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PREMESSA
Esistono vulcani con caratteristiche diverse, per questo spesso si può parlare d'individualità di certi vulcani sia per la forma dell'edificio vulcanico, sia per il tipo d'attività. Ogni vulcano ha un suo modo particolare di esplicare la sua attività; in quelli di lunga durata inoltre essa può variare col tempo; di conseguenza muta anche la fisionomia dell'apparato. Quando la lava è molto fluida, il che accade specialmente quando è basica, l'attività del vulcano è spesso tranquilla; i gas si liberano facilmente ribollendo dalla lava che riempie il cratere, la lava cola e per la sua fluidità può scorrere fino a notevole distanza; l'edificio vulcanico cresce continuamente e regolarmente assumendo la classica forma a scudo. Quando la lava è viscosa l'emissione dei gas è ostacolata. La lava può solidificare formando una specie di tappo al cratere e quindi interrompere per un tempo più o meno lungo l'attività esterna del vulcano stesso. Nel frattempo i gas nel sottosuolo acquistano pressioni crescenti fino a che l'ostruzione del condotto vulcanico e del cratere sarà vinta con un'esplosione o una serie d'esplosioni. Quando i gas si liberano in forma esplosiva possono trascinare con se anche materiali liquidi o solidi. Brandelli di lava viscosa possono essere lanciati a varie distanze, frammenti e blocchi di rocce solide possono essere strappati dal condotto vulcanico e lanciati anche molto lontano; granuli di lava possono essere scagliati a grand'altezza e ricadere come pioggia di lapilli. Infine la lava vetrosa può essere polverizzata, formando grandi nubi e dando luogo a piogge di ceneri per un notevole raggio all'intorno. Tutti questi prodotti dell'attività esplosiva, determinano la struttura dei vulcani a cono, si depongono a strati successivi e si chiamano nell'insieme prodotti piroclastici. Generalmente tra questi depositi si distinguono col nome di brecce quelli più grossolani, col nome di tufi quelli intermedi, e col nome di ceneri quelli più sottili. La comprensione di una gamma così vasta d'attività vulcaniche può essere migliorata facendo ricorso ad una serie di simulazioni la cui preparazione e pianificazione in laboratorio, possono fornire un notevole aiuto agli studenti che iniziano lo studio dei fenomeni vulcanici del nostro pianeta.
MATERIALI E METODI
La simulazione prevede la costruzione di modelli atti a simulare edifici vulcanici a scudo (effusivi), a cono (esplosivi) ed eventualmente a strato vulcano (tipo Vesuvio). Normalmente per tali modellini possono essere usati materiali in cartapesta o in legno, oppure in modo più suggestivo, adoperando direttamente scorie vulcaniche, raccolte durante delle escursioni. Per gli esperimenti in questione, sono state usate delle scorie del Vesuvio raccolte durante due differenti escursioni con i ragazzi in località Pompei e Castello di Cisterna eseguite nell'a. sc. 1998-'99. Tali scorie, ricche di cristalli di augite, leucite ed olivina, hanno una struttura molto porosa (provengono infatti da un particolare tipo di lavaschiuma ottavianitica) e quindi sono facili da modellare con una serie di scalpelli e un piccolo martello. Di solito le scorie vengono forate in corrispondenza del cratere in modo da permettere il passaggio di un filo elettrico collegato da una parte con una resistenza elettrica, (va bene un pezzo di circa 8 cm e di una resistenza a spirale di un asciugacapelli elettrico) e dall'altra con un trasformatore di tensione.
ATTIVITA EFFUSIVA
Col fenomeno del vulcanismo, il magma fuso giunge a traboccare alla superficie della Terra. Ciò avviene quando nella fase d'aumento della tensione dei vapori nel focolaio magmatico, è raggiunto un valore tale da superare la resistenza passiva offerta dalla coltre dei materiali di copertura. Si ha allora una perforazione iniziale. Il magma fuso, se non è troppo viscoso, può continuare a salire e traboccare perché con la diminuzione della pressione, si sviluppano nel suo interno, bollicine di vapori; la lava diventa una schiuma leggera ed è quindi spinta verso l'alto. Il paragone più spontaneo è quello della bottiglia di vino spumante: tolto il tappo che contrasta la pressione, le bolle che si sviluppano fanno schizzare anche il liquido. L'eruzione effusiva con una lenta e progressiva emissione di gas può essere simulata disponendo sul fondo del cratere del modellino costruito una resistenza elettrica collegata ad un generatore di corrente. Il cratere è riempito con della ceralacca, il cui uso, risulta particolarmente spettacolare per il colore rosso che simula molto bene l'aspetto della lava che normalmente fuoriesce in un'eruzione di tipo effusivo. Insieme alla ceralacca si aggiunge una piccola quantità di bicarbonato di sodio e delle piccole sfere di cera cave all'interno e riempite con dell'accto. Al passaggio della corrente la resistenza si riscalda e provoca una graduale fusione della ceralacca che, aumentando di volume, fuoriesce dal cratere e comincia a scorrere lungo i fianchi del vulcano simulando una colata di lava; contemporaneamente la fusione delle sfere di cera, causa la fuoriuscita dell'aceto che viene a contatto con il bicarbonato di sodio, provocando la liberazione di gas che si libera sotto forma di schiuma dal liquido che scorre dal cratere. Le osservazioni che vanno eseguite riguardano l'effervescenza che si sviluppa sul liquido che simula la lava e la deposizione, dello stesso secondo la classica struttura delle lave a corde.
ERUZIONI STROMBOLIANE
Tali tipi d'eruzioni, caratterizzate da esplosioni a bassa energia e da tipiche fontane di lava, possono essere simulate attraverso la combustione di un particolare composto chimico: il dicromato d'ammonio che brucia lentamente all'aria. Si riempie il cratere del modellino con una certa quantità di dicromato e si provoca la combustione del prodotto (la combustione può essere innescata con il passaggio di corrente nella resistenza collocata sul fondo del cratere o con un semplice fiammifero). L'effetto scenico dell'eruzione è notevole. Le osservazioni che vanno eseguite riguardano l'area di distribuzione dei prodotti fini emessi, collegandoli alla presenza dei venti che in questo tipo d'eruzioni svolgono un ruolo importante nel trasporto delle ceneri vulcaniche. Per gli studenti che hanno già seguito il corso di chimica si potrà notare il cambiamento di colore del dicromato d'ammonio che è arancio prima della combustione e successivamente si presenta di colore verde per effetto di una tipica equazione redox che comporta la riduzione del cromo e l'ossidazione dell'azoto secondo la seguente reazione:
(NH4)2Cr2O7 --> Cr203 + N2 + 4H2O
ERUZIONI ESPLOSIVE
Tali attività vulcaniche danno luogo a tipici coni vulcanici che possono essere riprodotti con i modellini detti in precedenza. Nel cratere viene collocato un contenitore di plastica tipo quelli adoperati per custodire i rollini fotografici. All'interno del recipiente viene immesso della farina, della polvere di carbone e del ghiaccio secco e si chiude il contenitore con l'apposito tappo di plastica su cui si depongono delle piccole scorie porose e leggere. La rapida sublimazione del ghiaccio secco provoca un aumento di pressione all'interno del contenitore che farà saltare il tappo e le scorie sovrapposte. Successivamente si potrà notare l'emissione di una densa nube di polvere di carbone e farina che simula l'emissione delle nubi piroclastiche presenti in tali tipi d'eruzioni; le nubi appaiono infatti a volte scure per la presenza di ceneri vulcaniche, a volte bianche per il prevalere nelle stesse del vapor acqueo. La simulazione risulta molto spettacolare e può essere studiata in funzione delle modificazioni delle variabili in gioco nell'esperimento (pressione nel recipiente, presenza di piccole quantità d'acqua, grandezza delle scorie deposte sul tappo del contenitore, ecc.).
