere e la
lava fuoriesce da una fessura
nella crosta. Questo tipo di
attività vulcanica viene sfruttata
dalla popolazione per produrre
energia di tipo geotermico;
infatti si cercano delle bolle di
gas magmatico ad alta
temperatura. Alla fuoriuscita di
quest’ultimo, grazie al suo
calore, viene prodotta energia.
E’ un metodo di energia
rinnovabile.
Stromboliana: è un'attività
mista, il magma è basaltico, ma
tende a solidificare nel cratere,
quindi i vulcani con queste
attività devono avere esplosioni
molto frequenti, altrimenti si
crea un tappo nel camino
vulcanico e di conseguenza
aumenta il grado di esplosività
(come quando si agita la
bottiglia di spumante).
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Classificazione delle attività esplosive:
1. vesuviana o pliniana: le esplosioni di
questi vulcani sono sempre due.
Prima fase magmatica: il magma è viscoso,
quindi i gas si accumulano sotto esso finché si
arriva all'esplosione, talmente violenta che
causa lo svuotamento di tutta la camera
magmatica. In questa prima fase vengono
deposti grandi quantità di piroclasti,
soprattutto ceneri, come è successo a Pompei
(79dC). Lo svuotamento della camera
magmatica richiama l'acqua e da qui ha inizio
la seconda fase.
Seconda fase idromagmatica o
freatomagmatica: in questa fase la camera
magmatica si riempie di acqua di mare o di
falda (da qui il nome freatomagmatica). L'acqua
entra nella camera magmatica ad una
temperatura di circa 2.000°, evapora all'istante e
l'evaporazione di questa causa l'esplosione del
vulcano.
Quando il gas esce si liquefa, si mischia alle
ceneri e ai pezzi di vulcano esplosi che si sono
depositati sui lati di esso, così si crea una colata
di fango che si propaga come un onda di fango,
com’è avvenuto per Ercolano.
I vulcani con questa attività provocano una
nube ardente a forma di pino marittimo.
Prodotti dell'attività vulcanica possono essere di tre tipi:
1) Aeriformi o gassosi:
Sono gas che si liberano durante l'attività
vulcanica e possono essere molto pericolosi.
Si tratta di anidride carbonica (CO2), vapori
dello zolfo (SO2, SO3) e vapore acqueo. La
sintesi di CO2 con H2O produce l'acido
carbonico (H2CO3), ma non è pericoloso,
perché è debole; un altro acido debole che si
crea è l'acido solforoso (H2SO3); molto più
dannoso è invece l'acido solforico (H2SO4,
acido forte).
In Camerun nel 1986 la fuoriuscita di gas
accumulati dopo l’estinzione di un vulcano
ha portato alla morte 1700 persone. I gas
sono fuoriusciti da un lago (Nyos) che
occupa l’antico cratere vulcanico.
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a) Classificazione delle lave:
b) Basaltiche si dividono in diversi tipi:
Pahoehoe, sig nifica che si può
camminare sopra a piedi nudi, perché la
lava è molto fluida e quando si
solidifica rimane molto liscia. La
pahoehoe ha una varietà chiamata a
corde, la lava quando si solidifica in
superficie e rimanendo liquida sotto,
forma una superficie raggrinzita.
Pillow (cuscini), i
basalti si depositano in
mare e assumono una
forma a cuscino, perché
subiscono contrazioni
da tutte le parti a causa
del raffreddamento
immediato quando
entrano in contatto con
l'acqua.
Colonnare, come
l'Etna, sono colate
basaltiche che quando
raggiungono il mare
formano delle colonne
perpendicolari alla
superficie dell'acqua.
c) Acide, anche di queste ne esistono diversi tipi:
A.A., la lava non si
solidifica uniformemente,
quindi a differenza del
pahoehoe quando si cammina
sopra fa male ai piedi.
Questo tipo di prodotto ha
una varietà chiamata a
blocchi, quando i frammenti
lasciati sono più grossi.
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2) Piroclasti Si classificano come le rocce
sedimentarie, cioè in base alle
dimensioni: polveri (Ø <
2mm), ceneri (2mm< Ø<2cm),
lapilli (Ø>2cm). Esistono altri
tipi di piroclasti: le bombe
sono lava che fuoriesce e che si
solidifica in volo; le scorie
sono rocce vulcaniche
vescicolari simili alla pomice,
solo che queste hanno bolle più
grandi; le brecce sono
frammenti piuttosto grossi,
prodotti da eruzioni esplosive.
Queste tre classificazioni sono
un intermedio tra piroclasti e
lava. Esistono anche i tufi ed
essi sono formati da
piroclasti, sia polveri, ceneri e
lapilli.
Eruzioni storiche Santorini, 2° millennio A.C., avamposto
della civiltà minoica (Creta), per anni il loro
declino rimase oscuro, un’ipotesi teorizza che
la fine sia da attribuire ad una gigantesca
esplosione (pari a 100 bombe all’idrogeno),
con deposizione di ceneri fino in Egitto di
spessore 30 metri e maremoto, a causa di
un’eruzione idromagmatica.
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Vesuvio, 79 d.c. costò la vita a
Plinio il Vecchio, il 24 agosto
un’altissima colonna di ceneri e
pomici cade su Pompei. Inizialmente
Ercolano si salva, pur essendo più
vicina al Vesuvio, poiché i venti
provenienti da Nord avevano
sospinto i piroclasti a sud verso
Pompei. La fase idromagmatica
seppellisce poi Ercolano sotto una
colata di fango di 30 m.
Etna (1669)
Normalmente non si tratta di un
vulcano molto pericoloso, poiché
quando l’attività è centrale si
manifesta con colate laviche e
fontane di lava, ma ogni cono
laterale è caratterizzato da un solo,
singolo episodio di tipo esplosivo,
che diventa particolarmente
pericoloso quando il cono è posto
a bassa quota. Nel 1669, pochi
anni prima del terribile terremoto
che distrusse la Sicilia orientale,
l’attività nacque da un cono
esploso durante la fase vulcanica
stessa, lasciando 2 colline (Monti
Rossi). La colata lavica è giunta
fino al mare distruggendo alcuni
paesi della cintura etnea,
costeggiando la parte occidentale
di Catania
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Vulcanesimo secondario:
geyser,
soffioni
boraciferi,
usati
nell’industria
elettrica per
produrre
energia
pulita, in
Italia a
Larderello,
nel mondo
Parco
nazionale
dello
Yellowstone.
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Distribuzione dei vulcani I vulcani sono distribuiti in determinate zone e si è osservato che quelle stesse aree sono interessate
da frequente attività sismica. Principalmente i vulcani sono distribuiti lungo delle catene subaeree
e non, e sono:
Cintura di fuoco circumpacifica: si tratta di una lunga serie di vulcani esplosivi attivi che si
estende ad arco lungo l'orlo dei continenti che si affacciano sull'Oceano Pacifico. Sono un'insieme
di vulcani subaerei che comprende quelli sistemati sul versante occidentale delle Americhe, su
quello orientale dell'Asia e sugli archi insulari del Giappone, delle Filippine e della Nuova Guinea.
Dorsali medio-oceaniche: qui la maggior delle eruzioni sono sommerse e quindi generalmente
inosservate, ma in alcuni casi le sommità dei coni emergono a formare delle isole per l'appunto di
origine vulcanica. Questa catena montuosa sottomarina si estende per più di 40.000 km, di cui
l'Islanda rappresenta l'unico punto emerso. Questi vulcani hanno la lava basaltica, emessa da
fessure centrali (rift valley) .
Dorsale medio-atlantica: fanno parte le isole Azzorre, Canarie, Capo verde e Sant'Elena. Passa
sotto l'Africa e nell'oceano Indiano, formando una y rovesciata.
Dorsale medio-Indiana: passa sotto l'Australia.
Dorsale medio-Pacifica: passa sotto la California.
In tutti le dorsali, si ha un vulcanesimo di divergenza (effusivo), cioè come lin Islanda.
Isole Hawaii: è un vulcanesimo da punto caldo (hot spots), sono dei vulcani a scudo (effusivo).
Zone orogeniche recenti: comprende i vulcani del mare delle Antille, del mar Mediterraneo.
effusiva esplosiva mista
Camera
magmatica
profonda superficiale
Tipo di magma Basaltico (lava fluida) Acido (lava viscosa) Basaltico
Manifestazione
dell’attività
Colate laviche
(eventuali laghi e
fontane di lava)
Nubi ardenti e prodotti
piroclastici
A seconda della fase
(effusiva o esplosiva)
Tipo di vulcano Scudi o plateaux Coni (eventuali caldere) Stratovulcani
Distribuzione Zone di distensione o
hot spots
Zone di subduzione
(fosse) o zone
orogeniche recenti
X
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I TERREMOTI
Il terremoto è una liberazione improvvisa di energia potenziale elastica, che si propaga sotto
forma di onde sismiche e calore.
Come si può notare
dall'immagine, possiamo
osservare che nel momento
in cui tiriamo la molla, essa
acquisisce energia
potenziale elastica, e solo
quando la lascio andare,
libera energia.
Ogni corpo rigido è anche
elastico. Il corpo si deforma
parzialmente, mentre si
spezza quando l’energia
potenziale elastica
accumulata è superiore al
limite di coesione
dell’oggetto. Le due
estremità vibrano liberando
l'energia potenziale
accumulata. Il punto di
rottura dipende dalle forze
di coesione tra le particelle
del materiale.
LE ONDE SISMICHE Il punto di rottura si chiama
ipocentro e da qui si
propagano le onde P e S che
vanno in tutte le direzioni.
Il punto della superficie più
vicino all'ipocentro si chiama
epicentro e da questo punto si
propagano le onde di
superficie.
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Le onde sismiche possono
essere di tipo P (primarie,
veloci, longitudinali): le
particelle del mezzo vibrano
avanti e indietro, nella stessa
direzione di propagazione
dell’onda.
Tipo S, secondarie, trasversali
(le particelle del mezzo
vibrano in alto e in basso,
oscillando perpendicolarmente
alla direzione di propagazione
dell’onda.
Di superficie (solo
dall’epicentro) e producono i
veri danni.
Le onde di superficie possono
essere di due tipi:
Onde Rayleigh sono onde di
tipo trasversale, simili alle
onde e S le loro particelle
oscillano da destra a sinistra
perpendicolarmente alla
propagazione dell'onda.
Onde Love sono onde di tipo
sussultorio, le loro particelle si
muovono seguendo un'ellisse e
sono molto pericolose, perché
fanno crollare le case.
LA TEORIA DI REID La teoria sui terremoti
venne ideata dallo
scienziato REID nel
1906, dopo il
terremoto avvenuto a
S. Francisco. Il
terremoto è un
fenomeno ciclico che
si manifesta in 4 stadi:
Inter-sismico: tra un
terremoto e l'altro.
Pre-sismico: prima del
terremoto (si vedono
gli elementi topografici
deformati).
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Co-sismico: durante il terremoto (l'energia si libera sotto forma di calore e di onde sismiche).
Dall'ipocentro le onde P e S si propagano in tutte le direzioni; dall'epicentro si propagano le onde di
superficie che si propagano lungo la superficie).
Post-sismico: dopo il terremoto (caratterizzata da scosse di assestamento, dette repliche. Questa
fase permette di ripristinare l'equilibrio, dato che non tutta l'energia potenziale elastica si libera con
il terremoto, l'energia che è rimasta si libera tramite queste piccole scosse).
Il terremoto è definito un fenomeno ciclico in quanto la sua forza non si annulla, ma continua
ad agire fino alla successiva rottura.
Subito dopo un terremoto, quando tutta l'energia potenziale elastica è stata liberata, inizia un nuovo
ciclo. Quando l'energia potenziale elastica accumulata è vicino al punto di rottura, sta per avvenire
un nuovo terremoto e gli elementi topografici appaiono deformati.
LE SCALE PER LA MISURAZIONE DEI TERREMOTI Scala Mercalli: misura l'intensità di un terremoto,
cioè i danni che provoca a persone e cose. E' divisa in
dodici gradi a seconda del danno che produce. Un
terremoto di 1° non viene avvertito, al 10° cadono gli
edifici in calcestruzzo e al 12° subiscono danni anche
gli edifici in cemento armato.
Scala Richter: l'energia liberata da un terremoto
dipende dall'energia che si era accumulata nelle masse
rocciose. Tale energia viene valutata indirettamente
con una grandezza chiamata magnitudo, la
magnitudine si calcola tramite la funzione logaritmica
M= log (A/Ao), dove A indica l'ampiezza massima
registrata dal sismografo, Ao (a con zero) indica
l'ampiezza di riferimento. Essa si misura con la scala
Richter, che corrisponde all'intensità liberata dalla
magnitudo. La massima magnitudo registrata
corrisponde a 9,8 nella placca di Nazca, in subduzione
sotto il Cile.
IL SISMOGRAFO
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Il sismografo segnala le vibrazioni del terreno: nell'immagine quello a destra registra i movimenti
verticali, quello a sinistra i movimenti orizzontali. La base è solidale col terreno: se il terreno vibra,
vibra anche la base. Anche le altre componenti del sismografo sono solidali col terreno, tranne il
pennino, poiché è collegato alla molla che assorbe le vibrazioni. Si dice, infatti, che il pennino è
inerte.
Tramite questo strumento si ottiene il sismogramma ovvero il grafico del terremoto. Maggiore è il
ritardo fra le onde P e S, maggiore è la lontananza dell'epicentro; questo poiché le onde P e S,
nonostante partano dallo stesso punto, viaggiano a velocità diverse.
Il grafico di
dromocrone:
indica la
distanza
dall'epicentro
una volta
calcolato il
ritardo.
I sismologi usano reti di stazioni
sismografiche per poter
localizzare l'epicentro di un
sisma. Solitamente si usano tre o
più stazioni: su una carta
equidistante si tracciano tre cerchi
con centro nelle tre stazioni di
rilevamento e raggio pari alla
distanza stazione/ipocentro
rilevato. I tre cerchi si
toccheranno in un punto che
corrisponde esattamente alla sede
dell'ipocentro (punto O).
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DISTRIBUZIONE TERRITORIALE DEI FENOMENI SISMICI Cintura di fuoco circumpacifica: Oceano
Pacifico, Cile, Patagonia, Argentina,
Messico, California e Isole Aleutine.
Continente Asiatico: Penisola del
Kamchatka, Giappone, Filippine,
Marianne, Indonesia, Giada, Sumatra,
Nuova Zelanda. In questi luoghi i
fenomeni sismici si possono associare ai
fenomeni vulcanici di tipo esplosivo.
Catene orogeniche recenti: Sistema
Alpino Himalayano, Iran, Grecia, Turchia,
Balcani, Alpini, Pirenei e Appennini.
Queste zone sismiche non sono
particolarmente vulcaniche.
PREVISONE DEI TERREMOTI
Esistono due tipi di previsione dei terremoti:
1. Previsione statistica: poichè il terremoto è legato all’accumulo di energia potenziale
elastica, che si origina da tensioni tettoniche, le aree dove si possono verificare i sismi sono
segnalate all’interno di cataloghi sismici.
Individuazione di gap (buco) sismico: dal momento che il terremoto è un fenomeno
ciclico, dopo aver individuato il periodo tipico di una data zona, si tengono sotto
osservazione le zone dove il ciclo non viene rispettato, in particolare quelle dove c’è un
ritardo.
2. Previsione deterministica: si basa sui segnali precursori del terremoto:
Curvatura degli elementi
topografici, significa che in zona si è
accumulata molta energia e si nota,
per esempio, dalla diversa
angolazione di uno steccato.
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La dilatanza corrisponde all'aumento del volume delle rocce. Prima che la roccia si rompa, si
creano delle microfratture che si riempiono d'aria, quindi la roccia si dilata.
Diminuzione di velocità delle onde P. Se si osserva dilatanza, si provocano delle piccole
esplosioni in modo da mandare onde P per osservare la loro velocità di propagazione; se la roccia è
compatta, la velocità delle onde P è più veloce, se, invece, queste si propagano meno velocemente
vuol dire che ci sono delle bolle d'aria nella roccia.
Aumento della concentrazione dei gas Radon nelle acque di falda. Il radon è un elemento
contenuto nelle rocce. Se le rocce si rompono, il gas radon viene liberato, e se c'è una falda
acquifera, questo viene concentrato nell'acqua. Non è possibile sapere né dove né quando avverrà la
rottura.
Controllo dei terremoti:
Negli Stati Uniti la faglia di S Andreas
è molto superficiale, il chè permette
un lubrificazione della stessa mediante
iniezione di gas ad alta pressione che
funzionano come i cuscinetti a sfera,
riducendo l’attrito e favorendo il
movimento. In questo modo si tenta di
far avvenire tanti piccoli terremoti, al
posto di uno di grande magnitudine.
Va però detto che l’energia che si
libera in seguito a tanti piccoli
terremoti è poca rispetto a quella che
si libera con un solo terremoto di
grande magnitudine.
©LauraCondorelli 2015 Pagina 17
In realtà il controllo migliore è
comunque quello di seguire le
norme antisismiche nella
costruzione degli edifici e alcuni
piccoli accorgimenti nel
comportamento.
Credits Sofia Dell’Orco, Nesma El Saka, Chiara Prochilo, NASA,
Wikimedia Commons (Peleg Micaeli, Greg Smith,Hansueli Krapf,
ChrisO, Bernard Cagnon, CC BY-SA, Pastorius 3.0,USGS)