Le eruzioni vulcaniche

Le eruzioni vulcaniche si verificano quando il magma, proveniente dall’interno della Terra, fuoriesce in superficie.

Possono avvenire dalla bocca del vulcano, come ad esempio il Vesuvio, o da bocche che si aprono in punti diversi, nel caso dei Campi Flegrei o dell’Etna.

La durata delle eruzioni vulcaniche è variabile, possono durare poche ore o anche decine d’anni. Il vulcano Kilauea nelle isole Hawaii, ad esempio, è in eruzione dal 1983. In genere, la presenza o la risalita del magma all’interno dell’edificio vulcanico è accompagnata da fenomeni precursori, come ad esempio:

  • l’innesco di fratture (terremoti) causato dall’induzione di tensioni meccaniche nelle rocce;
  • il rigonfiamento o cambiamento di forma dell’edificio vulcanico provocato dall’intrusione del magma;
  • l’incremento e cambiamento della composizione dei gas emessi sia dal o dai crateri, che dal suolo;
  • variazioni delle caratteristiche fisico-chimiche delle acque di falda.

Le eruzioni effusive

Con il termine effusive si indicano quelle eruzioni caratterizzate da una bassa esplosività, durante le quali avviene prevalentemente l’emissione di magma fluido che, in superficie prende il nome di lava, e che scorre per gravità lungo i fianchi del vulcano. Il magma delle eruzioni effusive è caratterizzato da un contenuto molto basso di volatili, da un’elevata temperatura (1100 – 1200°C), e da una viscosità che può variare entro molti limiti di grandezza.

I magmi basaltici, hanno in genere contenuti di volatili che corrispondono a tale requisito, mentre la maggior parte dei magmi evoluti o intermedi hanno contenuti in volatili tali da poter provocare la frammentazione del magma prima dell’emissione generando esplosioni. L’ impoverimento si può verificare attraverso la fuga graduale dei volatili, attraverso le cosidette fumarole, sorgenti termali e, in modo più rapido, attraverso esplosioni idrotermali.

In altri casi invece si può verificare una fase esplosiva iniziale che coinvolge gran parte dei gas, i quali si concentrano nelle porzioni superiori della massa magmatica.

Come conseguenza il degassamento fa aumentare la viscosità del magma, riducendo la mobilità come un continuo liquido. Dalle proprietà fisiche dei magmi sappiamo che quelli basaltici sono meno viscosi e mobili,a causa dell’elevata temperatura, ma anche dal loro basso contenuto in silice. Nel caso di eruzioni effusive come quelle hawaiiane, il magma ha una viscosità molto bassa, il flusso è particolarmente elevato e si possono formare fontane di lava (Fig. 1), che raggiungono altezze di qualche centinaio di metri.

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Fig. 1: Fontana di lava (Etna)

Una porzione di magma arriva in superficie degassando, e formando, insieme a quello che ricade dalla fontana di lava, un torrente che fluisce lungo l’apparato vulcanico, le cosi dette colate laviche. Lo scorrimento delle colate laviche è controllato principalmente dalla gravità e da numerosi altri fattori, come la viscosità del fuso,il volume totale di materiale eruttato, la pendenza del terreno, la durata dell’eruzione e la topografia in generale.

Nell’ambito della classificazione di Walker, ricadono in questo campo le eruzioni hawaiiane e quelle debolmente stromboliane, cioè in tutte quelle eruzioni in cui non vi è un’apprezzabile frammentazione del magma e di produzione di prodotti piroclastici.

Secondo lo stesso Walker, il fattore che influenza la lunghezza di una colata lavica è il tasso si emissione. Un alto tasso di emissione tende a produrre una colata lavica che si estende anche per diversi chilometri, mentre la viscosità va ad incidere sullo spessore della colata stessa. Per ora senza entrare in dettaglio le colate laviche sono comunemente distinte in due tipi: le ää e pahoehoe (Fig.2).

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lava-Pahoehoe
Fig.2: Sopra una colata lavica di tipo ää, sotto una colata lavica di tipo pahoehoe.

Le eruzioni esplosive

Quando il magma risale è molto viscoso e soprattutto ricco in gas, al diminuire della pressione i gas iniziano a liberarsi e nucleare in singole bolle, ma a causa della viscosità, esse non riescono ad espandersi liberamente.

Quindi nella risalita magmatica il passaggio da continuo liquido a un liquido frammentato è dovuta dal risultato di un processo nel quale la tendenza dei gas a separarsi dal fuso silicatico viene contrastato dalla viscosità. La pressione all’interno del sistema vulcanico tende ad aumentare sempre di più fino a quando non vince la resistenza indotta dalla massa magmatica e dalla crosta stessa.

Quando avviene, si verifica una forte esplosione (Fig. 3), i gas fuoriescono con violenza, trascinando con se frammenti di magma e di rocce strappate direttamente dalle pareti del condotto vulcanico.

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Fig.3: Esplosione dello Stromboli del 13 Luglio 2019

Durante le eruzioni esplosive, la miscela di gas e frammenti che vengono iniettate nell’atmosfera, generano la cosi dette colonne eruttive .

I prodotti di tali eruzioni vengono chiamati piroclasti, ed il loro accumulo da luogo ai depositi piroclastici o anche detti tephra, quando essi sono poco consolidati, o rocce piroclastiche, quando essi risultano compatti e litificati.

Per ora prendiamo per buono che in base ai differenti meccanismi di trasporto i prodotti piroclastici, e i relativi depositi, vengono suddivisi in due tipi:

  • da caduta;
  • da flusso.

La frammentazione del magma come detto precedentemente genera diversi tipi di prodotti e depositi. Una classificazione fondamentale si basa sulla dimensione (granulometria) dei piroclasti:

Dimensione Piroclasti
>64 mm Bombe
64-2 mm Lapilli
2 mm – 64 micron Cenere grossolana
<64 micron Cenere fine

Classificazione delle eruzioni

I primi tentativi di classificare le eruzione nascono dall’osservazione diretta sugli eventi eruttivi con caratteristiche differenti. Molti termini – come etneo, stomboliano, vulcaniano, pliniano etc – entrarono a far parte della nomenclatura vulcanologica fin da quando, nel 1883, Mercalli li utilizzò per indicare eruzioni con un grado di esplosività progressivamente crescente.

Successivamente una classificazione venne fatta dalla constatazione che i volumi di magma emessi nel corso delle eruzioni possono variare in vari ordini di grandezza, e per questo il vulcanologo giapponese Tsuya nel 1955, ha creato una scala basata sul volume dei prodotti emessi, creando la cosi detta Scala di Tsuya.

Essa suddivide le eruzioni in classi definite dal logaritmo del volume dei depositi, adottando come classe I i depositi che corrispondono a volumi inferiori ai 10000 m3.

Intorno alla metà degli anni ’70, George Walker , ha proposto una classificazione, forse la più importante, sulle eruzioni esplosive basata su due indici:

  • l’indice di frammentazione (F);
  • l’indice di dispersione (D).

I depositi dei prodotti che vengono emessi durante un’eruzione presentano in genere, uno spessore decrescente con la distanza dal centro di emissione. I punti di uguale spessori di un determinato deposito è definito dalle isopache (Fig. 4).

isopache
Fig. 4: Rappresentazione delle isopache

In molti casi la dispersione dei depositi più fini, e di conseguenza più leggeri è controllata dal vento, per questo motivo le isopache possono assumere una forma ellissoidale.

L’indice di frammentazione (F), è la percentuale in peso dei prodotti più fini di 1 mm, misurata su un campione che viene raccolto nel punto in cui l’asse di dispersione dei prodotti interseca l’isopaca di 1/10 dello spesso massimo L’indice di dispersione (D), è l’area delimitata dall’isopaca con valore uguale ad 1/100 dello spessore massimo (0.01Tmax) misurato in prossimità del centro di emissione.

Nello schema della classificazione di Walker (Fig. 5), i vari tipi di eruzione occupano posizioni diverse le quali corrispondono a differenti valori di F e D.

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Fig. 5: Schema di classificazione delle eruzioni in base all’indice di dispersione (D),
e all’indice di frammentazione (F); da Walker

Così le eruzioni possono essere classificate in:

  • Hawaiane;
  • Stromboliane;
  • Vulcaniane;
  • Sub-Pliniane;
  • Pliniane
  • Ultra-Pliniane;
  • Surtseyane;
  • Freatopliniane.

Infine uno schema di classificazione è stato proposto da Newhall e Self (1982) e adottato dalla Smithonian Institution nella compilazione del catalogo mondiale delle eruzioni. L’indice utilizzato prende il nome di Indice di Esplosività Vulcanica (Fig. 6), conosciuto meglio come VEI (Volcanic Explosivity Index), e si basa su una serie di parametri osservabili nel corso di una eruzione, combinati in maniera tale da fornire una scala di relativa grandezza fra le varie eruzioni. Lo schema è stato
studiato e pensato per dare una stima dell’esplosività di una eruzione e, per molti versi, non è adeguato alla classificazione degli eventi effusivi.

Tra i parametri presi in considerazione per assegnare un livello VEI a un’eruzione riscontriamo il volume del materiale piroclastico estruso, l’altezza della colonna eruttiva, la durata dell’eruzione, la frammentazione del magma e l’area coinvolta dalla caduta di materiale piroclastico. In questo modo si ottiene una scala suddivisa in valori che vanno da 0 a 8.

Relativamente alla quantità di materiale emesso e a partire da un VEI = 2 si può considerare una scala logaritmica, dove tra un grado e il successivo vi è un incremento di tefra emessi di un fattore 10: a titolo di esempio, un’eruzione VEI = 7 emette una quantità di tefra 10 volte maggiore di una VEI = 6.

VEI
Fig.6: VEI e correlazione con il volume di materiale estruso emesso

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Il presente articolo è stato scritto dal collega Giorgio Capotosti

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