Il meccanismo eruttivo

Il magma, essendo meno denso delle rocce circostanti, quando risale costituisce corpi enormi a forma di goccia che si fanno spazio, determinando un'attività sismica definita tremore. Giunto in prossimità della superficie, il magma si accumula in una camera magmatica, formata da rocce cassanti (2-10 km di profondità), in una situazione di equilibrio e differenziandosi per cristallizzazione. Quando questa condizione di stabilità viene meno, si ha un'eruzione magmatica, ovvero l'emissione di materiale magmatico divenuto ora lava e sostanze volatili. Questo equilibrio spesso è interrotto dalla pressione litosferica che agisce sulla camera magmatica che diminuisce, comportando la solubilità del gas all'interno della soluzione magmatica, e la successiva separazione dal liquido e concentrazione verso la parte superiore della camera magmatica. Qui le rocce si frantumano e si viene a creare il camino vulcanico, condotto utilizzato poi dal magma per farsi strada verso la superficie ed uscendo da un'apertura chiamata cratere. Una volta esaurita l'espansione gassosa, la lava all'interno dal cratere si solidifica, formando un “tappo” che sarà forse frantumato dalla pressione di altri gas della camera magmatica, ripetendo il ciclo.

L'eruzione non è causta solamente dai componenti volatili del magma, ma anche dal contenut di silice: più gas sono presenti, più l'eruzione sarà esplosiva, più silice è presente, piû l'eruzione risulterà viscosa e quindi effusiva.

Distribuzione globale dei vulcani

Fonti:

-libro di testo "I materiali della Terra solida" do Alfonso Bosellini
-immagine:
http://www.webpages.uidaho.edu/~simkat/cors220_files/world_volcanoes.jpg

Definizione e relazioni geologiche

Sappiamo che il magma è più leggero delle rocce da cui deriva, quindi tende a risalire verso l'alto, facendosi strada nella litosfera o trovando “condotti” già formati precedentemente da altro magma, riversandosi poi in superficie attraverso un'apertura naturale chiamata vulcano. Quandi il magma affiora in superficie si chiama lava.

In base alla frequenza eruttiva, un vulcano può essere:

1. Attivo quando ha eruttato l'ultima volta durante un'epoca storica o meno di 10000 anni (oggi sono circa 500 i vulcani attivi);
2. Quiescenti se sono in “standby”, ovvero quando il tempo trascorso dall'ultima emissione di lava non supera l'intervallo di tempo fra la penultima ed ultima eruzione;
3. Estinti quando l'ultima eruzione è avvenuta più di 10000 anni fa.

La maggior parte dei vulcani si trova lungo le zone di subduzione e le dorsali oceaniche, quindi ai margini delle placche, tuttavia ve ne sono molti anche sulle placche continentali e oceaniche.

Fonti:

-libro di testo "I materiali della Terra solida" di Alfonso Bosellini

Le rocce ignee nel sottosuolo

I fenomeni vulcanici o effusivi sono a noi comprensibili perché avvengono sulla superficie terrestre o a basse profondità, mentre i fenomeni plutonici non li possiamo osservare direttamente, cosicché dobbiamo esaminare le rocce intrusive.

I plutoni sono corpi magmatici consolidatisi nl sottosuolo, aventi forma e dimensioni variabili. Queste rocce affiorano in superficie, perchè le rocce sedimentarie e vulcaniche sono depositate lungo strati suborizzontali e, a causa di spinte compressive sempre orizzontali, avviene l'orogenesi, con contemporanea iniezione di magma granitico; infine, attraverso l'erosione, le montagne vengono demolite ed affiorano i plutoni.

I batoliti sono le rocce plutoniche con dimensioni maggiori, la cui estensione varia da centinaia a migliaia di chilometri quadrati, mentre, se posseggono dimensioni minori, si definiscono ammassi o masse satelliti. Essi costituiscono “l'ossatura” dei continenti e sono formati da rocce felsiche, in particolare granitiche. I plutoni più superficiali possiedono limiti ben definiti con le rocce incassanti, prova di un'intrusione avvenuta più lentamente rispetto a quelle più profonde che hanno contatti più sfumati e quindi limiti meno definiti.

Altri corpi plutonici che solidificano in prossimità della crosta terrestre e di dimensioni minori rispetto ai batoliti vengono definiti corpi ipoabissali, i quali si sviluppano:

1. In parallelo agli strati del terreno, cioè in modo concordante, intrusione che a sua volta può avvenire per:
   1. Separazione degli strati preesistenti del suolo, come nei filoni-strato, corpi ipoabissali che si formano longitudinalmente al terreno;
   2. Inarcamento delle rocce sovrastanti, come nei laccoliti, plutoni convessi verso la superficie terrestre (colli Euganei, Veneto).

2. Verticalmente agli strati del sottosuolo, cioè discordante, come i dicchi (filoni), plutoni tabulari ma trasversali al terreno.

Fonti:
-libro di testo: "I materiali della Terra solida" di Alfonso Bosellini
-immagine:
http://www.mondadorieducation.it/media/contenuti/sfoglialibro/120900030925_crippa_sistema_terra/files/assets/seo/page13_images/0003.jpg

ViscoDENS

La ViscoDENS                                                                                                                             mercoledì 30 ottobre 2013

In questa giornata di pieno autunno, si celebra un evento molto importante, anzi importantissimo, non solo per la classe 4^C del liceo scientifico “Vittorio Sereni” di Luino, ma anche per i genitori, i parenti degli alunni di questa cerchia di “scienziati”, per l'Italia intera, per tutta l'Europa, per l'umanità intera... in cui si inaugura la mitica, la fantastica, l'incredibile, la leggendaria, l'epica o come la volete chiamare...
Insomma, ecco a voi: la ViscoDENS.

Un passo indietro...

Giovedì 24 ottobre 2013, il prof. di scienze, dopo aver lungo disquisito in classe con i miei compagni ed io sulla differenza tra la viscosità e la densità, ci ha assegnato un compito di enorme importanza che appunto è la ViscoDENS. Si tratta di un “dibattito scientifico” per farsi spigare dai propri famigliari la differenza tra la densità e la viscosità, due proprietà misteriose della materia, e per spiegare io a loro la differenza secondo la mia esperienza e il mio bagaglio culturale.

Ritorniamo al dunque...

Il dibattito si è svolto dopo cena, tra le 20.30 e le 21.00 circa tra i miei genitori, uno dei miei zii ed io. Il tutto comincia con il parere di mio zio Melchiorre, il quale stava prendendo un caffè, dicendo che queste due proprietà fisiche sono la stessa cosa e si aggiungono al caffè come correzione oltre allo zucchero. Beh, è già un buon inizio per uno che ancora si interroga sul perché dell'esistenza dell'orologio e della sua utilità, in quanto io abbia già provato a spiegarglielo più volte. Dalla spiegazione dei miei genitori è emerso per quanto riguarda la viscosità, la correlazione con le molecole e il concetto di “viscido”, mentre per la densità una nozione fisica che riguarda il peso specifico e un contenitore ermetico con l'acqua bollente e il vapore acqueo. Alla domanda se è più denso l'olio o l'acqua, all'inizio c'è stata un po' di confusione e incertezza, ma dopo i miei genitori sono arrivati alla risposta esatta.

Ecco la mia spiegazione: la densità è il rapporto fra la massa di un corpo e il volume che esso occupa nello spazio. L'unità di misura è il kg/m3 e, facendo l'esempio con un ipotetico metro cubo di acqua e sapendo che la sua densità è pari a 1000 kg/m3, ho detto che in un metro cubo sono concentrati 1000 kg di acqua (spiegazione peraltro fatta da mio padre quando ero piccolo e che mi ricordo ancora perfettamente); inoltre ho tirato in ballo la differenza tra peso e massa, per speigare come mai la densità e peso specifico sono strettamente correlati fra loro, ma prendono in considerazione uno la massa, l'altro il peso; per viscosità invece si intende la resistenza al fluire di un corpo, nello specifico un fludio, ovvero un liquido o un aeriforme, perchè le particelle della materia esercitano attrito l'una sull'altra quando si muovono e sul mezzo su cui scorrono, prendendo in esame un barattolo di miele ed una bottiglia di acqua. Inoltre ho spiegato il motivo per cui l'olio è meno denso rispetto al'acqua, per il semplice motivo che galleggia, utilizzando questa illustrazione:

In conclusione devo dire che i miei genitori se la sono caviata bene, e l'incertezza sulla seconda domanda veniva dal fatto dal mal interpretare la viscosità dell'olio con la densità. Mio zio invece all'ultima domanda ha espresso nuovamente il proprio pensiero: il corpo più denso di tutti è il caffè.

Cristallizzazione magmatica e differenziazione

Durante la risalita dei magmi primari, essi si raffreddano e comincia la loro cristalizzazione, ovvero il processo di trasformazione dallo stato liquido a quello solido, in cui vi può essere anche una successione ordinata di cambiamenti chiamata serie di reazione, verificabile in due modalità diverse:

1) Reazione continua, quando il minerale all'inizio del processo si forma e cambia successivamente la propria composizione mediante sostituizione di ioni. Il plagioclasio di composizione calcitica (anortite), al diminuire della temperatura, sostituise i ioni di calcio con quelli di sodio, creando un plagioclasio ricco di sodio (albite),
2) Reazione discontinua, propria  dei minerali mafici, quando la cristallizzazione del minerale iniziale muta la propria struttura cristallina, creando altri minerali, iniziando con l'olivina, poi il pirosseno, dopodiché l'anfibolo e infine la biotite.

Queste due serie die reazioni costituiscono la serie di Bowen, mineralista americano, secondo la quale i minerali cristallizzano per progressiva diminuzione della temperatura, in successione dal basso verso l'alto.

Norman Levi Bowen

In molti casi però i minerali già cristallizzato non reagiscono con il magma e formano il termine successivo, ma vengono separati dal fuso, modificando così anche la serie di reazioni: tale processo si definisce cristallizzazione frazionata, e causa la differenziazione magmatica, ovvero il magma originario compone rocce di differente composizione mineralogica.
Ad esempio, se l'olivina non segue il magma verso l'alto, forma la peridotite, oppure se la serie discontinua si ferma ai pirosseni, essi costituiranno il gabbro. A questo punto il magma è privato dei componenti mafici, perciô costituirà il granito, formata in gran parte da quarzo e feldspato potassico. La soluzione finale costituirà la pegmatite.

Pegmatite

Pertanto la composizone di una roccia dipende sia dalle caratteristiche del fuso iniziale, sia dalle modalità del processo di cristallizzazione (serie di Bowen o cristallizzazione frazionata).

La genesi dei magmi

Il magma si forma per fusione parziale, dove le rocce fondono gradualmente, processo causato fondamentalmente da tre fattori:

1. Aumento delle temperatura;
2. Aumento del solidus, cioè i valori limite di temperatura e pressione a cui inizia la fusione del primo minerale di una roccia, nel mantello o nella crosta;
3. Decompressione adiabatica, ovvero una diminuzione di pressione senza perdita di calore e in tempi brevi.

Le rocce più abbondanti che costituiscono la crosta sono il granito, rocca felsica intrusiva, e il basalto, roccia mafica effusiva.

La maggior parte dei magmi è basica e vengono definiti magmi primari, i quali derivano dalla fusione parziale di peridotiti, rocce del mantello superiore, costituiti da olivina, pirosseni ed elementi accessori; mentre in minoranza i magmi sono acidi o anatettici, ottenuti dalla fusione parziale, definita anatessi, di rocce della crosta terrestre.

È interessante il rapporto tra temperatura di fusione del magma e la pressione a cui è sottoposto: nel magma granitico al diminuire delle pressione, la temperatura di fusione aumenta, mentre in quelli basaltici diminuisce. Pertanto i magmi granitici solidificano prima e fanno fatica ad affiorare sulla superficie, a differenza dei magmi basaltici.

Il magma

Il magma è un liquido incandescente prevalentemente silicatico, caratterizzato da temperature comprese tra i 650°C e i 1300°C, in cui sono presenti, anche seppur in minima parte, delle fasi solide e gassose. Esso contiene acqua, elementi chimici (esempio Si e Al) sotto forma di ioni complessi e ioni metallici semplici.

Quando il magma subisce lievi mutamenti chimici e quindi solidifica in profondità, origina le rocce plutoniche, ed essendo un composto silicatico, favorisce conseguentemente una maggiore concentrazione di SiO₂ perché viene meno a contatto con sostanze esterne, le rocce vulcaniche invece si originano per la risalita e la successiva solidificazione del magma, ormai diventato lava, il quale durante il tragitto ingloba altre sostanze, contenendo meno SiO₂ di quelle plutoniche.

La pressione e la temperatura giocano un ruolo chiave sulle proprietà del magma: infatti

un minerale X a certe condizioni di temperatura e di pressione si trova allo stato solido, ma può passare a quello liquido sia per aumento della temperatura sia per la diminuzione della pressione, alzandone la temperatura di fusione nel secondo caso; al contrario l'aggiunta di acqua diminuisce la temperatura di fusione del minerale X, dove se prima fondeva a 1000°C, ora fonde a 800°C, cambiandone di conseguenza il confine fra lo stato solido e liquido.

L'acqua costituisce il 90% dei gas disciolti nel magma e, insieme ad altri gas, costituisce gli elementi volatili, emessi per degassazione in superficie.

Le proprietà principali del magma sono la densità, dovuta alla composizione chimica, alla temperatura, e alla pressione, e la viscosità, cioè la resistenza al fluire, influenzata dal grado di polimerizzazione del magma. I magmi caratterizzati da un elevato contenuto di silice (acidi) sono meno densi e più viscosi, pertanto più ricchi di silice, mentre quelli caratterizzati da un minor contenuto di silice (basici) sono più densi e meno viscosi.