ROCCE VULCANICHE

Le rocce Vulcaniche si originano ad alta temperatura per raffreddamento di un sistema fuso, generalmente di composizione silicatica, detto Magma.

Il principale fattore esterno che determina la solidificazione del fuso magmatico è la diminuzione di temperatura, controllata dal meccanismo di risalita del magma verso porzioni più esterne e più fredde della crosta terrestre e, nell'eventualità di effusione, dalla interazione termica con la superficie terrestre, l'aria, l'acqua:
in quest'ultimo caso il raffreddamento risulta repentino, se non immediato e avremo la formazione di Pillow, Pomici, Ossidiane, Tachiliti ecc ecc).

Questo fenomeno di repentino "congelamento" del fuso viene detto Quenching e dà origine a rocce costituite essenzialmente da vetro.

Gli elementi costituenti il liquido magmatico possono passare nello stato solido ordinandosi in reticoli cristallini (minerali) oppure conservando una struttura simile a quella del liquido e formando così del materiale amorfo (vetro).

L'evoluzione del sistema è dunque controllata essenzialmente dalla velocità di raffreddamento, dalla viscosità e dalle caratteristiche termodinamiche del magma.

Il processo di cristallizzazione inizia con la nucleazione di germi cristallini e procede con la loro crescita: il ruolo combinato di nucleazione e crescita determina il tipo di struttura della roccia.

Le rocce vulcaniche sono spesso caratterizzate da una tessitura micro-cripto cristallina (Afanitica) che è indice di un veloce raffreddamento, mentre se si è avuto un "congelamento" del fuso la tessitura risulterà Vitrofirica o Afirica. Molto più comunemente le rocce vulcaniche presentano una tessitura Porfirica, in cui si ha un certo numero di fenocristalli immersi in una matrice (Pasta di fondo) che può essere Afanitica o Vitrofirica.

I Fenocristalli rappresentano la prima generazione di cristalli che si sono segregati dal fuso durante la risalita (Intratellurici) mentre i micro-cripto cristalli della pasta di fondo rappresentano le generazioni successive (eruttive).
La crescita dei cristalli è condizionata da vari fattori quali:

- Velocità di raffreddamento.
- Velocità di nucleazione.
- Caratteristiche reologiche del magma.
- Diffusione degli elementi nel fuso.

La tessitura finale della roccia è data essenzialmente dalla velocità di nucleazione, dalla crescita dei cristalli e dall'ordine di segregazione delle fasi dal Liquido (ordine di cristallizzazione). L'ordine di comparsa delle fasi sul Liquidus viene desunto tramite lo studio di:

- Rapporti di inclusione: cristalli inclusi sono comparsi prima di quelli includenti. Questo non è vero per essoluzioni e compenetrazioni tra varie specie.

- Dimensioni: cristalli più grandi sono comparsi prima e hanno avuto più tempo di crescere. Questo vale di solito per cristalli delle stessa fase in quanto fasi diverse hanno velocità di crescita anche considerevolmente diverse tra loro.

- Euedralità: cristalli euedrali sono comparsi prima di cristalli anaedrali in quanto hanno avuto modo di crescere liberamente fino ad acquisire una forma cristallina regolare. Questo non vale per cristalli che hanno reagito col Liquido perdendo la loro euedralità.

Struttura dei liquidi silicatici

La struttura atomica dei liquidi silicatici è un fattore estremamente importante poichè determina la maggior parte delle caratteristiche delle rocce ignee come:

- Velocità di scorrimento del magma.
- Esplosività delle eruzioni vulcaniche.
- Tasso di cristallizzazione e quindi la grana dei cristalli.

Studi teorici e analisi a raggi-X hanno permesso di stabilire che la struttura dei liquidi silicatici è costituita da complessi legami atomici (Polimerizzazione).

Tale polimerizzazione è data principalmente da legami O-Si e da legami O-Al. I liquidi silicatici consistono per lo più in catene di Ioni Al³⁺ Si⁴⁺ coordinati da quattro O^2-.

Considerando liquidi con un'abbondanza di Silice il grado di polimerizzazione è essenzialmente dato dal rapporto O:Si.
Liquidi con un alto rapporto O:Si (magmi basaltici) sono costituiti da gruppi tetraedrici isolati [SiO₄]^4-.

Liquidi poco polimerrizzati risultano poco viscosi come evidenziato dalla grande copertura areale delle lave basaltiche, inoltre risultano poco esplosivi dato che i gas magmatici hanno un alta mobilità.

Liquidi altamente polimerizzati posseggono molti più legami O-Si, così che si ha la formazione di lunghe catene tetraedriche.
Ne risulta che i liquidi polimerizzati siano più viscosi, fluiscano con più difficoltà e impediscano la libera fuoriuscita di gas con conseguente alta esplosività delle eruzioni.

Effetto dei volatili

I componenti volatili presenti nel magma tendono generalmente a distruggere le catene tetraedriche e a far diminuire il grado di polimerizzazione.

Questo è dovuto al fatto che Ioni come (OH)^- e F^- vanno in sostituzione degli ossigeni ponte.
Ogni atomo di O^2- lega due Ioni Si⁴⁺ mentre (OH)^- o F^- sono in grado di legare soltanto un solo Ione Si⁴⁺.

Ciò causa sia l'interruzione delle catene tetraedriche che la diminuzione della viscosità poichè i gruppi Si-O rimanenti diventano liberi di muoversi con più facilità.