Eruzione vulcanica

Per l'articolo omonimo, vedi Eruzione .

Immagine satellitare del pennacchio vulcanico ricoperto di pileo e delle nubi infuocate di Sarychev in Russia durante un'eruzione pliniana .

Un'eruzione vulcanica è un fenomeno geologico caratterizzato dall'emissione, da parte di un vulcano , di lava o tefra accompagnata da gas vulcanici . Quando un'eruzione vulcanica provoca danni materiali e morte tra la specie umana ma anche tra altre specie animali o vegetali , che è la maggior parte dei casi per i vulcani terrestri, questo fenomeno costituisce, a breve o medio termine, una calamità naturale con una portata locale o impatto globale e in grado di sconvolgere le abitudini animali e umane, la topografia , ecc.

Recenti ricerche mostrano che le eruzioni vulcaniche hanno un impatto significativo sul clima globale e devono essere considerate come fenomeni catalitici essenziali per spiegare i cambiamenti ecologici e gli sconvolgimenti storici nelle società umane ^{[ 1 ]} .

Meccanismi

Esistono tre tipi di eruzioni in base al loro meccanismo:

• Le eruzioni magmatiche sono causate dal degassamento del magma sotto l'effetto della decompressione , che produce un calo di densità , che spinge il magma verso l'alto per effetto della spinta di Archimede .
• Le eruzioni freatomagmatiche sono causate dal repentino raffreddamento del magma per contatto con l'acqua, che ne produce la scissione e l'aumento esplosivo della superficie di contatto acqua-magma.
• Le eruzioni freatiche sono causate dalla vaporizzazione dell'acqua a contatto con il magma, che espelle i materiali circostanti, rimanendo al suo posto.

Nelle eruzioni magmatiche il processo dominante durante la risalita del magma è il suo degassamento, dovuto all'essoluzione dei volatili per decompressione (principalmente acqua, e più modestamente l'anidride carbonica meno solubile, essendo la quantità di volatili controllata dalla chimica del il bagno di silicato, la sua pressione e la sua temperatura). “Questo degassamento produce diversi effetti, sulla viscosità del liquido silicato, sulla partizione tra fasi liquide e gassose mediante la nucleazione , la crescita ed eventualmente la coalescenza di bolle di gas, sulla proporzione della fase solida mediante la cristallizzazione di microliti ^{[ 2 ]}  ” . La velocità di risalita delle bolle dila flottazione è inversamente funzione della viscosità del magma in cui si muoveranno ed è molto inferiore alla risalita del magma ^{[ 3 ]} . Se la risalita del magma è sufficientemente lenta (dell'ordine di cm/s), queste bolle tendono a crescere, quindi a coalescere (fenomeno di vescicolazione ) ^{[ 4 ]} , che favorisce la perdita di volatili verso le pareti di chiusura del condotto e impedisce lo sviluppo di grandi sovrapressioni gassose, consentendo un'eruzione di tipo effusivo (il magma arriva in superficie già degassato) ^{[ 5 ]}. Se la risalita del magma è molto rapida (circa un m/s), le bolle non hanno il tempo necessario per fondersi, i volatili rimangono intrappolati nel magma e producono una sovrapressione sufficiente a provocare la frammentazione del magma all'origine di un'eruzione esplosiva ^{[ 6 ]} .

Frequenza e durata

La durata delle eruzioni è molto variabile ^{[ 7 ]}  : alcune durano poche ore, come l' eruzione del Vesuvio nel 79  ; dei circa 1.500 vulcani attivi sulla Terra, poco più della metà delle eruzioni non supera i due mesi di attività e poco più di cento durano più di un anno. Secondo gli studi, ci sono 1,5 milioni di vulcani sottomarini responsabili del 75% del volume di lava emessa ogni anno da tutti i vulcani ^{[ 8 ]} .

Di solito ci sono da 50 a 70 eruzioni terrestri parossistiche all'anno, della durata media di 15 giorni. Puʻu ʻŌʻō , una delle bocche di Kīlauea alle Hawaii , eruttò da3 gennaio 1983a30 aprile 2018, o per 35 anni ^{[ 9 ]} .

La tabella seguente riporta le diverse distribuzioni di durata ^{[ 10 ]}  :

Tipi di eruzioni vulcaniche

Diverse categorizzazioni di eruzioni sono state proposte nel tempo. Nel 1805, George Poulett Scrope distinse eruzioni permanenti, intermedie e parossistiche. Nel 1891 ^{[ 11 ]} , James Dwight Dana , sulla base di studi sui vulcani hawaiani per distinguere tra eruzioni esplosive , intermedie e calme ^{[ 12 ]} . Sotto l'impulso degli studi sui vulcani italiani di Giuseppe Mercalli nel 1907 e dello studio dell'eruzione del Monte Pelée di Alfred Lacroix nel 1908, venne elaborata una classificazione più complessa, basata sulla geometria dei vulcani (forma del cono vulcanico), il loro comportamento (esplosivo o calmo) e i prodotti che emettono ( nubi infuocate , colate laviche , blocchi , fontane di lava ), che porta ad una classificazione in quattro tipi, hawaiano, stromboliano, pliniano/vulcaniano, peleano , successivamente arricchito dal Tipo islandese e fase solfataria ^{[ 13 ]} . Questa classificazione rimane utilizzata nei libri di testo scolastici sebbene derivi da un'errata interpretazione dei tipi di esplosioni vulcaniche ^{[ 14 ]} .

Questa categorizzazione si è evoluta in diverse classificazioni contemporanee, come la seguente:

Queste denominazioni da nomi di vulcani o regioni non devono indurre a credere che questi vulcani abbiano sistematicamente eruzioni del tipo corrispondente, né quindi il fatto che un vulcano sia caratterizzato da un solo tipo di eruzione. Traducono semplicemente il fatto che la descrizione del modello è stata fatta da un'eruzione di questo vulcano o di questa regione. In realtà le trasformazioni che il magma subisce nella camera magmatica inducono un'evoluzione delle eruzioni sia durante la vita del vulcano che durante un ciclo eruttivo . Il raffreddamento del magma al soffitto della camera provoca la cristallizzazione frazionata della fase liquida, i primi cristalli a formarsi sono minerali basici, più pesanti, che si depositano sul fondo della camera e lasciano un magma arricchito di silice nella parte superiore , che si chiama differenziazione del magma . Così l'inizio di un'eruzione, soprattutto se la precedente è antica, potrebbe essere caratterizzato da una lava più viscosa e di tipo più esplosivo rispetto alla successiva. Inoltre, per lunghi periodi, il magma tende a dissolvere parzialmente le rocce circostanti. Per i vulcani continentali, sono generalmente minerali felsici dalla crosta che arricchiranno anche il magma con silice. In questo caso, più vecchio è il vulcano, più la sua lava sarà viscosa e le sue esplosioni esplosive. Ci sono eccezioni: se la camera magmatica è in sedimenti calcarei, come nel caso diVesuvio , il magma diventerà sempre più basico e le eruzioni sempre meno esplosive.

Eruzioni effusive

Le eruzioni effusive sono caratterizzate dall'emissione di un magma relativamente povero di gas disciolto , che si propaga formando colate laviche spesso di grande estensione. Queste eruzioni sono relativamente silenziose, senza grandi esplosioni. L'unico pericolo di queste eruzioni è l'avanzata delle colate laviche (fino a diverse decine di km/h ): il danno economico può essere notevole, ma le popolazioni generalmente hanno il tempo di evacuare le proprie abitazioni portando con sé poche cose.

Il magma emesso è molto generalmente basaltico , povero di silice (SiO ₂) e quindi molto fluido, e i gas disciolti fuoriescono facilmente. Ci sono anche colate laviche con una composizione più ricca di silice, e persino colate di ossidiana .

I vulcani le cui eruzioni sono solitamente effusive sono quelli nelle dorsali oceaniche e nei punti caldi (come quelli delle Hawaii , del Piton de la Fournaise e dell'Etna ).

Eruzione hawaiana

Schema di un'eruzione hawaiana .

L' eruzione hawaiana è caratterizzata da lava molto fluida, basaltica e povera di silice , che le permette di scorrere lungo i fianchi del vulcano a volte per decine di chilometri. Il degassamento della lava è molto facile e la sua espulsione può avvenire sia sotto forma di fontane di lava alte diverse centinaia di metri e con flusso regolare, sia sotto forma di un lago di lava più o meno temporaneo che si svolge in un cratere .

Non molto pericolose, queste eruzioni possono tuttavia causare danni significativi quando le infrastrutture umane sono interessate dalle colate laviche . Il rischio umano è invece quasi nullo perché non c'è rischio di esplosione e la lava lascia il tempo di evacuare.

I vulcani con eruzioni in stile hawaiano sono Mauna Kea , Mauna Loa , Piton de la Fournaise , Nyiragongo , Erta Ale ,  ecc.

L' indice di esplosività vulcanica per questo tipo di eruzione varia da 0 a 1.

Eruzione stromboliana

Schema di un'eruzione stromboliana .

Uno stile intermedio tra il tipo hawaiano e quello vulcaniano , il tipo stromboliano emette lave moderatamente fluide come colate e tefra come bombe vulcaniche , scorie ,  ecc. proiettato da frequenti esplosioni. Una nuvola di cenere può salire a poche centinaia di metri di altezza. La pericolosità dipende dalla vicinanza di insediamenti umani.

I vulcani con eruzioni di tipo stromboliano sono lo Stromboli o l' Etna anche se quest'ultimo può talvolta avere eruzioni vulcaniane.

L' indice di esplosività vulcanica per questo tipo di eruzione varia da 1 a 2.

Eruzioni esplosive

Le eruzioni esplosive emettono lava andesitica , ricca di silice e quindi molto viscosa e rilasciando con difficoltà i propri gas vulcanici . Queste eruzioni non formano colate laviche ma sono invece accompagnate da esplosioni che producono grandi quantità di cenere dando origine a nubi infuocate e pennacchi vulcanici . Circa l'80% delle eruzioni vulcaniche avviene su questo tipo di vulcani ^{[ 16 ]}. Molto pericolosi perché imprevedibili, questi tipi di eruzioni a volte non lasciano il tempo di evacuare le popolazioni minacciate dai gas e dalle ceneri in fiamme. I vulcani più rappresentativi sono i "  vulcani grigi  " dell'"  anello di fuoco del Pacifico  " come Pinatubo , Krakatoa , Mayon o anche Merapi .

Eruzione vulcaniana

Schema di un'eruzione vulcaniana .

Le lave scorrono più con difficoltà nel tipo vulcaniano perché sono più ricche di silice e il loro degasaggio è meno facile. Fontane e proiezioni di lava danno origine a colate che scendono lungo il vulcano e possono raggiungere gli edifici sottostanti.

Il rischio umano è maggiore perché possono verificarsi proiezioni di pietra pomice , ceneri e bombe che possono raggiungere diversi chilometri di altezza. Il tipo eruttivo è l'ultima eruzione del Vulcano tra il 1888 e il 1890 .

L' indice di esplosività vulcanica per questo tipo di eruzione varia da 2 a 5.

Eruzione Pelean

Schema di un'eruzione Pelean .

In questo tipo di eruzione la lava pastosa scorre appena e tende a formare una cupola lavica . Questo, sotto la pressione del magma , può disintegrarsi o esplodere, producendo nubi infuocate e pennacchi vulcanici . Molto letale a causa della natura instabile dell'eruzione e della velocità delle nuvole infuocate, l'eruzione tipica è quella del Monte Pelée che causò 28.000 morti nel 1902 in Martinica .

I vulcani che hanno eruzioni Pelean sono il Monte Pelée , Soufrière de Montserrat , Soufrière de la Guadeloupe , ecc.

L' indice di esplosività vulcanica per questo tipo di eruzione varia da 1 a 8.

Eruzione pliniana

Schema di un'eruzione pliniana .

In questo tipo di eruzione la lava è estremamente pastosa perché molto ricca di silice . Poiché i gas vulcanici non possono essere rilasciati, la pressione aumenta nella camera magmatica e produce esplosioni che polverizzano la lava e talvolta il vulcano proiettando ceneri alte decine di chilometri, raggiungendo così la stratosfera . Il pennacchio vulcanico di solito cade sotto il suo stesso peso e devasta i lati del vulcano per miglia intorno. La presenza di acque sotterraneesul percorso della lava aumenta il rischio esplosivo e la pericolosità di questi vulcani, la cui prima descrizione fu quella del Vesuvio nel 79 da parte di Plinio il Giovane e che distrusse Pompei .

I vulcani con eruzioni pliniane sono la maggioranza di quelli che formano l'"  Anello di Fuoco del Pacifico  " come il Merapi , il Krakatoa , il Pinatubo , il Monte Sant'Elena o il Monte Agostino .

L' indice di esplosività vulcanica per questo tipo di eruzione varia da 3 a 8.

Eruzioni cutanee in presenza di acqua

Eruzione di Surtseyan

Schema di un'eruzione Surtseyan .

Le eruzioni di Surtsey sono eruzioni che coinvolgono grandi quantità di acqua . Si tratta in genere di eruzioni sottomarine o sublacustri prossime alla superficie, solitamente profonde meno di un centinaio di metri, oppure subglaciali quando il calore del magma riesce a sciogliere grandi quantità di ghiaccio ^{[ 17 ]} .

I vulcani sottomarini o sublacustri che riescono a raggiungere la superficie emergono dall'acqua per formare un'isola durante un'eruzione del Surtseyan. L'isola di Surtsey , che ha dato il nome a questo tipo di eruzione, è nata così nel 1963 .

Durante un'eruzione di Surtseyan, la superficie del vulcano è di pochi metri o poche decine di metri sotto la superficie dell'acqua. La pressione dell'acqua non è quindi più sufficiente per evitare che la lava esploda al contatto. Si verificano quindi esplosioni "cipressoidi", a forma di cipresso , che mescolano lava raffreddata e tefra , acqua liquida e vapore acqueo . Una volta emersa l'isola, l'eruzione si prolunga in modo classico a seconda del tipo di magma ^{[ 18 ]} .

Se l'eruzione è subglaciale, l'acqua di disgelo deve essere intrappolata sopra il vulcano per provocare un'eruzione Surtseyan. Il Nevado del Ruiz non ha causato un'eruzione del Surtseyan quando è scoppiata nel 1985 perché l'acqua del ghiaccio che si scioglieva nella parte superiore del vulcano è rotolata giù per le pendici del vulcano formando lahar che hanno distrutto la città di Armero . D'altra parte, l'eruzione del Grímsvötn nel 1996 sotto il Vatnajökull si è trasformata in un'eruzione del Surtseyan perché le acque di fusione della calotta glacialeformò un lago sopra il vulcano. Quando il magma è venuto in superficie, le proiezioni cipressoidi hanno sfondato il ghiaccio e il lago si è svuotato come un jökulhlaup .

L' indice di esplosività vulcanica di questo tipo di eruzione va da 2 a 5 ma dipende molto dal tipo di magma, se è basaltico o andesitico .

eruzione subglaciale

Schema di un'eruzione subglaciale .

Esplosione subacquea

Schema di un'eruzione sottomarina .

eruzione freatica

Schema di un'eruzione freatica .

Eruzione freato-magmatica

Eruzione limnica

Eruzioni cutanee mortali

Eruzione	Vulcano	Paese	Data	Numero di morti
Eruzione di Samalas nel 1257	Samala	Indonesia	1257	Non stimato (ma sterminio del regno di Lombok , nonché di parte delle popolazioni delle isole di Bali e Sumbawa , in Europa , aggravamento della penuria di viveri in carestie mortalissime) [ 19 ] .
Eruzione Tambora nel 1815	Tambora	Indonesia	1815	92.000 [ 20 ]
Eruzione del Krakatoa nel 1883	Krakatoa	Indonesia	1883	36.417 [ 20 ]
Eruzione del Vesuvio nel 79	Monte Vesuvio	Italia	79	> 1.500 salme recuperate, < 33.000 probabili abitanti della regione
Eruzione del Monte Pelee nel 1902	Monte Pelée	Francia ( Martinica )	1902	29.000 [ 20 ]
Eruzione del Nevado del Ruiz nel 1985	Nevado del Ruiz	Colombia	1985	25.000 [ 20 ]
Eruzione del Monte Unzen nel 1792	Monte Unzen	Giappone	1792	15.000
Eruzione di Kelud nel 1586	Kelud	Indonesia	1586	10.000
Eruzione del Laki nel 1783	Laki	Islanda	1783	9.336 [ 20 ]
Eruzione di Santa María nel 1902	Santa Maria	Guatemala	1902	6.000 [ 20 ]
Eruzione di Kelud nel 1919	Kelud	Indonesia	1919	5.115 [ 20 ]

Previsione della distanza d'impatto dei tefrati e della loro velocità

Durante un'eruzione vulcanica, un vulcano vomita lava e tefra . Per stimare dove cadranno queste proiezioni, si possono usare le seguenti equazioni:

Previsione della distanza

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {h} }=V_{\mathrm {i} }\,\Delta t\,\cos \theta }$

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {v} }=V_{\mathrm {i} }\,\Delta t\,\sin \theta +{\frac {1}{2}}g\,(\Delta t)^{2}}$

insieme a :

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {h} }}$ : distanza orizzontale;

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {v} }}$ : distanza verticale;

${\displaystyle V_{\mathrm {i} }}$ : modulo della velocità iniziale;

${\displaystyle \Delta t}$ : tempo ;

${\displaystyle g}$ : accelerazione di gravità  ;

${\displaystyle \theta }$ : angolo della velocità iniziale con l'orizzontale.

Previsione velocità

Il professor Lionel Wilson, della Lancaster University , usa il teorema modificato di Bernoulli per calcolare la velocità di espulsione delle proiezioni:

${\displaystyle {\frac {1}{2}}U_{s}^{2}={\frac {P_{i}-P_{s}}{S_{c}}}}$

insieme a :

${\displaystyle U_{s}}$- Velocità di espulsione

${\displaystyle P_{i}}$- Pressione del gas

${\displaystyle P_{s}}$- Pressione atmosferica

${\displaystyle S_{c}}$- Densità del magma

Wilson utilizza anche una seconda equazione derivata dal teorema di Bernoulli, l'equazione della pistola, che viene utilizzata per calcolare la velocità dei proiettili veloci che passano attraverso un'apertura stretta:

${\displaystyle P_{i}={\frac {4mU_{s}^{2}}{27gAb}}}$

insieme a :

${\displaystyle P_{i}}$- Pressione iniziale

${\displaystyle m}$- Massa del proiettile

${\displaystyle U_{s}}$- Velocità di espulsione

${\displaystyle g}$- Accellerazione Gravitazionale

${\displaystyle A}$- Regione in cui viene applicata la pressione

${\displaystyle b}$- Costante di Bernoulli

Note e riferimenti

Vedi pure

Fonti e bibliografia

• (it) Fisica delle eruzioni su ffden-2.phys.uaf.edu
• Origine dei vulcani su http://ici.radio-canada.ca

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