Corso d i di G eomorfologia: Geomorfologia: Lezione La morfologia vulcanica Marco Materazzi

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1 Corso di Geomorfologia: Lezione 5 La morfologia vulcanica Marco Materazzi

2 Eruzioni centrali o fissurali TIPOLOGIA DELLE ERUZIONI VULCANICHE Eruzioni laviche o effusive ed eruzioni esplosive (stratovulcani e vulcani a scudo) Vulcanismo di tipo hawaiano, stromboliano, vulcaniano, pliniano, ultrapliniano Interazione fra acqua e magma: eruzioni surtseyane, eruzioni freatopliniane (seamounts) PRODOTTI DELL ATTIVITA VULCANICA ESPLOSIVA Prodotti piroclastici o piroclastiti o tefra (ceneri, lapilli, bombe) Meccanismi di trasporto e deposizione (caduta piroclastica, colatapiroclastica, surge piroclastico) PRODOTTI DELL ATTIVITA VULCANICA EFFUSIVA Colate laviche (lave a corde, aa) Basalti colonnari MORFOTIPI VULCANICI Duomi vulcanici Coni di scorie Anelli di tufo, coni di tufo, maar Tavolati o plateau vulcanici Barrancos Lahars Caldere

3 Comportamento eruttivo dei magmi in funzione della loro composizione chimica e del contenuto in gas. I magmi basici e acidi ricchi di gas danno luogo rispettivamente a colate e fontane di lava, e a grandi eruzioni esplosive (A, C). Gli stessi magmi degassati generano rispettivamente i effusioni laviche tranquille e messa in posto di corpi lavici viscosi di modesto volume e forte spessore (B, D) (da Accordi e Lupia Palmieri, 1991, modificato).

4 SKJALDBREIDUR (Islanda) FERNANDINA (Galapagos) MAUNA LOA (Hawaii) 0 20 km Forme e dimensioni dei vulcani scudo di tipo islandese, Galapagos e hawaiano.

5 Sezione schematica di uno stratovulcano costituito da alternanza di livelli piroclastici (puntinato), colate laviche (L) e sill (S) tagliati dal condotto e da dicchi (D) di alimentazione di coni laterali (C). Da McDonald (1972), ridisegnato.

6 Eruzione surtseyana di un magma basico. L interazione tra magma e acqua in prossimità della superficie marina genera esplosioni di notevole energia con conseguente forte frammentazione del magma e formazione di coni di tufo. Lo stesso magma eruttato in ambiente subacqueo profondo forma sequenze di prodotti lavici spesso con tipiche strutture a pillow e materiale vetroso frammentato (ialoclastiti) (figura piccola).

7 A B e di frammenta azione) peso di ceneri fini) F (indic (% in FREATOPLINIANA SURTSEYANA ULTRA PLINIANA VULCANIANA PLINIANA HAWAIANA SUBPLINIANA STROMBOLIANA D (= indice di dispersione) in km 2 SURTSEYANA HAWAIIANA VULCANIANA STROMBOLIANA SUBPLINIANA FREATOPLINIANA altezza della colonna eruttiva ULTRA PLINIANA PLINIANA Classificazione delle eruzioni esplosive in funzione del grado di frammentazione e della dispersione areale dei prodotti piroclastici di caduta (Walker, 1973). Il parametro D indica l area ricoperta da depositi con uno spessore superiore a 1/100 di quello massimo. Il parametro F rappresenta la percentuale di componenti con diametro < 1 mm misurata in una posizione definita del deposito. B. Illustrazione delle dimensioni delle colonne eruttive per i vari tipi di eruzione definiti nel diagramma di Walker.

8 Schema evolutivo semplificato dell apparato di Stromboli. L attività mista effusiva ed esplosiva costruisce uno stratovulcano (1) (grigio chiaro) che, in seguito a una o più eruzioni, collassa per dare una caldera (2). Le fasi successive sono caratterizzate da: eruzioni che colmano la caldera (3) (rigato verticale), collasso della parte occidentale dell isola (4), completa ricostruzione del fianco attraverso nuove eruzioni effusive (5) (rigato orizzontale), collasso della Sciara del Fuoco e attività stromboliana attuale (6) (grigio scuro). Lo studio dell evoluzione di una struttura vulcanica complessa come quella di Stromboli si basa sul rilevamento di terreno finalizzato al riconoscimento i dilit dei litotipiti i affioranti e dil dei loro rapporti stratigrafici, ti i alla individuazione id i di dei periodi di stasi dell attività ità testimoniati, ti i ti ad esempio, da paleosuoli, e alla identificazione delle strutture vulcaniche e tettoniche. A causa della discontinuità dei depositi lavici e piroclastici, che può essere primaria oppure conseguente a erosione, è spesso difficile riconoscere con esattezza i rapporti stratigrafici tra unità eruttive. Pertanto nello studio dei vulcani complessi si fa uso esteso di datazioni radiometriche per le ricostruzioni stratigrafiche. Tali datazioni, tuttavia, forniscono dati poco attendibili nel caso di rocce molto giovani

9 Mount Hood, Oregon, and Mount Adams and Mount St. Helens, Washington, September 1994.

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12 Mount Saint Helens Washington, USA

13 Ampio cratere (diametro circa 2 km) del vulcano St. Helens formatosi in seguito all eruzione del 18 maggio Il cratere contiene nella parte centrale un duomo lavico messo in posto durante le fasi finali dell attività eruttiva. Prima dell eruzione esplosiva il vulcano presentava una forma conica molto regolare; la parte mancante del cono, per un altezza di circa 500 m, fu rimossa nelle prime fasi dell eruzione eruzione per effetto combinato di un rapido movimento franoso e di una forte esplosione laterale. Queste depressioni vengono anche denominate caldere da frana (avalanche caldera).

14 Stratovulcano di Alicudi, Isole Eolie. Lampia L ampia depressione sommitale, riconoscibile dalla rottura del pendio, è occupata da duomi andesitici dalla tipica forma mammellonare. Le strutture allungate sul fianco SE (a sinistra nella foto) sono colate laviche andesitiche mediamente viscose emesse dall area sommitale.

15 Struttura interna dello stratovulcano di Santorini, Grecia, visibile lungo le pareti dell ampia caldera centrale. Notare l alternanza di colate laviche e depositi piroclastici, e la presenza di dicchi che tagliano la sequenza vulcanica passando, in alcuni casi, ad una giacitura concordante (sill) (foto P. Manetti).

16 Eruzioni centrali o fissurali TIPOLOGIA DELLE ERUZIONI VULCANICHE Eruzioni laviche o effusive ed eruzioni esplosive (stratovulcani e vulcani a scudo) Vulcanismo di tipo hawaiano, stromboliano, vulcaniano, pliniano, ultrapliniano Interazione fra acqua e magma: eruzioni surtseyane, eruzioni freatopliniane (seamounts) PRODOTTI DELL ATTIVITA VULCANICA ESPLOSIVA Prodotti piroclastici o piroclastiti o tefra (ceneri, lapilli, bombe) Meccanismi i di trasportot e deposizione i (caduta piroclastica, colata lt piroclastica, surge piroclastico) PRODOTTI DELL ATTIVITA VULCANICA EFFUSIVA Colate laviche (lave a corde, aa) Basalti colonnari MORFOTIPI VULCANICI Duomi vulcanici Coni di scorie Anelli di tufo, coni di tufo, maar Tavolati o plateau vulcanici Barrancos Lahars Caldere

17 Mount tpinatubo Il Monte Pinatubo è un vulcano attivo presso l'isola di Luzón nelle Filippine al confine tra le tre province di Zambales, Bataan e Pampanga. L'eruzione del giugno 1991, la prima dopo 5 secoli di inattività, fu la seconda più grande e violenta eruzione del XX secolo. Le previsioni dell'inizio dell'attività eruttiva erano esatte e decine di migliaia di persone furono evacuate dall'area circostante il vulcano salvando molte vite, ma l'area subì numerosi danni a seguito delle colate piroclastiche, il deposito delle ceneri, e in seguito dei Lahar, frane di cenere causate dalle piogge che rimuovevano le ceneri depositatesi. Migliaia di abitazioni furono distrutte. Gli effetti dell'eruzioneeruzione furono avvertiti a livello planetario. Essa iniettò un'enorme quantità di gas nella stratosfera, superiore ad ogni eruzione successiva a quella del Krakatoa del Gli aerosol formarono uno strato oscurante di acido solforico, nei mesi successivi. La temperatura globale diminuì di mezzo grado Celsius e il buco dell'ozono crebbe sostanzialmente.

18 Distribuzione mondiale dei prodotti cineritici del vulcano Pinatubo

19 caduta piroclastica colata piroclastica surge piroclastico Rappresentazione schematica dei processi di messa in posto dei depositi piroclastici di caduta, colata e surge, e dei rispettivi i rapporti con la topografia dei terreni sottostanti. t ti

20 Caduta piroclastica, depositi e bombe

21 Pyroclastic Surge: A more energetic and dilute mixture of searing gas and rock fragments is called a pyroclastic surge. Surges move easily up and over ridges; flows tend to follow valleys. Pyroclastic Flow: High-speed avalanches of hot ash, rock fragments, and gas move down the sides of a volcano during explosive eruptions or when the steep edge of a dome breaks apart and collapses. These pyroclastic flows, which can reach 1500 degrees F and move at miles per hour, are capable of knocking down and burning everything in their paths.

22 Pyroclastic surge

23 Surge deposit

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26 Pyroclastic flow from the Soufrière Hills Volcano (Antille)

27 Pyroclastic flow deposit

28 Eruzioni centrali o fissurali TIPOLOGIA DELLE ERUZIONI VULCANICHE Eruzioni laviche o effusive ed eruzioni esplosive (stratovulcani e vulcani a scudo) Vulcanismo di tipo hawaiano, stromboliano, vulcaniano, pliniano, ultrapliniano Interazione fra acqua e magma: eruzioni surtseyane, eruzioni freatopliniane (seamounts) PRODOTTI DELL ATTIVITA VULCANICA ESPLOSIVA Prodotti piroclastici o piroclastiti o tefra (ceneri, lapilli, bombe) Meccanismi i di trasportot e deposizione i (caduta piroclastica, colatapiroclastica, surge piroclastico) PRODOTTI DELL ATTIVITA VULCANICA EFFUSIVA Colate laviche (lave a corde, aa) Basalti colonnari MORFOTIPI VULCANICI Duomi vulcanici Coni di scorie Anelli di tufo, coni di tufo, maar Tavolati o plateau vulcanici Barrancos Lahars Caldere

29 Strutture a corde di una colata basaltica del Kilawea, Hawaii.

30 Strutture aa di una colata basaltica recente della rift valley etiopica, nell area del vulcano Fantallè.

31 Basalti colonnari del plateau lavico del Fiume Columbia, Oregon, USA.

32 Eruzioni centrali o fissurali TIPOLOGIA DELLE ERUZIONI VULCANICHE Eruzioni laviche o effusive ed eruzioni esplosive (stratovulcani e vulcani a scudo) Vulcanismo di tipo hawaiano, stromboliano, vulcaniano, pliniano, ultrapliniano Interazione fra acqua e magma: eruzioni surtseyane, eruzioni freatopliniane (seamounts) PRODOTTI DELL ATTIVITA VULCANICA ESPLOSIVA Prodotti piroclastici o piroclastiti o tefra (ceneri, lapilli, bombe) Meccanismi i di trasportot e deposizione i (caduta piroclastica, colatapiroclastica, surge piroclastico) PRODOTTI DELL ATTIVITA VULCANICA EFFUSIVA Colate laviche (lave a corde, aa) Basalti colonnari MORFOTIPI VULCANICI Duomi vulcanici Coni di scorie Anelli di tufo, coni di tufo, maar Tavolati o plateau vulcanici Barrancos Lahars Caldere

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34 Geometria e strutture interne di duomi lavici endogeni con tipiche brecce esterne (zona puntinata), laminazioni concentriche ih legate al particolare tipo di accrescimento dall interno per successive iniezioni laviche (linee tratteggiate) e fessurazione colonnare radiale più o meno regolare (linee spesse). A. Duomo simmetrico; B. Duomo simmetrico i con depressione centrale causata dalla contrazione all interno del condotto. C e D. Duomi asimmetrici i i per scorrimento della lava su superfici inclinate (da McDonald, 1972, ridisegnato).

35 St tt i t di d d i l t ffi t i i d ll i l di M l G i N t Struttura interna di un duomo endogeno parzialmente eroso affiorante nei pressi dell isola di Mylos, Grecia. Notare le strutture laminari concentriche e la fessurazione colonnare divergente (foto P. Manetti).

36 Coni di scorie (o pomici) I coni di scorie sono o piccoli edifici vulcanici c monogenici, oge formati nel corso di eruzioni subaeree ee di tipo stromboliano, o, della durata di pochi giorni o pochi anni. Essi sono formati dall accumulo di frammenti messi in posto secondo traiettorie balistiche nelle immediate vicinanze del centro di emissione. La forma di questi edifici, in pianta, è approssimativamente circolare o, talora, allungata se l attività che ne determina la formazione si protrae nel tempo, con il centro di emissione che migra lungo una frattura. Attività esplosiva stromboliana e coni di scorie nell area craterica di Stromboli (Isole Eolie).

37 Cono di scorie della rift valley etiopica, nell area del vulcano Kone a nord della città di Nazareth.

38 Cono di scorie saldate del vulcano Kilawea, Hawaii.

39 Altro esempio di cono di scorie della rift valley etiopica, nell area del vulcano Kone a nord della città di Nazareth.

40 CONI E ANELLI DI TUFO (tuff-cones e tuff-rings) g) Questi edifici si formano comunemente a seguito di eruzioni freato-magmatiche che determinano la messa in posto e l accumulo per esplosioni successive di depositi da flusso e da surge piroclastico, con una componente ridotta di frammenti messi in posto per caduta, spesso secondo traiettorie balistiche. La durata di tali eruzioni può essere compresa tra pochi giorni e poche settimante, raramente qualche mese. Coni ed anelli di tufo sono edifici monogenici, caratterizzati da crateri il cui fondo è situato topograficamente al di sopra della superficie di base dell edificio. Essi sono costituiti da strati di piroclastiti che immergono sia verso l interno che verso l esterno del cratere. Nei coni di tufo il rapporto tra altezza e diametro di base è maggiore rispetto agli anelli di tufo, il cratere è generalmente più piccolo, il rapporto tra flussi e surges piroclastici è più alto, sono spesso presenti intercalazioni di depositi da caduta, e l angolo di inclinazione degli strati è di circa in prossimità della cresta del cratere. I coni di tufo si formano in aree in cui l acqua superficiale (di un lago o del mare) si trova al disopra del centro eruttivo. Tuff cone di Monte Nuovo (Campi Flegrei) Tuff cone di Nisida (Campi Flegrei)

41 Negli anelli di tufo sono prevalenti i depositi da base-surge, che conferiscono all edificio una forma meno pronunciata, con angoli di inclinazione degli strati molto più bassi rispetto ai coni di tufo. Gli anelli di tufo si formano quando il magma interagisce esplosivamente con abbondante acqua in prossimità o in corrispondenza della superficie. Essi sono caratterizzati da volumi di magma eruttati generalmente inferiori rispetto ai coni di tufo. Tuff ring Arabia Saudita Fort trock State t Natural larea - Eastern Oregon (USA)

42 Fort Rock State Natural Area - Eastern Oregon (USA)

43 Maar è un termine tedesco (al plurale Maare) utilizzato per indicare delle strutture poco rilevate, generalmente di forma circolare, il cui fondo depresso rispetto al piano di campagna è occupato da un lago. Si tratta di caldere di origine idromagmatica, ossia di cavità originate da esplosioni scatenate dal contatto tra magma e acqua di falda. L'acqua della falda profonda (falda freatica), venendo a contatto con il magma in masse consistenti, provoca la formazione di grosse quantità di composti volatili con un potenziale esplosivo di potenza inimmaginabile con conseguenze catastrofiche paragonabili a quelle degli impatti di meteoriti di grandi dimensioni. L'acqua della falda freatica riempie poi la caldera residua formando così il laghetto nel fondo della cavità. Maar della rift valley etiopica, nell area del vulcano Kone a nord della città di Nazareth.

44 Isola di Surtsey, Islanda, formatasi nel La parte affiorante, costituita da un cono di scorie accresciutosi all interno di un cono di tufo, rappresenta la porzione sommitale di un vulcano sottomarino formato da lave e ialoclastiti. Il passaggio da lave a cono di tufo e, infine, a cono di scorie riflette la netta diminuzione nel rapporto acqua/magma nel corso dell eruzione che ha costruito l isola.

45 Cratere di esplosione (maar) di Horaro (Green Lake) nei pressi di Debre Zeit, regione di Addis Abeba, Etiopia. Il cratere, occupato da un lago, si è formato in seguito ad un eruzione idrovulcanica ai piedi di un vecchio stratovulcano il cui bordo calderico, profondamente dissestato, è ancora parzialmente riconoscibile sullo sfondo della foto. Gli strati affioranti lungo le pareti del cratere rappresentano le colate del vecchio stratovulcano e, nella parte superiore, i depositi di surge connessi all attivitàattività freatomagmatica responsabile della formazione del maar.

46 Randecker maar - Germany

47 Maar Sezione trasversale di un maar, di un cono di tufo e di un anello di tufo. Da Cass e Wright (1988), modificato. Cono di tufo Anello di tufo

48 Rappresentazione schematica della formazione di un plateau lavico per ripetute eruzioni fissurali basaltiche.

49 A Formazione di un tavolato lavico monogenico attraverso. A e B. Invasione di una valle fluviale l da parte di una colata lavica; C. Inversione di rilievo conseguente all erosione delle rocce a minore competenza lungo i bordi didella colata. B C

50 Formazione di una caldera conseguente a: A. Eruzione esplosiva di tipo pliniano; B. Svuotamento parziale della camera mag-matica; C. Collasso della parte centrale dell apparato vulcanico (da Mac Donald, 1972, ridisegnato).

51 Gentili B. Materazzi M. Corso di Geomorfologia: Lezione 5 La morfologia vulcanica Materazzi M. Corso di Geomorfologia: Lezione 5 La morfologia vulcanica Carta topografica dell isola di Vulcano, Isole Eolie. Lisola L isola è caratterizzata da due ampie caldere. La più meridionale è quasi completamente riempita da prodotti di eruzioni intracalderiche c e mentre l altra contiene al suo centro il Cono della Fossa. Questo è un centro piroclastico quiescente con un cratere centrale ben evidente e con una colata lavica linguoide di natura ossidianacea sul fianco settentrionale. Il punto di intersezione tra le due caldere è occupato dal vulcano del Monte Saraceno. La parte più settentrionale dell isola è formata dall apparato di Vulcanello che è costituito da uno scudo di tipo islandese di lave basiche tefritiche con sovrastanti piccoli coni piroclastici trachitici. Il contrasto morfologico tra lo scudo lavico e i coni piroclastici evidenzia il cambiamento dallo stile effusivo dei magmi fluidi tefritici a quello moderatamente esplosivo dei magmi trachitici.

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58 Flussi lavici attivi il 30 Dicembre 2002 alle ora locale (rosso) e il 31 Dicembre 2002 (porpora). Tracciati a partire dalle mappe pubblicate a cura dell' INGV-Catania.

59 Corpi franosi distaccatisi dalla Sciara del Fuoco il 30 Dicembre 2002 alle 13:15 e 13:22. Tracciati a partire dalle mappe pubblicate a cura dell' INGV-Catania

60 L'illustrazione mostra l'onda di tsunami in espansione dopo l'entrata in mare della frana. Nota che non si tratta di una simulazione al computer ma solo di una rappresentazione di come le onde potrebbero essersi propagate

61 Danni provocati dall'onda di tsunami lungo la costa di Scari, Stromboli. Flusso lavico che entra in mare sotto la Sciara del Fuoco.

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63 Armero, Colombia, destroyed by lahar on November 13, 1985.More than 23,000 people were killed in Armero when lahars (volcanic debris flows) swept down from the erupting Nevado del Ruiz volcano

64 A pyroclastic flow from the August 7, 1980 eruption stretches from Mount St. Helens' crater to the valley floor below. Pyroclastic flows typically move at speeds of over 60 miles per hour (100 kilometers/hour) and reach temperatures of over 800 Degrees Fahrenheit (400 degrees Celsius).

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67 4 April An impressive lahar carrying glacial sediments continues to flow in Drift River Valley six hours after a Plinian eruption of Redoubt Volcano (Alaska) has triggered it.

68 Redoubt Volcano (Alaska). Steaming pyroclastic flow (right) and ash column erupted from the horseshoe- Redoubt Volcano (Alaska). Steaming pyroclastic flow (right) and ash column erupted from the horseshoe shaped crater (left).

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72 Unrestricted Ashfall and lahars can be significant hazards in all areas, and require appropriate precautions. Daytime access Access is permitted from 6:30 am until 5:30 pm. Access gates will be locked at all other times. Daytime access to some areas Areas will be defined Boats permitted to depending on state travel through the and location of the MEZ without volcanic activity. stopping from 6:30 am until 5:30 pm. Daytime transit Controlled access Essential workers No access without No access apart from approval from MVO and associated NDPRAC. Approval staff. Access for considered on a case- essential by-case basis. Gates will be locked at all times. maintenance only with approval from NDPRAC. Gates will be locked at all times.