Le proprietà fisiche dei magmi

I magmi sono caratterizzati da alcune proprietà fisiche che condizionano il tipo di eruzione di un vulcano.

Queste proprietà sono:

• Viscosità;
• Densità;
• Temperatura.

La viscosità dei magmi

La viscosità è la proprietà più importante di un magma. Esprime la resistenza che ogni corpo oppone alle forze che ne vogliono modificare la forma. In un fluido come ad esempio il magma, la deformazione corrisponde al flusso. Quindi in gergo la viscosità non altro “la resistenza che ha un determinato flusso allo scorrimento”.

Il suo termine opposto è la fluidità. In un fluido newtoniano, come ad esempio l’acqua, la velocità di flusso (dv/dy) esprime il tasso di deformazione ed è sempre proporzionale allo sforzo che viene applicato (σ, o anche dal simbolo τ), attraverso un fattore η che è appunto la viscosità:

A bassi valori di forza applicata, le lave hanno un comportamento non-newtoniano e vengono associati ad un’altra categoria di fluidi, i fluidi di Bingham.

Non abbiate paura verrà pubblicato un post dove vi spiegherò
la differenza tra i due tipi di fluido. Tornando a noi, poiché i fluidi di Bingham possano deformarsi, cioè scorrere, devono superare una loro soglia minima.

La viscosità, come le altre proprietà fisiche dei magmi, dipende dalla composizione chimica del magma. Infatti aumenta all’aumentare del contenuto in silice (perché all’interno di un fluido magmatico si vanno a formano legami forti tra il silicio e l’ossigeno), e diminuisce all’aumentare del contenuto di elementi o sostante che vanno ad interrompere tali legami, come ad esempio i volatili disciolti (l’acqua), gli elementi alcalini, il Fe ed il Mg.

La viscosità inoltre è inversamente proporzionale alla temperatura, ciò vuol dire che cresce al diminuire della stessa e all’aumentare del contenuto dei cristalli presenti nel fuso magmatico. Quindi i liquidi magmatici più polimerizzati, cioè quelli più ricchi in silice, sono più viscosi di quelli più poveri in silice. In questi fusi gli ioni, specialmente quelli che costituiscono i polimeri (Si-O, Al-O) non sono in grado di muoversi liberamente. La presenza di acqua e/o di fluoro nei liquidi magmatici ne riduce la viscosità. Qualsiasi sia la composizione chimica del liquido magmatico, un aumento di temperatura riduce la viscosità poiché aumenta l’energia cinetica degli atomi che sono in grado di muoversi più liberamente. La dipendenza della viscosità dalla pressione è trascurabile. L’unita di misura nel S.I è il Pascal (Pas), o il poise (10 poise= 1 Pas).

Per fare un esempio, di seguito riportiamo alcuni valori di viscosità a pressione atmosferiche per magmi con diverso contenuto in silice e di acqua:

Nella tabella sopra si può notare, come la viscosità aumenta di vari ordini di grandezza all’aumentare del contenuto in silice nel magma (da basalto a riolite), e come l’effetto dell’acqua incida molto sulla viscosità nei magmi riolitici, magmi come detto precedentemente dove abbiamo il maggior numero di legami silicio-ossigeno. La viscosità quindi rappresenta un parametro fisico di primaria importanza petrologica e vulcanologica. Essa è, ad esempio, una delle cause della bassa esplosività eruttiva dei magmi basici e della elevata esplosività eruttiva dei magmi acidi.

La densità dei magmi

La densità o massa volumetrica di un corpo, è il rapporto tra la massa ed il volume:

La densità di un magma rappresenta un parametro fisico molto importante, in quanto controlla gran parte dei meccanismi di risalita di un fuso tra le rocce incassanti, nonché i fenomeni di differenziazione e frazionamento che possono verificarsi nella camera magmatica. Inoltre la densità di un magma è in funzione della temperatura, della composizione chimica, della pressione e dal contenuto di gas presenti in un magma.

Per questi motivi i magmi primitivi o anche detti basaltici, hanno una densità maggiore (2700 Kg/m³) rispetto ai magmi evoluti, ossia quelli rioltici (2300 Kg/m³).

La densità di un magma è sempre inferiore rispetto a quella della roccia figlia.

Temperatura dei magmi

Un fuso magmatico cristallizza in un intervallo di temperatura compreso tra i 700° ed i 1250° C. Al di sopra di questa temperatura il magma è totalmente fuso e al di sotto della temperatura minima si ha la roccia solida.
Nell’intervallo tra le due temperature definito come intervallo di cristallizzazione, coesistono cristalli e liquido. A parità di condizioni i fusi basici iniziano e finiscono di cristallizzare a temperature più alte rispetto a quelli acidi.

Approfondimenti

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Il presente articolo è stato scritto dal collega Giorgio Capotosti

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