Di cosa sono fatti i magmi

geo-lavaL’elemento più diffuso sul pianeta Terra, inteso come parte solida (crosta, mantello e nucleo), come roccia, è l’ossigeno. Lo troviamo però sempre legato ad altri elementi, soprattutto silicio (il secondo più abbondante) ed alluminio, sotto forma di silice SiO2 ed allumina Al203. Il nostro pianeta, così come Mercurio, Venere e Marte, è fatto di roccia; silice ed allumina contribuiscono in vari termini alla composizione di queste rocce formando reticoli di cristalli nei cui spazi vengono ospitati (legati elettrochimicamente) metalli quali il ferro e il magnesio, ma anche alcali come calcio, sodio e potassio. I composti così ottenuti vengono chiamati minerali. Una roccia è quindi composta da un aggregato di minerali; tale aggregazione non è casuale.

Allo stato fuso, una roccia viene definita magma. Se il magma viene alla luce durante i processi vulcanici viene chiamato lava. I vulcani, come i terremoti, sono localizzati nelle stesse aree della superficie terrestre, ossia ai margini delle placche. Assieme rilasciano immense quantità di energia. Parte di questa energia è cinetica, il resto è termica (la temperatura dei magmi varia tra i 600 ed i 1200°C); ovviamente l’energia termica è molto preponderante nel caso delle eruzioni vulcaniche effusive, mentre l’energia cinetica è maggiore quanto più una eruzione è esplosiva. L’esplosività o meno di una eruzione dipende dalla viscosità del magma coinvolto e dalla presenza di elementi volatili (ossia allo stato gassoso). La viscosità di un magma dipende dal suo contenuto in silice ed allumina, oltre che da pressione e temperatura.

geo-tetraedrogeo-catene_tetraedriL’alta concentrazione di silice provoca un aumento della viscosità a causa della polimerizzazione dei legami silicio-ossigeno. Il silicio ha valenza 4+, il che significa che ha 4 legami elettricamente positivi che si respingono l’un l’altro, orientandosi per questo nello spazio alla massima distanza possibile, ossia secondo i 4 vertici di un tetraedro; ognuno dei vertici lega una delle 2 valenze negative di un atomo di ossigeno (SiO44-). Questi tetraedri con al centro il Si possono organizzarsi tra loro in vari modi nello spazio, formando così minerali diversi che ricadono nella grande famiglia dei silicati. La polimerizzazione dei tetraedri di silice è controbilanciata dalla presenza di cationi metallici che si legano agli ossigeni dei vertici, nonché dalla presenza di elementi volatili quali l’acqua.

Presente sotto forma di ione OH, l’acqua nei magmi ne diminuisce la viscosità. Comunque, mentre il magma sale verso la superficie, la diminuzione di pressione fa si che i composti volatili vengano rilasciati ed il magma diventa via via più viscoso. Se il magma è già in origine molto viscoso, questo rilascio è più difficile. In genere, un magma più viscoso, oltre a trattenere l’acqua, si muove con più difficoltà, favorendo così aumenti di pressione e quindi eruzioni più esplosive. Ma la viscosità del magma dipende più che altro dalla sua composizione (che poi influenza i fattori quali la polimerizzazione maggiore o minore dei tetraedri e la possibilità di trattenere o meno i volatili).

In base alla loro composizione, i magmi possono essere divisi in due gruppi principali che vengono storicamente chiamati “acidi” o “basici”. In chimica un acido reagisce con un metallo o alcale formando un sale: ad esempio, l’acido cloridrico, in contatto col sodio, reagisce a formare il sale cloruro di sodio; se si trattasse di acido solforico avremmo il solfato di sodio. In passato si riteneva che i silicati, i principali componenti dei magmi (e quindi delle rocce) derivassero dalla reazione di un “acido silicico” con dei metalli per formare sali (i silicati). Non è così, ma i magmi ricchi in silice vengono tuttora chiamati “acidi”, mentre quelli che ne sono più poveri sono quelli “basici” (la cosa non ha niente a che vedere col pH). Dato che un magma basico è quindi meno viscoso grazie alla minore presenza di silice (meno possibilità di polimerizzazione dei tetraedri), esso darà più probabilmente luogo ad una eruzione effusiva. La roccia che deriva dalla lava effusiva solidificata è di solito il basalto, quindi questi magmi vengono spesso definiti anche come fusi basaltici.

geo-basaltoIl basalto (a sinistra – da “basaltes”, utilizzato anticamente per descrivere rocce nere dell’Etiopia) è la roccia primordiale: ne è ricca la Luna nei suoi espandimenti chiamati “mari”, ne sono ricchi alcuni meteoriti ed i fondali oceanici, ma è primordiale perché è possibile che da essa si formino altri tipi di roccia più ricchi in silice in un processo che si chiama differenziazione per cristallizzazione frazionata. Dai basalti derivano così anche i graniti (dal latino “granum”: granulo), tra le rocce più ricche in silice, ma anche tutte le altre rocce sedimentarie e metamorfiche: in genere accade che i componenti ferromegnasiaci, avendo una temperatura di fusione più alta, cristallizzino per primi e si separino così dal magma iniziale. La parte che rimane può essere a metà strada (come composizione mineralogica) tra basalto e granito, in qual caso la roccia derivata si chiama diorite (dal greco: io separo, divido), e, continuando il processo, si può arrivare al granito stesso. La parte di magma che rimane sarà arricchita in silice e quindi più viscosa e con meno probabilità di venire alla luce come lava.

geo-granitoI magmi più acidi, più viscosi, rimangono più facilmente intrappolati nel sottosuolo (rocce intrusive) a formare batoliti di granito, detti anche plutoni, che, solidificando lentamente, hanno il tempo di formare i minerali visibili ad occhio nudo nell’aspetto ben noto del granito (a destra). Se i magmi granitici riuscissero a venire alla luce lo farebbero in modo esplosivo, generando nubi ardenti e ceneri; nei rari casi in cui vengono alla luce in colate di lava molto poco mobili (più spesso riempiono i condotti vulcanici sotto forma di dicchi), formano rocce chiamate rioliti (dal greco “torrente”) che, come i basalti, non presentano minerali visibili ad occhio nudo dato che cristallizzano più velocemente a contatto con aria o acqua.

Riassumendo: i magmi basici, con meno silice quindi più fluidi e caldi, ma poveri in volatili, se vengono alla luce come lava formano basalti (es.. Hawaii, Islanda, Etna); se rimangono intrappolati danno luogo a gabbri (dal latino “glaber”: terra sterile, inolta – es.: fondali oceanici).

I magmi più acidi, con più silice quindi più viscosi e ricchi d’acqua, se vengono alla luce come lava formano rioliti (es.: ossidiane e pomici); se rimangono intrappolati danno luogo a graniti (es.: Sardegna e Corsica).

Composizioni intermedie danno luogo a comportamenti intermedi; se vengono alla luce come lava formano andesiti (es.: Ande); se rimangono intrappolati nel sottosuolo danno luogo a dioriti (es.: Sardegna, Calabria, Valtellina, Adamello).

I magmi (e quindi le rocce) sono composti da silicati di ferro, magnesio, sodio, potassio e calcio (tra gli altri) e differiscono tra loro per il contenuto in silice. Dalla disponibilità di silice SiO2 dipende la composizione dei minerali nel magma. La silice reagisce con i metalli citati formando vari tipi di silicati. Magmi poveri in silice vengono per questo anche definiti sottosaturi e possono contenere minerali con poche molecole di SiO2. Idealmente, aggiungendo molecole di SiO2 a questi silicati “sottosaturi” se ne possono formare altri sempre più ricchi in silice. Se, dopo aver formato i silicati più ricchi in SiO2 rimane ancora della silice, questa, non potendosi legare ad altro, cristallizzerà come quarzo.