Geologia I VULCANI. 1. Vulcani 2. Terremoti 3. Elementi di tettonica 4. Teorie della dinamica endogena

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1 Geologia 1. Vulcani 2. Terremoti 3. Elementi di tettonica 4. Teorie della dinamica endogena I vulcani sono composti da tre parti: I VULCANI 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 stratovulcani hanno quindi un'attività vulcanica mista. L'edificio vulcanico, a seconda della sua forma, può essere di tre tipi: LauraCondorelli 2015 Pagina 1

2 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 LauraCondorelli 2015 Pagina 2

3 Vulcani a scudo: hanno una base ampia, sono poco pendenti, quasi orizzontali, anche se sono alti quasi 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. LauraCondorelli 2015 Pagina 3

4 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). LauraCondorelli 2015 Pagina 4

5 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 (CO 2 ), vapori dello zolfo (SO 2, SO 3 ) e vapore acqueo. La sintesi di CO 2 con H 2 O produce l'acido carbonico (H 2 CO 3 ), ma non è pericoloso, perché è debole; un altro acido debole che si crea è l'acido solforoso (H 2 SO 3 ); molto più dannoso è invece l'acido solforico (H 2 SO 4, 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. LauraCondorelli 2015 Pagina 5

6 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. LauraCondorelli 2015 Pagina 6

7 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. LauraCondorelli 2015 Pagina 7

8 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 LauraCondorelli 2015 Pagina 8

9 Vulcanesimo secondario: geyser, soffioni boraciferi, usati nell industria elettrica per produrre energia pulita, in Italia a Larderello, nel mondo Parco nazionale dello Yellowstone. LauraCondorelli 2015 Pagina 9

10 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 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 profonda superficiale magmatica 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 X hot spots Zone di subduzione (fosse) o zone orogeniche recenti LauraCondorelli 2015 Pagina 10

11 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. LauraCondorelli 2015 Pagina 11

12 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). LauraCondorelli 2015 Pagina 12

13 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 LauraCondorelli 2015 Pagina 13

14 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). LauraCondorelli 2015 Pagina 14

15 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. LauraCondorelli 2015 Pagina 15

16 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 16

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) LauraCondorelli 2015 Pagina 17