Vorrei conoscere la formazione e le caratteristiche dei vulcani presenti negli archi insulari. Grazie


Figura 1. Subduzione e formazione di vulcani.
Fonte: Esplora i vulcani italiani, sito di UniRoma Tre a cura di R. Scandone e L. Giacomelli)

Precisiamo subito che gli archi vulcanici sia continentali (cordigliere) che insulari (archi magmatici insulari), si formano laddove una crosta oceanica entra in subduzione con altra litosfera continentale oppure oceanica (figura1).
Invece, quando si scontrano due placche contimnentali non avviene formazione di vulcani.
La ragione di questa differenza risiede nel fatto che la crosta oceanica entra in subduzione perché è più pesante di quella con cui si scontra, sia quest’ultima anch’essa oceanica o continentale (la continentale è sempre più leggera di una crosta, o litosfera, oceanica).

Nella collisione di due placche (o zolle) continentali, non avviene subduzione ma solo corrugamento dei due margini che si scontrano provocando evidenti orogenesi (formazione di montagne). Va inoltre ricordato che gli spessori di una crosta oceanica e di una continentale sono notevolmente differenti: la costa continentale è molto più spessa e può raggiungere i 70 Km circa, mentre una crosta oceanica è molto più sottile e varia circa da 3 a 7 Km.

Figura 2. Formazione di un arco magmatico insulare (a sinistra). La dorsale oceanica (in centro) e alla sua destra la subduzione di litosfera oceanica sotto litosfera continentale. A destra del disegno un esempio di margini continentali divergenti (che si allontanano uno dall’altro).

 

In tettonica, un arco magmatico insulare è formato da una serie di isole vulcaniche, allungate a formare una struttura ad arco, che si generano nelle zone in cui una placca oceanica scivola sotto un’altra, anch’essa oceanica, in cui si determina una fossa oceanica.

Il termine, in senso geografico, si riferisce soltanto alla parte emersa e visibile delle isole.
Dal punto di vista geologico, però, il termine ha un’accezione più vasta, poiché il geologo è interessato alle radici sottomarine di queste isole. Un singolo arco insulare consiste di una singola catena di isole vulcaniche. Gli archi doppi (figura 3), meno comuni, hanno due catene, una più esterna, spesso sommersa, di origine sedimentaria, e una più interna, vulcanica.

Il Giappone, le Marianne, le Filippine, le Aleutine, le Antille, parte dell’arcipelago dell’Egeo ed altri ancora sulla Terra, sono tutti esempi di archi magmatici insulari.

Figura 3. Mappa della zona delle Antille che illustra il fronte di deformazione freddo, la traccia di superficie della zona di subduzione e gli archi esterni ed interni.

Per spiegare la formazione di un arco insulare necessita ricorrere alla teoria delle zolle, o tettonica a placche, fondata sulla ipotesi della deriva dei continenti ormai universalmente accolta.

Per un approfondimento sull’argomento legato alla tettonica, si rimanda il lettore alle pagine nei seguenti indirizzi:
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=1946
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=6683
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=6950
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=7166
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=7207
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=8986

Poiché gli scontri fra placche possono essere di tre tipi, a seconda del tipo di crosta coinvolta nello scontro, si individuano tre diversi modelli orogenetici (figure 4-5 e 6):
1) orogenesi di arco insulare (crosta oceanica-crosta oceanica: arco magmatico insulare);
2) orogenesi di cordigliera (crosta oceanica-crosta continentale: Cordigliera delle Ande);
3) orogenesi di collisione (crosta continentale-crosta continentale: Himalaya, Alpi e altre catene).

  Scontro oceano-oceano. Si noti la fossa (trench) e l’arco vulcanico.
Il Giappone è un esempio di tale arco insulare.
  Collisione tra placca continentale e placca oceanica. La fossa è ancora nel punto di subduzione, ma il vulcanesimo si presenta sulla crosta continentale.
Le montagne delle Ande sono un esempio di questa situazione.
  Collisione tra placche continentali.
La litosfera aumenta di spessore provocando gradualmente e in tempi geologici una orogenesi (formazione delle montagne).
Tutte le catene montuose si sono formate in questo modo. L’Himalaya e le Alpi sono un esempio di questa formazione. Si noti la mancanza di vulcani.

Figure 4-5 e 6. Esempio dei tre tipi di margini in collisione.

Nell’orogenesi di arco insulare il margine convergente tra due placche costituite entrambe da crosta oceanica è caratterizzato dall’individuazione di una fossa oceanica, espressione morfologica superficiale del fenomeno della subduzione di una delle due placche (quella più veloce) al di sotto dell’altra. Durante la subduzione i sedimenti che si erano depositati al margine della fossa vengono fratturati, scagliati e trasportati in profondità sul dorso della zolla discendente.
Quando la placca discendente raggiunge profondità intorno ai 100 km, le temperature e pressioni caratteristiche di questa profondità innescano il fenomeno della fusione parziale della placca basalto-gabbrica (placca oceanica). Questo provoca un vulcanismo oceanico con la creazione dell’arco insulare emerso costituito da lave di natura basalto-andesitica, mentre parte del fuso differenziato dà origine a intrusioni più acide (dioritiche).

 
Figura 7. Nel disegno superiore è schematizzata una sezione che comprende il continente americano meridionale: il movimento convergente provoca la subduzione della crosta oceanica del Pacifico sotto la placca continentale americana; la parziale rifusione dei materiali in subduzione ha prodotto la formazione della catena andina e del magmatismo connesso.
Il disegno inferiore mostra il margine asiatico verso il Pacifico dove il corrugamento dell’arco insulare è sempre causato da un meccanismo subduttivo ma di tipo intraoceanico con il quale si forma un arco insulare.

Quando due placche oceaniche collidono (figure 8 e 9), una delle due, quella più densa, entra in subduzione e si creano:
a) dei terremoti con ipocentro fino a 700 km causati dall’immersione di una placca sotto l’altra;
b) una zona depressa detta Fossa con profondità fino a 10000 m;
c) delle isole vulcaniche sulla placca oceanica che non s’immerge sotto l’altra, in quanto quella che s’immerge in profondità fonde parzialmente e forma del magma che salendo in superficie origina un insieme di isole vulcaniche su crosta oceanica ( Es. Isole del Giappone e Indonesiane sono degli archi magmatici insulari dove si riscontra una notevole attività vulcanica e sismica).

 
Figura 8.
 
Figura 9.

I due disegni illustrano due casi di placche oceaniche convergenti nella fase di collisione che provoca la formazione di un arco magmatico insulare.


 

Figura 10. Subduzione di placca oceanica sotto placca continentale (margine continentale attivo) con formazione di cordigliera.


Figura 11. L’arcipelago Hawaiiano non è un arco insulare ma un allineamento di centri eruttivi generatosi per lo spostamento della zolla pacifica su un hot-spot (punto caldo).


Figura 12. Due sistemi di arco-fossa.