Magma

Invulcanologia, ilmagmaè un sistema complesso di roccia fusa, compreso anche diacqua, altri fluidi, sostanze gassose in esso disciolte efenocristalli,nel caso in cui le condizioni di pressione e temperatura diliquidusnon siano state superate.
Dal punto di vista geochimico, il magma è distinto dallalava, poiché possiede ancora la componentegassosadisciolta. Il magma è presente solo in situazioni ipogee dal momento che, quando il magma fuoriesce dalla crosta attraversoapparati vulcanici, diviene lava, perdendo alcuni suoi componentivolatili, quali acqua e gas disciolti, non essendoci più le condizioni dipressionesufficienti a mantenerli in soluzione nella massa fusa.
Il magma può essere definito approssimativamente come un fluidoviscosoad alta temperatura ed alta pressione, che, una volta raffreddato, forma lerocce magmatiche. In natura il magma è in realtà un sistema complesso, eterogeneo, costituito da una fase liquidasilicatica, una fase gassosa disciolta e una fase solida composta da uno o più componenti, che in alcune condizioni può essere assente (magmi surriscaldati). La fase solida è costituita dacristalliseparatisi dal fuso ed eventualmente daxenolitistrappati e inglobati durante la risalita. La fase gassosa è costituita prevalentemente da acqua allo stato divapore(che origina l'acqua juveniledurante il degassamento),CO2e, subordinatamente, da composti diidrogeno,zolfo,ossigeno, e daelementi rari; la fase gassosa può essere più o meno abbondante e la sua modalità di liberazione governa i meccanismi eruttivi.
Solitamente un magma è prevalentemente di natura silicatica con composizione chimica variabile per magma,  (40-75% disilicio) e influisce sulle sue proprietà fisiche. Oltre all'acqua e al silicio, un magma contiene generalmente alcuni elementi chimici comealluminio,ferro,magnesio,calcio,sodio,potassio,titanio,fosforo,manganeseed altri noti come elementi in tracce, presenti con percentuali in peso inferiori allo 0,1%.
In natura esistono anche magmi di composizione non silicatica, ma sono molto rari e danno origine a prodotti che vengono identificati per la fase minerale prevalente; i prodotti più noti sono lecarbonatiti, rocce composte da oltre il 50% di carbonati primari.
Il magma può risalire all'interno dellacrosta terrestrefino alla superficie e dare origine ad una colata (attività effusiva) o ad unflusso piroclastico(attività esplosiva). Il fluido magmatico è spesso concentrato all'interno di unacamera magmatica, nella crosta terrestre, ma la sua formazione può avvenire anche a profondità maggiori, nelmantello. Il magma generalmente si trova a unatemperaturacompresa tra 650 e1200°C. La composizione chimica del magma è estremamente variabile e caratterizza la sorgente dello stesso, pertanto è possibile utilizzarla come parametro per classificare le rocce prodotte, sia in termini composizionali che genetici.Il processo vulcanico può essere sintetizzato in quattro tappe:
La composizione delle rocce terrestri al momento della formazione del nostro pianeta non era così varia come ora: le rocceultrafemicheche caratterizzavano il mantello primordiale hanno subito numerose e reiterate estrazioni di magmi ad opera di processi di fusione parziale. Alcuni elementi a bassa forza di campo come ilsilicioe altri non metalli sono stati estratti in maniera preferenziale da queste rocce per poi dar luogo a magmi, e quindi a nuove rocce, differenziati. Le rocce derivate da questi primi magmi sono state poi riprese in processi di fusione successivi tra cui i processi anattettici, legati allasubduzionedi lembi di crosta terrestre.
Questi processi sono ancor oggi in atto solo su pianeti tettonicamente attivi come la Terra.
I magmi (e le rocce che ne derivano) possono avere composizioni diverse, per cui la cristallizzazione può portare nei vari casi a rocce che differiscono tra loro per i tipi di minerali in esse aggregati. I magmi sono attualmente classificati in base alla percentuale disilicepresente nel fuso: su tale base, i magmi si suddividono in: acidi, neutri, basici e ultrabasici.
I liquidi silicatici hanno una struttura che prefigura quella dei minerali (silicatici) a cui daranno origine per raffreddamento: essi sono costituiti essenzialmente da due unità elementari, che in base alla loro funzione vengono definiti costruttori di struttura e modificatori di struttura. I primi sono rappresentati datetraedridi silicio e ossigeno (SiO4−4), collegati tra loro inpolimeridi varia struttura; gli elementi modificatori sono icationimetallici che tendono a legarsi aglianioniossigeno interrompendo la catena silicatica. Tali elementi sono ad esempio: potassio (K), sodio (Na), calcio (Ca), magnesio (Mg).
L'alluminio (Al2O3) può svolgere sia la funzione di costruttore, sostituendo il silicio nei tetraedri, che di modificatore, assumendo una coordinazioneottaedrica. Le condizioni che regolano la posizione di Alsono la composizione chimica del magma e la pressione: a parità dimoli% di SiO2in condizioni di bassa pressione Alassume preferibilmente coordinazione tetraedrica se le moli% di Al2O3sono minori della somma delle moli% dei metalli mono e bivalenti (Na2O, K2O, CaO, MgO, ecc.). La coordinazione ottaedrica di Alè favorita dall'aumento della pressione.
La densità di un magma dipende essenzialmente dalla sua composizione: varia da circa 2,2 g/cm³ per i magmi acidi a circa 2,8 g/cm³ per i magmi basaltici; aumenta con la pressione e diminuisce con la temperatura e con il contenuto in H2O.
Il contrasto di densità tra magma e ambiente circostante regola la risalita del fuso. All'interno del sistema magmatico il contrasto di densità tra liquido residuale e fasi minerali segregate regola il meccanismo con cui avviene il processo dicristallizzazione frazionata.
Laviscosità(η) di un magma è la resistenza che questo oppone al flusso e viene misurata inpoiseo in Pascal secondi. Il suo inverso è la fluidità. La viscosità è fortemente influenzata dalla struttura interna del liquido, quindi i fusi silicatici, fortementepolimerizzati, hanno un'elevata viscosità. L'eventuale presenza di elementi volatili o di acqua ha invece effetto opposto, riducendo la viscosità, che è inoltre influenzata da pressione e temperatura.La viscosità per temperature superiori a quelle delliquidus, cioè in assenza di fasi cristallizzate, si esprime come:
η=Aη(E∗+PV∗)RT{\displaystyle \eta =A_{\eta }^{(E^{*}+PV^{*}) \over RT}}
dove:
Come già detto il magma può contenere delle componenti volatili, la cui liberazione, nel processo di vescicolazione, influenza fortemente il tipo di attività vulcanica. I gas magmatici hanno una composizione chimica molto complessa e variabile. La componente principale è sicuramente l'H2O, a cui spesso si associaCO2in quantità anche rilevanti. In minore quantità ritroviamoHCl,HF,H2S, S,SO2,SO3. I gas magmatici possono quindi essere considerati come associazioni di H, C, S, e O, che danno origine a composti che cambiano in funzione di pressione e temperatura.
La differenziazione magmatica è l'insieme dei processi per cui, a partire da un determinato magma capostipite, possono originarsi associazioni di rocce con composizioni mineralogiche e chimiche molto diverse. In poche parole è il fenomeno che porta alla formazione di diversi tipi di rocce ignee a partire da uno stesso fuso iniziale.
Partendo da un magma i minerali che raffreddano alle più alte temperature solidificano per primi privando il fuso di certi ioni cambiando, perciò, il contenuto chimico del fuso rimanente.
La differenziazione può avvenire per:
Un efficace meccanismo di separazione dal liquido dei vari minerali è rappresentato dalla gravità. Nel residuo ancora liquido di un magma in solidificazione vengono sempre di più a mancaremagnesio,calcioeferro, mentre vengono acquisitisodio,potassioesilicio. Oltre che per processi gravitativi la differenziazione magmatica può avvenire attraverso processi gassosi, il cui trasporto rilascia sostanze disciolte.
Una variazione del chimismo originale può essere associato da contaminazione attraverso l'assimilazione delle rocce incassanti, originando magmi ibridi.
Man mano che il residuo fuso raffredda si formano i vari cristalli alle loro temperature con il conseguente cambiamento del chimismo del fuso residuo (cristallizzazione frazionata).