La scienza dei vulcani: come forma Magma la superficie del nostro pianeta

I vulcani rappresentano una delle espressioni più dirette dell'energia interna della Terra, non sono semplicemente forze distruttive ma motori geologici fondamentali che costruiscono una nuova crosta, arricchiscono i suoli e regolano il clima sul tempo geologico.

Cos'è un vulcano?

Nella sua più semplice, un vulcano è una rottura nella crosta di un pianeta che permette di ginemare caldo, cenere vulcanica, e gas per sfuggire da una camera di magma sotto la superficie. Sulla Terra, i vulcani si trovano più comunemente dove piastre tettoniche sono o convergenti, divergenti, o situati sopra i punti caldi - i plumi di roccia mantello anomale caldo. Lo studio dei processi vulcani, chiamato vulcanologia, comprende le posizioni chimiche.

La Magma è una roccia fusa o semi-molta immagazzinata sotto la superficie. Quando il magma raggiunge la superficie, si chiama lava. La distinzione è importante perché il magma contiene gas disciolti che si espandono esplosivamente durante l'ascesa, mentre la lava è già degasata. La composizione del magma, in particolare il suo contenuto di silice, determina lo stile di eruzione, la forma del vulcano e la viscosità della lava.

Tettonici e vulcanismo

La maggior parte dei vulcani della Terra sono allineati con i confini della placca. I confini divergenti, come la Ridge Mid-Atlantic, producono eruzioni effusive come piastre staccate, permettendo al materiale mantello di alzarsi e riempire il gap.

Tipi di vulcani

La morfologia di un vulcano è un risultato diretto della sua storia eruttiva e della sua chimica magma. I geologi classificano i vulcani in diversi tipi principali, ciascuno con caratteristiche distinte.

Volcanos scudo

I vulcani dello scudo sono forme di terra a scorrimento dolcemente costruite con flussi successivi di lava basaltica a bassa viscosità. Queste eruzioni sono generalmente effusive, permettendo alla lava di percorrere lunghe distanze prima del raffreddamento. Mauna Loa e Kīlauea nelle Hawaii sono esempi classici. I vulcani dello scudo possono essere enormi: la Luna Loa si eleva a 9 chilometri dal pavimento dell'oceano.

Stratovolcanoes (Volcano Compositi)

Gli stratovolcano sono ripidi e conici montagne costruite alternando strati di colate laviche, materiale piroclastico e detriti vulcanici. I loro magma sono più silice-ricchi (andesitici a dacitici) e quindi più viscosi, portando a eruzioni esplosive. Mount Fuji, Mount St. Helens, e Vesuvio sono ben noti stratovolcanoes.

Volcano di Cono di Cinder

I coni di cinder sono le forme più semplici e più piccole di terra vulcanica, formate dall'accumulo di tephra, frammenti di lava e roccia, espulsi da un'unica bocca, raramente superano i 300 metri di altezza. Le eruzioni sono di breve durata e spesso si verificano sui fianchi dei vulcani più grandi.

Dormitori di lava

Le cupole laviche si formano quando il magma altamente viscoso (spesso riolitico o dacitico) viene estruso lentamente, si accumula intorno alla bocca piuttosto che scorrere via. Possono crescere per mesi o anni e sono inclini a collassare, producendo flussi piroclastici. La cupola al Monte St. Helens è cresciuta dopo l'eruzione del 1980.

Vecchi di sicurezza

Mentre meno fotogenici, le sfiature di fessura sono fratture lineari attraverso le quali eruzioni di lava, spesso producendo altipiani di basaltolante di inondazione vaste. L'eruzione di Laki in Islanda (1783) e i Basalts del fiume Columbia nel nordovest del Pacifico sono esempi.

La formazione di Magma

La generazione di Magma non è semplicemente una questione di temperatura; la pressione e il contenuto di acqua svolgono ruoli critici. Il mantello della Terra è per lo più solido, ma in determinate condizioni, si verifica una fusione parziale.

Decompressione Meling

A confini divergenti e hotspot, la roccia di manto caldo aumenta adiabaticamente—perde pressione senza perdere calore. Come la pressione diminuisce, il punto di fusione della roccia scende, causando parziale fusione. Questo è il processo dominante sotto le creste di metà-oceo e a punti caldi come le Hawaii. Il magma risultante è tipicamente basaltico.

Flux Melazione

Nelle zone di subduzione, l'acqua e altri volatili vengono rilasciati dalla lastra di sottoduzione, che abbassa il punto di fusione della cuneo di mantello sovrastante, innescando la fusione anche a temperature relativamente basse.

Melazione da Heat Transfer

L'intrusione del magma caldo e di derivazione del mantello nella crosta continentale può aumentare le temperature locali per causare la fusione parziale della crosta stessa. Questo processo genera magmi felsici (rhyolite, granito) e può contribuire al vulcanismo esplosivo e alla formazione di grandi caldere come Yellowstone.

Fattori che controllano la composizione di Magma

La composizione del magma determina il suo comportamento. I magma ad alta silice (rhyolite, dacite) sono viscosi e gas trappolati, che portano a eruzioni esplosive. I magmi a bassa silice (basalt) sono fluidi e permettono ai gas di sfuggire facilmente, producendo eruzioni effusive. Le composizioni intermedie (andesite) producono stili eruttivi misti.

Eruzioni vulcaniche

Le eruzioni vulcaniche sono classificate con il loro stile e intensità. L'indice di esplosività vulcanica (VEI) à ̈ una scala logaritmica utilizzata per misurare la grandezza delle eruzioni esplosive, simile alla scala Richter per i terremoti. Le eruzioni vanno da lievi effusivi a esplosioni cataclismiche migliaia di volte piÃ1 potenti delle armi nucleari.

Eruzioni effusive

Le eruzioni effusive producono flussi di lava che avanzano a velocità da pochi metri all'ora a decine di chilometri all'ora. Questi sono tipici dei vulcani di scudo e delle eruzioni di fessura. Mentre raramente i flussi di lava possono distruggere proprietà, infrastrutture e agricoltura. Le eruzioni effusive possono durare per mesi o addirittura decenni, come si vede all'eruzione Pu'u'ō'ō'ō' (1983-2018).

Eruzioni esplosive

Le eruzioni esplosive espongono il magma frammentato (tephra), la cenere e i gas ad alta velocità, generando colonne di eruzione che possono raggiungere la stratosfera. Le eruzioni pliniane, chiamate dopo la descrizione di Plinio il Giovane del 79 d.C. del Vesuvio, sono le più violente, capaci di devastazione diffusa.

Eruzioni fonomatiche e idrotermali

Quando il magma interagisce con acqua di terra, acqua di superficie o ghiaccio, il rapido riscaldamento dell'acqua a vapore provoca violente esplosioni. Queste eruzioni di phreatomagmatic producono cenere fine e ondate di base.

Strombolia e le eruzioni hawaiane

Le eruzioni stromboliche sono caratterizzate da discreti e lievi esplosioni esplosive che espongono cinder e bombe incandescenti a altezze di poche centinaia di metri. Si chiamano Stromboli, un vulcano isolato fuori Italia che si sta eruendo quasi continuamente per millenni.

Avvolgimenti vulcanici

Le eruzioni vulcaniche rappresentano una serie di pericoli al di là della lava. I flussi piroclastici sono correnti in rapido movimento di gas caldo e materia vulcanica che possono viaggiare a velocità superiori a 700 km/h, incinerando tutto nel loro percorso. I lahar sono dei flussi di fango vulcanici innescati da una fusione di neve o da una pioggia pesante su ceneri sciolte, in grado di seppellire intere città.

Volcanoes e la superficie terrestre

L'attività vulcanica è un meccanismo primario per la creazione di nuove terre. Le isole Hawaii, l'Islanda e l'intero piano oceanico sono costruite dal volcanismo. Su scala di tempo geologico, le eruzioni costruiscono montagne, altipiani e isole. I Trappoli Deccan in India e i Trappoli Siberiani sono vaste province di basalto inondazione che si formano durante periodi di intenso volcanismo, ognuna che copre centinaia di migliaia di chilometri quadrati.

Fertilità del suolo

Le ceneri vulcaniche sono ricche di minerali come fosforo, potassio e oligoelementi essenziali per la crescita delle piante. I terreni sviluppati sui depositi vulcanici sono tra i più fertili al mondo, supportando popolazioni dense in luoghi come l'Indonesia, l'America Centrale e il Nord-Ovest del Pacifico.

Impatto climatico

Le grandi eruzioni esplosive possono iniettare diossido di zolfo nella stratosfera, dove forma aerosol solfati che riflettono la luce solare e raffreddano la superficie terrestre per uno o tre anni. L'eruzione del Monte Tambora del 1815 causò la "Year Without a Summer" nel 1816, portando a fallimenti e carestie colturali.

Volcanic Landforms

Il lago di cratro in Oregon è un esempio famoso. I colli vulcanici e le spine sono i nuclei solidificato di ex vulcani, esposti dopo l'erosione. La giunzione colonnare si verifica quando la lava si raffredda e si contrae, formando colonne esagonali - visto alla Causeway di Giant in Irlanda e Devil's Tower in Wyoming.

Volcano e attività umana

Comprendere il comportamento vulcanico non è solo un'inseguimento accademico, salva vite e fornisce risorse.

Monitoraggio e Predizione

Gli osservatori del vulcano utilizzano reti di sismometri, sensori di gas, stazioni GPS e immagini satellitari per monitorare i cambiamenti. L'aumento della sismicità, della deformazione del terreno e dei cambiamenti delle emissioni di gas (soprattutto i rapporti SO2/CO2) spesso precedono le eruzioni.

Energia geotermica

I paesi come l'Islanda, la Nuova Zelanda, le Filippine e l'Indonesia generano energia significativa toccando serbatoi di calore vulcanici poco profondi. L'energia geotermica è rinnovabile, a basso tenore di carbonio e può fornire energia di carico di base.

Risorse minerali

I sistemi idrotermali associati ai vulcani depositano rame, oro, argento, zinco e piombo nelle vene e corpi solfati massicci. I depositi di rame "porfitario" nelle Ande sono direttamente collegati agli archi vulcanici antichi. La cenere vulcanica fornisce anche pozzolana per il cemento, e la pietra vulcanica è utilizzata nella costruzione.

Turismo e Educazione

I vulcani attirano milioni di visitatori ogni anno nei parchi nazionali e nelle aree protette. Il Parco Nazionale dei Vulcani di Monte Rainier, Yellowstone e Hawai'i sono importanti attrazioni. Il turismo sostiene le economie locali e sensibilizza la popolazione alla scienza vulcanica. Tuttavia, i visitatori devono rispettare i pericoli; molti sono morti per sottovalutare l'attività vulcanica.

Mitigazione di Hazard

Le mappe a rischio vulcanico, la pianificazione del terreno e le esercitazioni di evacuazione riducono il rischio. Le comunità vicino ai vulcani attivi sono istruite su rotte lahar, la pulizia della cenere e il riparo. L'eruzione del 2018 della zona di Rift inferiore orientale di Kīlauea ha distrutto centinaia di case, ma nessuna vita è stata persa, grazie a avvisi efficaci.

Eruzioni vulcaniche famose nella storia

Studiare eruzioni passate aiuta gli scienziati a capire cosa potrebbero portare gli eventi futuri.

  • Mount Vesuvio (AD 79):[] Buried le città di Pompei e Ercolano sotto cenere e flussi piroclastici, preservando una visione della vita romana.
  • Krakatoa (1883): Una delle esplosioni più violente della storia registrata, generando tsunami che hanno ucciso 36.000 persone e creando effetti atmosferici globali.
  • Mount Pelée (1902):[ Un flusso piroclastico ha distrutto la città di Saint-Pierre sulla Martinica, uccidendo circa 30.000 in pochi minuti.
  • Mount St. Helens (1980):[] Un'esplosione laterale, detriti valanga, e la colonna di cenere ha dimostrato i pericoli dei stratovolcanoes in prossimità dei centri di popolazione.
  • Mount Pinatubo (1991):[ La seconda eruzione più grande del XX secolo, la sua previsione e l'evacuazione di successo salvarono decine di migliaia di vite.
  • Eyjafjallajökull (2010): Un'eruzione relativamente piccola che ha interrotto il viaggio aereo globale per settimane a causa della cenere nell'atmosfera superiore.

Conclusioni

I vulcani sono potenti, dinamici e essenziali caratteristiche del nostro pianeta, che costruiscono paesaggi, arricchiscono i suoli, regolano il clima e forniscono risorse preziose. Allo stesso tempo, pongono minacce esistenziali alle comunità che vivono nella loro ombra. La scienza dei vulcani continua a progredire, guidate da tecnologie di monitoraggio migliorate, modellazione e lavoro sul campo. Capire come il magma forma, aumenta e e e le eruzioni sono fondamentali per entrambi la vita geologica del futuro.