02. Come si forma un magma?

Premessa: è un concetto errato ma molto diffuso tra i ragazzi, anche tra quelli grandi e - sfortunatamente - anche tra molti insegnanti, che il mantello sia liquido, o comunque che al di sotto della crosta terrestre ci sia uno "strato di magma". * Questo non è vero. La sismica ci dice che il mantello è solido (infatti trasmette le onde sismiche S, che non possono attraversare un mezzo liquido; v. figura in fondo alla pagina), ed in profondità le pressioni sono così elevate che le fasi stabili sono solide. Quasi sempre.

Il magma si genera quando la temperatura è sufficientemente alta da permettere la fusione (parziale) di parte del mantello o della crosta.

Il mantello (normalmente solido) se fonde (parzialmente) dà luogo a magmi basaltici.

La crosta (normalmente solida) se fonde (parzialmente) dà luogo a magmi riolitici.

Osservando la figura, si conclude che la fusione può avvenire per uno dei tre seguenti motivi:

1. La temperatura della sorgente aumenta (poco verosimile)

2. La pressione della sorgente diminuisce (decompressione adiabatica per assottigliamento del mantello sovrastante)

3. La curva di solidus si sposta verso temperature più basse (apporto di fluidi nella sorgente).

Come si forma un magma? 

Cosa significa "fusione parziale"? Le rocce sono formate da minerali diversi, che hanno diversi punti (temperature o intervalli di temperatura) di fusione. Quando la roccia raggiunge le opportune condizioni di temperatura e pressione, alcuni dei minerali cominciano a fondere. Si tratta dei minerali che hanno temperatura di fusione più bassa, a quella pressione. I minerali con il più alto punto di fusione spesso invece restano allo stato solido, e affondano nel liquido che ha densità minore. Il materiale fuso, contemporaneamente, risale verso l'alto per differenza di densità. Quando solidifica (cristallizza) produrrà una roccia con una composizione diversa da quella di partenza, arricchita nei materiali con punto di fusione più basso.

Un processo simile può essere descritto utilizzando il modello di roccia mostrato in figura: un miscuglio di materiali (ghiaia e frammenti di cera) con punti di fusione diversi. Chiedere cosa ci si aspetta che succeda, quando si scalda il becher con il miscuglio, discutere e alla fine verificare le ipotesi fatte mostrando il secondo becher (oppure effettuare in diretta la fusione parziale su una piastra riscaldante).

Abbondate con la cera. Mescolate bene inizialmente i due materiali. Si deve vedere bene che nel processo si separa una parte non fusa (solida) che è più densa ed una parte liquida (magma) che sale verso l'alto. 

Perché le rocce fondono

In realtà il processo di fusione di una roccia (per esempio nel mantello superiore) non avviene quasi mai per aumento di temperatura ma assai più spesso per diminuzione di pressione e/o apporto di fluidi che abbassano la temperatura di fusione dei minerali.

Per esempio, le dorsali oceaniche si formano perché.... (discussione)

Nota

* Sfortunatamente lo stesso misconcetto (cioè che il mantello sotto la crosta sia liquido) si trova in prodotti multimediali presenti in rete ed associati a  nomi prestigiosi. Nel test finale si parla di crosta terrestre suddivisa in "placche adagiate al di sopra dello strato superiore del mantello, formato da rocce allo stato fuso".

Invece è la  litosfera (= crosta + parte superiore del mantello) ad essere divisa in placche. Sotto la litosfera  si trova l'astenosfera, che ha un comportamento plastico (e quindi 'fluisce' molto lentamente formando celle convettive) se sollecitata per tempi lunghissimi (geologici), ed ha un comportamento elastico per sollecitazioni in tempi brevi, come avviene durante il passaggio delle onde sismiche (v. fig.). Non è fusa, non è un magma, non è liquida.  Per questo tipo di comportamento si parla di SOLIDO VISCOELASTICO.

Un buon "modello didattico" per questo tipo di comportamento è il silly putty...

Nota alla nota: La suddivisione crosta-mantello-nucleo è una suddivisione basata principalmente sulla composizione chimica; la suddivisione litosfera-astenosfera invece si basa sul comportamento 'reologico'