Perché alcuni vulcani generano fontane di lava altissime mentre altri emettono colate più tranquille? Una possibile risposta riguarda il ritardo con cui il magma surriscaldato forma i cristalli.
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Il fenomeno è stato studiato con esperimenti di laboratorio che hanno confrontato magmi portati oltre la temperatura normalmente associata alla loro fusione con campioni non sottoposti allo stesso trattamento. Nei risultati riportati, la cristallizzazione del materiale surriscaldato può rimanere sospesa per oltre otto ore, contro circa venti minuti nel magma non surriscaldato.
Questa differenza non significa che ogni magma molto caldo produca automaticamente una fontana spettacolare. Aiuta però a capire come temperatura, cristalli e viscosità possano modificare il comportamento di un’eruzione.
Che cosa succede quando il magma si raffredda
Il magma non è semplicemente roccia liquida. È una miscela complessa di silicati fusi, cristalli già presenti e gas disciolti, soprattutto acqua e biossido di carbonio. Quando risale verso la superficie, la pressione diminuisce e i gas tendono a separarsi dal liquido.
Nel raffreddamento, inoltre, alcuni componenti iniziano a organizzarsi in strutture solide: nascono così nuovi cristalli. Questo processo, chiamato nucleazione, non è istantaneo. Richiede condizioni adatte e spesso una superficie o una particella che faccia da punto di partenza.
La presenza dei cristalli cambia le proprietà del magma. In generale, una maggiore quantità di particelle solide può aumentare la viscosità e ostacolare il movimento. Un magma più viscoso trattiene più facilmente le bolle, mentre uno più fluido consente loro di risalire e di liberare gas con maggiore facilità.
Perché il surriscaldamento cambia la cristallizzazione
Il surriscaldamento si verifica quando una massa fusa raggiunge una temperatura superiore a quella necessaria, in equilibrio, per restare liquida. In queste condizioni possono dissolversi o ridursi i piccoli nuclei cristallini che normalmente favorirebbero la formazione di nuovi cristalli.
Quando il magma comincia poi a raffreddarsi, deve ricostruire da zero molti di questi nuclei. La cristallizzazione può quindi iniziare più lentamente. Il risultato è un liquido che rimane privo di cristalli per un periodo insolitamente lungo, anche se la temperatura scende.
Gli esperimenti citati nello spunto indicano un contrasto notevole: più di otto ore per il magma surriscaldato, rispetto a circa venti minuti per quello non surriscaldato. Il dato riguarda però condizioni sperimentali controllate. Non è una misura direttamente trasferibile a ogni vulcano, dove pressione, composizione, contenuto d’acqua e tempi di risalita sono diversi.
Il legame con le fontane di lava
Le fontane di lava si formano soprattutto nelle eruzioni effusive in cui il magma risale rapidamente e i gas si espandono. Se il liquido è relativamente fluido, le bolle possono unirsi, accelerare verso l’alto e frammentare la lava in getti incandescenti.
Un magma che ha ritardato la cristallizzazione può mantenere una viscosità più bassa rispetto a uno che ha già sviluppato molti cristalli. Questa condizione favorisce il trasporto dei gas e può contribuire a getti più alti e continui.
Il meccanismo non va però confuso con quello delle eruzioni esplosive più violente. In una fontana di lava il magma viene proiettato in aria, ma il comportamento dipende dall’interazione tra gas, pressione e viscosità. Se il gas rimane intrappolato in un magma molto viscoso, la pressione può crescere fino a produrre frammentazione improvvisa e colonne eruttive molto diverse.
Quanto conta la composizione del magma
La temperatura non è l’unico fattore. I magmi basaltici, relativamente poveri di silice, sono in genere più fluidi di quelli ricchi di silice, come molti magmi riolitici. Anche piccole variazioni nella quantità di acqua e cristalli possono modificare la viscosità.
Conta inoltre la storia del magma. Una massa fusa può sostare in una camera magmatica, mescolarsi con altro materiale, perdere gas o ricevere nuovo calore dal mantello. Il surriscaldamento potrebbe quindi essere una fase transitoria all’interno di un sistema molto più complesso, non una proprietà costante dell’intero serbatoio.
Che cosa può insegnare ai vulcanologi
Comprendere la cristallizzazione ritardata può migliorare i modelli che collegano le condizioni profonde del vulcano alla forma dell’eruzione osservata in superficie. Analizzando la dimensione e la composizione dei cristalli nelle rocce emesse, i ricercatori possono ricostruire parte della storia termica del magma.
Queste informazioni possono contribuire alla sorveglianza vulcanica, ma non permettono da sole di prevedere con precisione il momento o l’intensità di un’eruzione. Per questo vengono combinati molti segnali: deformazione del suolo, terremoti, composizione dei gas, temperatura e variazioni nella conduttività elettrica.
Le fonti di riferimento sulla composizione dei magmi e sui processi vulcanici includono le risorse divulgative della USGS e le informazioni scientifiche della NASA. Per la terminologia chimica e fisica, un riferimento generale è anche la IUPAC.
Il limite principale: dal laboratorio al vulcano
Un esperimento può isolare l’effetto della temperatura, mentre un vulcano reale combina pressione, raffreddamento, cristalli, gas e movimento del magma. La durata di oltre otto ore osservata in laboratorio non indica dunque che una fontana di lava resterà attiva per altrettanto tempo.
Il risultato più importante è un altro: la temperatura passata dal magma può contare quanto la temperatura misurata in un singolo istante. Un magma apparentemente simile può comportarsi in modo diverso se è stato recentemente surriscaldato, perché la sua struttura interna e il numero di nuclei cristallini non sono gli stessi.
La fisica delle fontane di lava nasce così dall’incontro di fenomeni microscopici, come la nucleazione dei cristalli, e processi visibili a chilometri di distanza. Capire quel passaggio resta essenziale per interpretare meglio la varietà delle eruzioni vulcaniche.
