Descrivere come si forma una caldera

Caldera

Caratteristica vulcanica simile a un calderone formata dallo svuotamento di una camera magmatica

Per altri usi, vedi Caldera (disambigua).

Una caldera ( [1] kawl-DERR-ə, kal- ) è una grande cavità simile a un calderone che si forma poco dopo lo svuotamento di una camera magmatica in un'eruzione vulcanica. Un'eruzione che espelle grandi volumi di magma in un breve periodo di tempo può causare un danno significativo all'integrità strutturale di tale camera, diminuendo notevolmente la sua capacità di sostenere il proprio tetto e qualsiasi substrato o roccia che si trova al di sopra. La superficie del terreno collassa quindi nella camera magmatica svuotata o parzialmente svuotata, lasciando una grande depressione in superficie (da uno a decine di chilometri di diametro). [2] Anche se a volte descritto come un cratere, la caratteristica è in realtà un tipo di dolina, così come si è formata attraverso cedimenti e crolli piuttosto che un'esplosione o un impatto. Rispetto alle migliaia di eruzioni vulcaniche che si verificano nel corso di un secolo, la formazione di una caldera è un evento raro, che si verifica solo poche volte in una data finestra di 100 anni. [3] Si sa che solo otto crolli che hanno formato caldere si sono verificati tra il 1911 e il 2018, [3] con un collasso della caldera a Kīlauea, Hawaii nel 2018. [4] I vulcani che hanno formato una caldera sono talvolta descritti come "vulcani della caldera". [5]

Etimologia

Il termine caldera deriva dallo spagnolo caldera e dal latino caldaria , che significa "pentola". [6] In alcuni testi viene utilizzato anche il termine inglese cauldron, [7] anche se in lavori più recenti il termine calderone si riferisce a una caldera che ha è stato profondamente eroso per esporre i letti sotto il pavimento della caldera. [6] Il termine caldera è stato introdotto nel vocabolario geologico dal geologo tedesco Leopold von Buch quando pubblicò le sue memorie della sua visita del 1815 alle Isole Canarie, dove vide per la prima volta la caldera di Las Cañadas a Tenerife, con il Monte Teide che dominava il paesaggio, e poi la Caldera de Taburiente a La Palma. [8] [6]

Formazione

della caldera

Un collasso è innescato dallo svuotamento della camera magmatica sotto il vulcano, a volte come risultato di una grande eruzione vulcanica esplosiva (vedi Tambora [9] nel 1815), ma anche durante eruzioni effusive sui fianchi di un vulcano (vedi Piton de la Fournaise nel 2007) [10] o in un sistema di fessure collegato (vedi Bárðarbunga nel 2014-2015). Se viene espulso abbastanza magma, la camera svuotata non è in grado di sostenere il peso dell'edificio vulcanico sopra di essa. Una frattura approssimativamente circolare, la "faglia ad anello", si sviluppa attorno al bordo della camera. Le fratture dell'anello fungono da alimentatori per le intrusioni di faglie, note anche come dicchi ad anello. [11] : 86-89 Bocche vulcaniche secondarie possono formarsi sopra la frattura dell'anello. [12] Mentre la camera magmatica si svuota, il centro del vulcano all'interno della frattura dell'anello inizia a collassare. Il collasso può verificarsi come risultato di una singola eruzione cataclismatica, o può verificarsi in più fasi come risultato di una serie di eruzioni. L'area totale che crolla può essere di centinaia di chilometri quadrati. [6]

Mineralizzazione nelle caldere Alcune

caldere sono note per ospitare ricchi giacimenti minerari. I fluidi ricchi di metalli possono circolare attraverso il caldera, che forma depositi idrotermali di metalli come piombo, argento, oro, mercurio, litio e uranio. [13] Una delle caldere mineralizzate meglio conservate al mondo è la Caldera del Lago Sturgeon nell'Ontario nord-occidentale, in Canada, che si è formata durante la Neoarcheanera [14] circa 2,7 miliardi di anni fa. [15] Nel campo vulcanico di San Juan, le vene di minerale sono state messe in posto in fratture associate a diverse caldere, con la massima mineralizzazione che ha avuto luogo vicino alle intrusioni più giovani e siliciche associate a ciascuna caldera. [16]

Tipi di caldera

Eruzioni esplosive della caldera

Ulteriori informazioni: Eruzione esplosiva

Le eruzioni esplosive della caldera sono prodotte da una camera magmatica il cui magma è ricco di silice. Il magma ricco di silice ha un'elevata viscosità e quindi non scorre facilmente come basalto. [11] : 23-26 Il magma contiene tipicamente anche una grande quantità di gas disciolti, fino al 7% in peso per i magmi più ricchi di silice. [17] Quando il magma si avvicina alla superficie della Terra, il calo della pressione di confinamento fa sì che i gas intrappolati fuoriescano rapidamente dal magma, frammentando il magma per produrre una miscela di cenere vulcanica e altri tefra con i gas molto caldi.

La miscela di cenere e gas vulcanici sale inizialmente nell'atmosfera come una colonna eruttiva. Tuttavia, all'aumentare del volume del materiale eruttato, la colonna eruttiva non è in grado di trascinare abbastanza aria per rimanere galleggiante e la colonna eruttiva collassa in una fontana di tefra che ricade in superficie per formare flussi piroclastici. Eruzioni di questo tipo possono diffondere cenere su vaste aree, così che i tufi di colata di cenere posti dalle eruzioni della caldera silicica sono l'unico prodotto vulcanico con volumi che rivaleggiano con quelli dei basalti alluvionali. [11] : 77 Ad esempio, quando la Caldera di Yellowstone ha eruttato l'ultima volta circa 650.000 anni fa, ha rilasciato circa 1.000 km 3 di materiale (misurato in equivalente di roccia densa (DRE)), coprendo una parte sostanziale del Nord America con fino a due metri di detriti. [20]

Sono note eruzioni che formano caldere ancora più grandi, come la caldera di La Garita nelle montagne di San Juan in Colorado, dove il tufo del Fish Canyon di 5.000 chilometri cubi (1.200 miglia cubiche) è stato fatto esplodere in eruzioni circa 27,8 milioni di anni fa. [21] [22]

La caldera prodotta da tali eruzioni è tipicamente riempita con tufo, riolite e altre rocce ignee. [23] La caldera è circondata da un foglio di deflusso di tufo di flusso di cenere (chiamato anche flusso di cenere foglio ). [24] [25]

Se il magma continua ad essere iniettato nella camera magmatica collassata, il centro della caldera può essere sollevato sotto forma di una cupola risorgente come si vede nella caldera di Valles, nel lago Toba, nel campo vulcanico di San Juan, [7] nel Cerro Galán, [26] nello Yellowstone, [27] e molte altre caldere. [7]

Poiché una caldera silicica può eruttare centinaia o addirittura migliaia di chilometri cubi di materiale in un singolo evento, può causare effetti ambientali catastrofici. Anche piccole eruzioni che formano caldere, come il Krakatoa nel 1883 [28] o il Monte Pinatubo nel 1991, [29] possono provocare una significativa distruzione locale e un notevole calo della temperatura in tutto il mondo. Le grandi caldere possono avere effetti ancora maggiori. Gli effetti ecologici dell'eruzione di una grande caldera può essere visto nella registrazione dell'eruzione del lago Toba in Indonesia.

In alcuni momenti del tempo geologico, le caldere riolitiche sono apparse in gruppi distinti. I resti di tali ammassi possono essere trovati in luoghi come il complesso dell'Eocene-Rum in Scozia, le montagne di San Juan in Colorado (formate durante le epoche Oligocene, Miocene e Pliocene) o la catena montuosa di Saint Francois nel Missouri (eruttata durante l'eone proterozoico). [30]

Per

il loro articolo del 1968 [7] che introdusse per la prima volta il concetto di caldera risorgente in geologia, [6] R.L. Smith e R.A. Bailey scelsero la caldera di Valles come modello. Sebbene la caldera di Valles non sia insolitamente grande, è relativamente giovane (1,25 milioni di anni) e insolitamente ben conservata. [31] E rimane uno degli esempi meglio studiati di una caldera risorgente. [6] I tufi di colata di cenere della caldera di Valles, come il Bandelier Tuff, sono stati tra i primi ad essere accuratamente caratterizzati. [32]

Articoli

principali: Lago Toba e Teoria della catastrofe di Toba

Circa 74.000 anni fa, questo vulcano indonesiano rilasciò circa 2.800 chilometri cubi (670 miglia cubiche) di roccia densa equivalente al materiale espulso. Questa è stata la più grande eruzione conosciuta durante il periodo Quaternario in corso (gli ultimi 2,6 milioni di anni) e la più grande eruzione esplosiva conosciuta negli ultimi 25 milioni di anni. Alla fine degli anni '90, l'antropologo Stanley Ambrose [33] propose che un inverno vulcanico indotto da questa eruzione riducesse la popolazione umana a circa 2.000-20.000 individui, provocando un collo di bottiglia nella popolazione. Più recentemente, Lynn Jorde e Henry Harpending propose che la specie umana fosse ridotta a circa 5.000-10.000 persone. [34] Non ci sono prove dirette, tuttavia, che entrambe le teorie siano corrette, e non ci sono prove di alcun altro declino o estinzione degli animali, anche in specie sensibili all'ambiente. [35] Ci sono prove che l'insediamento umano continuò in India dopo l'eruzione. [36]

Caldere non esplosive

Alcuni vulcani, come i grandi vulcani a scudo Kīlauea e Mauna Loa sull'isola di Hawaii, formano le caldere in modo diverso.

Il magma che alimenta questi vulcani è il basalto, che è povero di silice. Di conseguenza, il magma è molto meno viscoso del magma di un vulcano riolitico e la camera magmatica è prosciugata da grandi colate laviche piuttosto che da eventi esplosivi. Le caldere risultanti sono anche conosciute come caldere di subsidenza e possono formarsi più gradualmente rispetto alle caldere esplosive. Ad esempio, la caldera in cima all'isola Fernandina è crollata nel 1968 quando parti del fondo della caldera sono scese di 350 metri (1.150 piedi). [38]

Dall'inizio degli anni '60, è noto che il vulcanismo si è verificato su altri pianeti e lune del Sistema Solare. Attraverso l'uso di veicoli spaziali con e senza equipaggio, il vulcanismo è stato scoperto su Venere, Marte, la Luna e Io, un satellite di Giove. Nessuno di questi mondi ha una tettonica a placche, che contribuisce a circa il 60% dell'attività vulcanica della Terra (l'altro 40% è attribuito al vulcanismo hotspot). [39] La struttura della caldera è simile su tutti questi corpi planetari, anche se le dimensioni variano considerevolmente. Il diametro medio della caldera su Venere è di 68 km (42 miglia). Il diametro medio della caldera su Io è vicino a 40 km (25 miglia), e il la modalità è di 6 km (3,7 miglia); Tvashtar Paterae è probabilmente la caldera più grande con un diametro di 290 km (180 miglia). Il diametro medio della caldera su Marte è di 48 km (30 miglia), più piccolo di Venere. Le caldere sulla Terra sono le più piccole di tutti i corpi planetari e variano da 1,6 a 80 km (1-50 miglia) come massimo. [40]

La Luna

Per ulteriori informazioni: Vulcanismo sulla Luna

La Luna ha un guscio esterno di roccia cristallina a bassa densità di qualche centinaio di chilometri di spessore, che si è formato a causa di una rapida creazione. I crateri della Luna sono stati ben conservati nel tempo e un tempo si pensava che fossero il risultato di un'attività vulcanica estrema, ma attualmente si ritiene che siano stati formati da meteoriti, quasi tutti avvenuti nelle prime centinaia di milioni di anni dopo la formazione della Luna. Circa 500 milioni di anni dopo, il mantello della Luna fu in grado di essere ampiamente fuso a causa del decadimento di elementi radioattivi. Massicce eruzioni basaltiche hanno avuto luogo generalmente alla base di grandi crateri da impatto. Inoltre, le eruzioni potrebbero aver avuto luogo a causa di un serbatoio di magma alla base della crosta. Questo forma una cupola, forse la stessa morfologia di un vulcano a scudo dove le caldere sono universalmente note per formarsi. [39] Sebbene le strutture simili a caldere siano rare sulla Luna, non sono completamente assenti. Si pensa che il complesso vulcanico Compton-Belkovich sul lato opposto della Luna sia una caldera, forse una caldera di colata di cenere. [41]

Marte

Per ulteriori informazioni: Vulcanismo su Marte

L'attività vulcanica di Marte è concentrata in due grandi province: Tharsis ed Elysium. Ogni provincia contiene una serie di giganteschi vulcani a scudo che sono simili a quelli che vediamo sulla Terra e probabilmente sono il risultato di punti caldi del mantello. Le superfici sono dominate da colate laviche, e tutte presentano una o più caldere di collasso. [39] Marte ha il vulcano più alto del Sistema Solare, l'Olympus Mons, che è più di tre volte l'altezza del Monte Everest, con un diametro di 520 km (323 miglia). La cima della montagna ha sei caldere nidificate. [42]

Venere

Ulteriori informazioni: Vulcanismo su Venere

Poiché non c'è tettonica a placche su Venere, il calore viene perso principalmente per conduzione attraverso la litosfera. Ciò provoca enormi colate laviche, che rappresentano l'80% della superficie di Venere. Molte delle montagne sono grandi vulcani a scudo che variano in dimensioni da 150 a 400 km (95-250 miglia) di diametro e 2-4 km (1,2-2,5 miglia) di altezza. Più di 80 di questi grandi vulcani a scudo hanno caldere sommitali con un diametro medio di 60 km (37 miglia). [39]

Per

ulteriori informazioni: Il vulcanismo su Io

Io, insolitamente, è riscaldato dalla flessione solida a causa dell'influenza mareale di Giove e della risonanza orbitale di Io con le grandi lune vicine Europa e Ganimede, che mantengono la sua orbita leggermente eccentrica. A differenza di tutti i pianeti menzionati, Io è continuamente vulcanicamente attivo. Ad esempio, le sonde Voyager 1 e Voyager 2 della NASA hanno rilevato nove vulcani in eruzione mentre passavano a Io nel 1979. Io ha molte caldere con diametri di decine di chilometri di diametro. [39]

Elenco delle caldere vulcaniche

Vedi anche: Categoria:Caldere

Africa

Antartide

Asia

  • Cina
    • Caldera di Dakantou (大墈头) (Villaggio di Shanhuyan, Città di Taozhu, Linhai, Zhejiang)
    • Caldera di Ma'anshan (马鞍山) (Città di Shishan (石山镇), Xiuying, Hainan)
    • Yiyang Caldera (宜洋) (Città di Shuangxi (双溪镇宜洋村), Contea di Pingnan, Fujian)
  • Indonesia
  • Giappone
  • Penisola coreana
  • Filippine
  • Turchia
  • Russia

Europa

Nord

e Centro America

Oceano Indiano Oceania

Sud

America

Caldere di erosione

Vedi anche

  • Vulcano complesso – Morfologia di più di un centro vulcanico correlato
  • Maar – Cratere vulcanico a basso rilievo
  • Vulcano Somma – Caldere vulcanica che è stata parzialmente riempita da un nuovo cono centrale
  • Supervulcano – Vulcano che ha avuto un'eruzione con un indice di esplosività vulcanica (VEI) di 8
  • Indice di esplosività vulcanica - Scala qualitativa predittiva per l'esplosività delle eruzioni vulcanichePagine che mostrano brevi descrizioni degli obiettivi di reindirizzamento

Note esplicative

  1. ^ Il libro di Leopold von Buch Descrizione fisica delle Isole Canarie è stato pubblicato nel 1825.

Riferimenti

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