Lava (Italiano)

Composizione

La composizione di quasi tutta la lava della crosta terrestre è dominata da minerali silicati: principalmente feldspati, feldspatoidi, olivina, pirosseni, anfiboli, miche e quarzo. Rare lave non silicatiche possono formarsi dalla fusione locale di depositi minerali non silicati o dalla separazione di un magma in fasi separate di silicato immiscibile e liquido non silicato.

Lava ai silicati

Le lave silicate sono miscele fuse dominato da ossigeno e silicio, gli elementi chimici più abbondanti della Terra, con quantità minori di alluminio, calcio, magnesio, ferro, sodio e potassio e quantità minori di molti altri elementi. I petrologi esprimono abitualmente la composizione di una lava silicatica in termini di frazione in peso o massa molare degli ossidi degli elementi principali (diversi dall’ossigeno) presenti nella lava.

Il comportamento fisico dei magmi silicati è dominato dal componente di silice. Gli ioni di silicio nella lava si legano fortemente a quattro ioni di ossigeno in una disposizione tetraedrica. Se uno ione ossigeno è legato a due ioni di silicio nella massa fusa, viene descritto come un ossigeno a ponte e la lava con molti grumi o catene di ioni di silicio collegati da ioni di ossigeno a ponte viene descritta come parzialmente polimerizzata. Anche l’alluminio in combinazione con ossidi di metalli alcalini (sodio e potassio) tende a polimerizzare la lava. Altri cationi, come ferro ferroso, calcio e magnesio, si legano molto più debolmente all’ossigeno e riducono la tendenza a polimerizzare. La polimerizzazione parziale rende la lava viscosa, quindi la lava ad alto contenuto di silice è molto più viscosa di quella a basso contenuto di silice.

A causa del ruolo della silice nel determinare la viscosità e perché molte altre proprietà di una lava (come la sua temperatura) è correlata al contenuto di silice, le lave di silicato sono divise in quattro tipi chimici in base al contenuto di silice: felsica, intermedia, mafica e ultramafica.

Lava felsica

Felsica oppure le lave siliciche hanno un contenuto di silice maggiore del 63%. Includono lave riolite e dacite. Con un contenuto di silice così elevato, queste lave sono estremamente viscose, variando da 108 cP per la lava riolite calda a 1.200 ° C (2.190 ° F) a 1011 cP per la lava riolite fredda a 800 ° C (1.470 ° F). Per confronto, l’acqua ha una viscosità di circa 1 cP. A causa di questa viscosità molto elevata, le lave felsiche di solito esplodono in modo esplosivo per produrre depositi piroclastici (frammentari). Tuttavia, le lave riolite occasionalmente eruttano effusivamente per formare spine di lava, cupole di lava o “coulees” (che sono flussi di lava corti e spessi). Le lave tipicamente si frammentano mentre estrudono, producendo flussi di lava a blocchi. Questi spesso contengono ossidiana.

I magmi felsici possono eruttare a temperature fino a 800 ° C (1.470 ° F). Tuttavia, le lave riolite insolitamente calde (> 950 ° C; > 1.740 ° F) possono scorrere per distanze di molte decine di chilometri, come nella pianura del fiume Snake negli Stati Uniti nordoccidentali.

Lava intermedia

Lava intermedia o andesitica contiene dal 52% al 63% di silice, è più bassa in alluminio e di solito un po ‘più ricca in magnesio e ferro rispetto alle lave felsiche. Le lave intermedie formano cupole di andesite e lave a blocchi e possono verificarsi su vulcani compositi ripidi, come nelle Ande. Sono anche comunemente più caldi, nell’intervallo da 850 a 1.100 ° C (da 1.560 a 2.010 ° F)). A causa del loro contenuto di silice inferiore e delle temperature eruttive più elevate, tendono ad essere molto meno viscosi, con una viscosità tipica di 3,5 × 106 cP a 1.200 ° C (2.190 ° F). Questo è leggermente maggiore della viscosità del burro di arachidi liscio. Le lave intermedie mostrano una maggiore tendenza a formare fenocristalli, il ferro e il magnesio superiori tendono a manifestarsi come una pasta di fondo più scura, inclusi fenocristalli di anfibolo o pirosseno.

Lava mafica

Lava mafica o basaltica contenuto di silice dal 52% al 45%. Sono caratterizzati dal loro alto contenuto ferromagnesiano e generalmente eruttano a temperature comprese tra 1.100 e 1.200 ° C (2.010 e 2.190 ° F). Le viscosità possono essere relativamente basse, da 104 a 105 cP, sebbene siano ancora molti ordini di grandezza superiori dell’acqua. Questa viscosità è simile a quella del ketchup. Le lave basaltiche tendono a produrre vulcani a scudo a basso profilo o inondano basalti, perché la lava fluida scorre per lunghe distanze dalla bocca. Lo spessore di una lava basaltica, in particolare su un basso pendio, può essere molto maggiore dello spessore del flusso di lava in movimento in qualsiasi momento, perché le lave basaltiche possono “gonfiarsi” con l’apporto di lava sotto una crosta solidificata. La maggior parte delle lave basaltiche sono di tipo ʻAʻā o pāhoehoe, piuttosto che le lave a blocchi. Sott’acqua possono formare lave a cuscino, che sono piuttosto simili alle lave pahoehoe di tipo intestinale sulla terra.

Lava ultramafica

Lava ultramafica, come la komatiite e magmi altamente magnesiaci che formano la boninite, portano la composizione e le temperature delle eruzioni all’estremo. Tutti hanno un contenuto di silice inferiore al 45%. I komatiiti contengono oltre il 18% di ossido di magnesio e si pensa che siano esplosi a temperature di 1.600 ° C (2.910 ° F). A questa temperatura non c’è praticamente alcuna polimerizzazione dei composti minerali, creando un liquido altamente mobile. Si pensa che le viscosità dei magmi di komatiite fossero da 100 a 1000 cP, simili a quelle dell’olio per motori leggero. La maggior parte delle lave ultramafiche non sono più giovani del Proterozoico, con alcuni magmi ultramafici conosciuti dal Fanerozoico in America Centrale che sono attribuiti a un pennacchio caldo del mantello. Non si conoscono le moderne lave komatiite, poiché il mantello della Terra si è raffreddato troppo per produrre magmi altamente magnesiaci.

Lava Akaline

Alcune lave siliciche hanno un contenuto elevato di ossidi di metalli alcalini (sodio e potassio), in particolare nelle regioni di rifting continentali, aree sovrastanti piastre profondamente subdotte o punti caldi intraplacca. Il loro contenuto di silice può variare da ultramafico (nefeliniti, basaniti e tefriti) a felsico (trachite). È più probabile che sia generato a profondità maggiori nel mantello rispetto ai magmi subalcalini. Le lave di nefelinite olivina sono sia ultramafiche che altamente alcaline e si ritiene che provengano da molto più in profondità nel mantello della Terra rispetto ad altre lave.

Lave non siliciche

Alcune lave di composizione insolita sono scoppiate sulla superficie della Terra. Queste includono:

• Lava carbonatite e natrocarbonatite sono conosciute dal vulcano Ol Doinyo Lengai in Tanzania, che è il unico esempio di carbonatite attiva vol cano. Le carbonatiti nella documentazione geologica sono tipicamente minerali di carbonato al 75%, con quantità minori di minerali di silicato sottosaturi di silice (come miche e olivina), apatite, magnetite e pirocloro. Ciò potrebbe non riflettere la composizione originale della lava, che potrebbe aver incluso carbonato di sodio che è stato successivamente rimosso dall’attività idrotermale, sebbene gli esperimenti di laboratorio dimostrino che è possibile un magma ricco di calcite. Le lave carbonatitiche mostrano rapporti isotopici stabili che indicano che derivano dalle lave siliciche altamente alcaline con cui sono sempre associate, probabilmente per separazione di una fase immiscibile. Le lave di natrocarbonatite di Ol Doinyo Lengai sono composte principalmente da carbonato di sodio, con circa la metà del carbonato di calcio e di nuovo la metà del carbonato di potassio e quantità minori di alogenuri, fluoruri e solfati. Le lave sono estremamente fluide, con viscosità solo leggermente maggiori dell’acqua e sono molto fredde, con temperature misurate da 491 a 544 ° C (da 916 a 1.011 ° F).
• Si ritiene che le lave di ossido di ferro siano la fonte del minerale di ferro a Kiruna, in Svezia, formatosi durante il Proterozoico. Lave di ossido di ferro dell’età pliocenica si trovano nel complesso vulcanico di El Laco al confine tra Cile e Argentina. Si pensa che le lave di ossido di ferro siano il risultato della separazione immiscibile del magma di ossido di ferro da un magma parentale di composizione calc-alcalina o alcalina.
• Le colate di lava di zolfo lunghe fino a 250 metri (820 piedi) e larghe 10 metri (33 piedi) si verificano al vulcano Lastarria, in Cile. Sono stati formati dalla fusione di depositi di zolfo a temperature fino a 113 ° C (235 ° F).

Il termine “lava” può anche essere usato per riferirsi a “miscele di ghiaccio” fuse in eruzioni sui satelliti ghiacciati dei giganti gassosi del Sistema Solare (vedi criovolcanismo).

Reologia

Il comportamento delle colate laviche è determinato principalmente dalla viscosità della lava. Mentre le temperature nelle lave ai silicati comuni variano da circa 800 ° C (1.470 ° F) per le lave felsiche a 1.200 ° C (2.190 ° F) per le lave mafiche, la viscosità delle stesse lave varia su sette ordini di grandezza, da 104 cP per la lava mafica a 1011 cP per magmi felsici. La viscosità è principalmente determinata dalla composizione, ma dipende anche dalla temperatura. La tendenza della lava felsica a essere più fredda della lava mafica aumenta la differenza di viscosità.

La viscosità della lava determina il tipo di attività vulcanica che ha luogo quando t la lava è eruttata. Maggiore è la viscosità, maggiore è la tendenza delle eruzioni ad essere esplosive piuttosto che effusive. Di conseguenza, la maggior parte dei flussi di lava su Terra, Marte e Venere sono composti da lava basaltica. Sulla Terra, il 90% dei flussi di lava sono mafici o ultramafici, con la lava intermedia che costituisce l’8% dei flussi e la lava felsica che costituisce solo il 2% dei flussi. La viscosità determina anche l’aspetto (spessore relativo all’estensione laterale) dei flussi, la velocità con cui si muovono i flussi e il carattere superficiale dei flussi.

Quando eruttano in modo effusivo, le lave altamente viscose eruttano quasi esclusivamente come colate o cupole ad alto aspetto. I flussi assumono la forma di lava a blocchi piuttosto che ʻaʻā o pāhoehoe. I flussi di ossidiana sono comuni. Le lave intermedie tendono a formare ripidi stratovulcano, con letti di lava alternati da eruzioni effusive e tefra da eruzioni esplosive. Le lave mafiche formano flussi relativamente sottili che possono spostare grandi distanze, formando vulcani a scudo con pendii molto dolci.

La maggior parte delle lave contiene cristalli solidi di vari minerali, frammenti di rocce esotiche note come xenoliti e frammenti di lava precedentemente solidificata. Il contenuto di cristalli della maggior parte delle lave conferisce loro proprietà tissotropiche e di assottigliamento al taglio. In altre parole, la maggior parte delle lave non si comportano come i fluidi newtoniani, in cui la velocità del flusso è proporzionale allo sforzo di taglio. Una tipica lava è invece un fluido Bingham, che mostra una notevole resistenza al flusso fino a quando non viene superata una soglia di stress, chiamata stress di snervamento. Ciò si traduce in un flusso a tampone di lava parzialmente cristallina. Un esempio familiare di flusso del tappo è il dentifricio spremuto da un tubetto di dentifricio. Il dentifricio esce come un tappo semisolido, perché il taglio è concentrato in uno strato sottile nel dentifricio vicino al tubetto, e solo qui il dentifricio si comporta come un fluido. Il comportamento tixotropico impedisce anche ai cristalli di depositarsi fuori dalla lava. Una volta che il contenuto di cristalli raggiunge circa il 60%, la lava smette di comportarsi come un fluido e inizia a comportarsi come un solido. Una tale miscela di cristalli con roccia fusa è talvolta descritta come poltiglia cristallina.

Le velocità del flusso di lava variano in base principalmente alla viscosità e alla pendenza. In generale, la lava scorre lentamente, con velocità tipiche di 0,25 mph (0,40 km / h) e velocità massime da 6 a 30 mph (da 9,7 a 48,3 km / h) su pendii ripidi. Una velocità eccezionale da 20 a 60 mph (da 32 a 97 km / h) è stata registrata in seguito al crollo di un lago di lava sul Monte Nyiragongo. La relazione di scala per le lave è che la velocità media di un flusso scala come il quadrato del suo spessore diviso per la sua viscosità. Ciò implica che un flusso di riolite dovrebbe avere uno spessore di ~ 1000 × quanto un flusso di basalto per fluire a una velocità simile.

Termico

La temperatura delle lave varia da circa 800 ° C (1.470 ° F) a 1.200 ° C (2.190 ° F). Ciò è simile alle temperature più calde raggiungibili con una fucina a carbone ad aria forzata. Una lava è più fluida quando erutta per la prima volta, diventando molto più viscosa quando la sua temperatura scende.

Le colate laviche sviluppano rapidamente una crosta isolante di roccia solida, come risultato della perdita radiativa di calore. Successivamente la lava si raffredda per conduzione molto lenta del calore attraverso la crosta rocciosa. I geologi del Servizio geologico degli Stati Uniti hanno regolarmente perforato il Kilauea Iki lago di lava, formatosi in un’eruzione nel 1959. Il lago era profondo circa 100 m (330 ft). Dopo tre anni, la solida crosta superficiale, la cui base era a una temperatura di 1.065 ° C (1.949 ° F), era ancora l solo 14 m (46 ft) di spessore. Il liquido residuo era ancora presente a una profondità di circa 80 m (260 piedi) diciannove anni dopo l’eruzione.

Le colate di lava di raffreddamento si restringono e questo si traduce in una frattura del flusso. Nei flussi di basalto, questo produce un modello caratteristico di fratture. Le parti più alte del flusso mostrano fratture irregolari verso il basso, mentre la parte inferiore del flusso mostra uno schema molto regolare di fratture che rompono il flusso in colonne a cinque o sei lati. La parte superiore irregolare del flusso solidificato è chiamata trabeazione mentre la parte inferiore che mostra la giunzione colonnare è chiamata collonade. I termini sono presi in prestito dall’architettura del tempio greco. Allo stesso modo, i motivi verticali regolari sui lati delle colonne, prodotti dal raffreddamento con fratture periodiche, sono descritti come segni di scalpello. Queste sono caratteristiche naturali prodotte dalla fisica del raffreddamento, della contrazione termica e della frattura.

Quando la lava si raffredda, cristallizzando verso l’interno dai suoi confini, i gas vengono espulsi dalla lava per formare vescicole ai confini inferiore e superiore . Questi sono descritti come vescicole con gambo di pipa o amigdale con gambo di pipa. I liquidi espulsi dalla poltiglia cristallina di raffreddamento salgono verso l’alto nel centro ancora fluido del flusso di raffreddamento e producono cilindri di vescicole verticali. Dove questi si fondono verso la sommità del flusso, si formano fogli di basalto vescicolare che a volte sono ricoperti da cavità gassose. Questi a volte sono pieni di minerali secondari. I bellissimi geodi di ametista trovati nei basalti alluvionali del Sud America si sono formati in questo modo.

I basalti alluvionali in genere subiscono poca cristallizzazione prima di aver cessato di scorrere e, di conseguenza, le trame di flusso sono rare in flussi meno silicici . D’altra parte, il flow banding è comune nei flussi felsici.