Conoscenze pregresse 1 Nisyros

I primi studi geologici su Nisyros sono stati eseguiti da geologi italiani come Martelli, che nel 1917 realizzò anche una prima carta geologica 1:100000. Successivamente, nel 1933, l’Istituto della Marina Italiana ha pubblicato delle mappe nautiche e topografiche, in scala 1:30000, di Nisyros e delle isole vicine. Davis (1967) produsse una carta geologica, 1:50000, e alcuni dati petrologici sia di Nisyros, che della vicina Yali. Altri studi geologici sono stati condotti da Desio (1931), Georgalas (1958) e Keller (1971). Una nuova carta geologica di Nisyros è stata pubblicata successivamente da Vougioukalakis (1989, 1992), per conto dell’Istituto di Esplorazione Geologica e Mineraria (IGME) di Atene.

Il primo studio vulcanologico e petrologico di dettaglio su Nisyros, è stato pubblicato da Di Paola (1974). In questo lavoro, l’autore ricostruisce l’evoluzione vulcanologica dell’isola, escrivendo cinque distinte fasi di attività del vulcano, che possono essere riassunte in tre principali periodi, due caratterizzati da attività magmatica esplosiva ed effusiva, il terzo da attività esclusivamente fratica-idrotermale. Il primo periodo, consiste in una fase di costruzione dell’edificio vulcanico ed è articolato in un primo stadio di attività magmatica sottomarina, seguito da una successiva attività subaerea, alternativamente effusiva ed esplosiva. Questa attività si sviluppa attraverso differenti bocche eruttive, conducendo alla costruzione di un complesso edificio vulcanico composito. Il secondo periodo, consiste, invece, in una fase di distruzione dell’edificio vulcanico, attraverso un’attività altamente esplosiva, che genera un collasso calderico sommitale. A questo evento, segue un periodo di attività post-caldera, con l’emissione di ingenti quantità di lava a formare una serie di colate e duomi, sia all’interno che esternamente alla caldera. Successivamente, l’attività magmatica si arresta e inizia il terzo periodo dell’evoluzione di questo vulcano, con l’instaurarsi di una fase di attività freatica esplosiva. Tale attività, interamente intracalderica, da luogo alla formazione di numerosi crateri, concentrati nella parte meridionale della depressione, protraendosi fino in epoca storica, con un attuale stadio essenzialmente idrotermale, fumarolico. In questa

ricostruzione l’autore trascura la presenza di due distinti collassi calderici, avvenuti nel corso della fase più recente di attività, assimilandoli ad un unico evento. Sempre secondo Di Paola (1974), i prodotti riolitico-ossidianacei, dell’isola di Yali, costituirebbero la fase finale e marginale di attività del sistema vulcanico di Nisyros.

Successivamente, altri autori, come Vougioukalakis (1983), Limburg (1986), Whyman (1985), Lodise (1987), Rehren (1988) e Limbourg & Varekamp (1991) hanno realizzato studi stratigrafici di dettaglio delle serie piroclastiche affioranti a Nisyros, mettendo in evidenza la presenza più eventi esplosivi rilevanti, nel corso dell’evoluzione del vulcano, in particolare nel secondo periodo di attivirà. In dettaglio, Lodise (1987) e Limburg & Varekamp (1991) ricostruiscono quattro principali eventi esplosivi, due dei quali, più recenti, associati a due collassi calderici, individuando, quindi, due distinti eventi di collasso, seguiti entrambi da una fase di messa in posto di materiale evoluto e viscoso a formare colate e duomi lavici.

Limitatamente al centro vulcanico di Nisyros, sono stati pubblicati recentemente diversi lavori di revisione stratigrafica e strutturale (Vanderkluysen & Volentik, 2001; Volentik et al., 2002, 2005, Tibaldi et al., 2008). Questi studi, hanno condotto a nuove interpretazioni, specialmente in merito alla ricostruzione dell’evoluzione del vulcano nel tempo e delle dinamiche eruttive. Secondo l’interpretazione di questi autori, l’attività magmatica di Nisyros è fortemente influenzata, soprattutto nella sua fase di attività più recente, da un intenso controllo della tettonica regionale.

3.2.1.2 Yali

A proposito del centro vulcanico di Yali, sono presenti solo pochi studi dei depositi piroclastici affioranti nella porzione sud-occidentale (Davis, 1967; Keller 1971, 1980; Di Paola, 1974; Rehen, 1988; Vougioukalakis, 1989; Allen & McPhie, 2000) e alcuni dati geochimico-isotopici e radiometrici dei prodotti lavici della zona nord-orientale (Keller 1971, 1980; Innocenti et al., 1981; Buettner et al., 2005).

Secondo le conoscenze esistenti, la spessa sequenza piroclastica (>150m), caratterizzante la zona sud-orientale, è rappresentativa di due principali eventi eruttivi e mostra caratteristiche dei depositi indicanti un graduale passaggio da condizioni esclusivamente sottomarine, di mare relativamente basso, verso un ambiente subaereo. La porzione basale della sequenza, è correlabile ad una attività effusiva di magma viscoso, associata a deboli esplosioni idro-magmatiche, che generano una serie di flussi in ambiente sottomarino; la porzione di tetto è invece il risultato di una seconda fase esplosiva, subaerea, che ha generato in deposito di caduta (Limburg e Varekamp, 1991; Allen & McPhie, 2000).

L’età del vulcanismo, sviluppatosi in corrispondenza di questo centro eruttivo è sicuramente successiva a 161 ka, in quanto, materiale pomiceo attribuibile all’eruzione del Kos Plateau Tuff, viene ritrovato all’interno dei depositi piroclastici basali. Le uniche datazioni esistenti indicano un’età relativamente recente per l’attività sub-aerea: i prodotti piroclastici della parte sud-occidentale sono stati datati a 31 ka (Federaman & Carey, 1980), mentre 24 ka vengono indicati per il duomo perlitico-ossidianaceo, nella parte nord-orientale dell’isola (Wagner et al., 1976).

La ricostruzione dell’evoluzione di questo centro vulcanico si articola in due cicli distinti, entrambi caratterizzati da una fase iniziale di attività esplosiva, seguita da un periodo finale di messa in posto di duomi perlitico-ossidianacei e di colate laviche, che danno

origine ai prodotti affioranti nella parte nord-orientale dell’isola (Francalanci et al., 2005). Un ampio terrazzo marino separa questi due cicli di attività (Francalanci et al., 2005). L’attuale esposizione dei depositi sottomarini e la presenza del suddetto terrazzo, a quote variabili tra 40 e 60 m s.l.m., indicano l’importanza di eventi tettonici relativamente recenti in quest’area, che hanno portato ad un innalzamento della porzione sud- occidentale dell’isola.

3.2.2. Stratigrafia

In questo paragrafo verranno brevemente descritte le formazioni vulcaniche di cui si compone l’isola di Nisyros, in ordine stratigrafico. Per la nomenclatura di fa riferimento a quanto già riportato in Francalanci et al. (1995) e alle più recenti revisioni gentilmente fornite dal dott. G.E. Vougioukalakis (IGME). Questo criterio, che oltre alla stratigrafia tiene conto anche dell’aspetto composizionale delle rocce, è preferito all’approccio strettamente geologico, recentemente utilizzato da Volentik et al. (2005), perché più funzionale alle esigenze petrografiche e geochimiche del presente lavoro. Per chiarezza viene riportata, di seguito, una tabella comparativa di correlazione tra le formazioni individuate nei due differenti approcci; in appendice viene, inoltre, riportato un sommario schematico della stratigrafia, con relativa descrizione delle formazioni, proposta da Volentik et al. (2005). Tabella 1: correlazione tra le formazioni definite da Vougioukalakis (1984, 1989) e le unità stratigrafiche definite da Volentik et al. (2005). Volentik et al., 2005 1-2 gx 3 pfi 4 yaj 5 pcj 6 up 7 nlf 8 plj 9 lp 10 vui 11 lf7_{, emb} 12-13 xlfb, lf6, xo, lf8 14 ? 15 pa, paj, xo 16 xlfb, lf8 17-18 alf 19 ms, msj 20 ? 21 lf2 22 ka, kb 23 lf1_{, lf}8 24 hoa, hoj Vougioukalakis, 1993

Yali Upper Pumice

Conglolmerato di Castro Depositi intra-calderici Duomi riodacitici post-caldera

Rocce vulcano-clastiche delle Lower Pumice Lower Pumice

Brecce di collasso dei duomi di Emborion

Upper Pumice

Lave di Nikia

Lave dacitiche Superiori di Emborion Lave e piroclastiti andesitiche Superiori

Lave riodacitiche con inclusi Serie piroclastica di Kyra Lave dacitiche Intermedie Lave riolitiche Intermedie di Argos Rocce vulcano-calstiche Intermedie

Lave andesitiche Intermedie Lave dacitiche Inferiori Rocce vulcano-calstiche Inferiori

Lave andesitiche Inferiori Lave e piroclastiti sottomarine

Tabella 2: Schema della ricostruzione stratigrafica proposta da Volentik et al. (2005), una descrizione specifica schematica è riportata in appendice

La geologia completa delle isole di Nisyros e Yali è raffigurata nella carta geologica di figura 3.3, messa a disposizione dal dott. G.E. Vougioukalakis.

Figura 3.2: nella pagina successiva, carta geologica dell’Isola di Nisyros (1:25000) e di Yali (1:20000). I numeri riportati a fianco delle formazioni, nel testo, si riferiscono a quelli in legenda, nella carta geologica. I numeri che indicano i diversi duomi si riferiscono al presunto ordine temporale di messa in posto. 1 = Profitis Elias, 2 = Sterna; 3 = Trapesina; 4 = Nifios; 5 = Karaviotis; 6 = Boriatico.

Unità Sub-sintema Sintema Unità Sub-sintema Sintema

gx Gorceix lf6 Afionas Lies

yaj Profitis Elias xlfb Afionas Lies

pfi Profitis Elias lf5 _{Afionas Lies}

upj Profitis Elias msj Afionas Lies

up Pali Kardia ms Secondo Lago Kato Lakki

nlf Pali Kardia lf4 _{Secondo Lago Kato Lakki}

plj Pali Kardia sll Secondo Lago Kato Lakki

lp Loutrà Kardia lf3 Primo Lago Kato Lakki

llf Loutrà Kardia fll Primo Lago Kato Lakki

vui Loutrà Kardia kb Kremastò

emb Fournià lf2 _Kremastò

blf Fournià ka Kremastò

pcj Fournià lf1 Kremastò

lf8 Xolante Lies hoa Kanafià

xo Xolante Lies hoa Kanafià

vsn Xolante Lies

paj Xolante Lies

pa Afionas Lies

lf7 _{Afionas Lies}

alf Afionas Lies

3.2.3.1 Nisyros

Rocce piroclastiche e lave andesitiche inferiori

Le rocce più antiche di Nisyros, affiorano prevalentemente lungo la costa nord- occidentale, vicino a Mandraki, e comprendono prodotti legati alla fase di attività sottomarina e alla prima fase di attività subaerea del vulcano.

Lave e rocce piroclastiche sottomarine (24)

Si tratta di livelli di ialoclastiti con spessori massimi di 40m, costituiti da blocchi di andesiti basaltiche con dimensioni medie di 10-15 cm, cementati da una patina giallognola di paragonite, risultante dall’alterazione del vetro in conseguenza del rapido raffreddamento della superficie della lava al momento della fuoriuscita in un ambiente marino poco profondo. Il deposito appare stratificato orizzontalmente nella parte basale, con inclinazioni fino a 20°-30° proseguendo verso il tetto. In alcuni casi è possibile osservare la tipica forma a “cuscino” dove la lava non si è eccessivamente frammentata, in particolare alla base della sequenza, con pillow di dimensioni tra 0.4 e 8 m. Tufi e tufiti sottomarine, fortemente alterate dall’attività fumarolica, sono osservabili a Capo Kanoni e lungo la costa, proseguendo verso sud.

Lave andesitiche inferiori (23)

Queste lave affiorano al di sopra delle vulcaniti sottomarine, nella parte nord-occidentale dell’isola, con minori affioramenti localizzati alla base della caldera, nella parte nord- orientale e orientale. Sono colate laviche di composizione andesitica, compatte, con spessori variabili da 1.5 a 3 m, per ogni singolo evento, con uno spessore totale fino a 30m. Il passaggio dai prodotti sottomarini a quelli subaerei appare progressivo, con ialoclastiti intercalate tra le prime due colate laviche subaeree.

Rocce vulcano-clastiche inferiori (22)

Questi depositi si trovano principalmente nella parte occidentale del vulcano (in località Kardia) con subordinati affioramenti nella parte orientale e nord-orientale della caldera. Si tratta di depositi di flusso piroclastico o di caduta, costituiti da materiale piroclastico juvenile di composizione dacitica, con scorie, pomici e litici, di dimensioni variabili da lapilli a blocchi fino a ceneri, organizzati in più livelli corrispondenti ai diversi episodi eruttivi. La presenza di ignimbriti, insieme alle strutture osservate, indicano un processo di interazione tra il magma andesitico e l’acqua, che hanno portato alla formazione di una serie di tuff-ring.

Molti di questi livelli hanno subito processi di rideposizione, successivamente alla messa in posto, formando flussi di fango o di detrito.

Lo spessore massimo della formazione è di circa 60 m. Lave dacitiche inferiori (21)

Queste lave sono presenti nelle pareti della parte nord-orientale della caldera. Si tratta di 2-3 flussi lavici di colore grigio, di lave con composizione dacitica, con tessitura afiriche, che raggiungono uno spessore totale di circa 40 m. Lungo la strada principale, all’interno della caldera, sono evidenti i dicchi di alimentazione di queste colate.

Lave andesitiche intermedie (20)

Queste lave, intercalate a piroclastiti, sono ampiamente visibili nella parte sommitale delle pareti della caldera, di cui costituiscono il bordo, così come lungo il fianco occidentale e nord-occidentale del vulcano. Limitati affioramenti sono presenti nella parte orientale dell’isola e presso Avlaki. Si tratta di una serie di flussi (approssimativamente se ne possono riconoscere 10) di lave di colore grigio e grigio chiaro, di composizione andesitica, con livelli formati da ceneri e scorie rosse alla base e al tetto. Lo spessore varia da 2 a 5 m per ogni singolo evento.

Rocce vulcano-clastiche intermedie (19)

Questi depositi sono visibili nelle pareti della caldera, così come sul fianco nord- occidentale del vulcano. Si tratta di prodotti correlabili a tre distinti eventi esplosivi che si sono verificati alternati all’attività effusiva che ha generato le Lave Andesitiche Intermedie (formazione 20).

Il deposito nella parte nord-occidentale è costituito da livelli di caduta, composti da lapilli e blocchi, di colore grigio alla base e rossi verso il tetto del deposito. Lo spessore è variabile da 5 a 15 m.

Lo stesso livello nella parte nord-orientale e sud-occidentale della caldera comprende anche depositi di flusso (surge), caratterizzati da una spiccata alterazione idrotermale. In questo punto la formazione raggiunge uno spessore di 10 m.

Lave e duomi riolitici intermedi Lave riolitiche di Argos (18, 17)

Queste lave affiorano lungo il bordo meridionale della caldera estendendosi sul fianco meridionale del vulcano. Si tratta di duomi e colate laviche perlitiche, di composizione riolitica e colore variabile da grigio chiaro a nero, caratteristica che riflette la velocità di raffreddamento del magma.

Associati a queste lave si osservano anche depositi di block and ash (formazione 17) generati dal parziale collasso dei duomi o dei fronti delle colate laviche.

Lo spessore totale della formazione è di 80m. Lave dacitiche intermedie (16)

Queste lave affiorano lungo la costa orientale di Nisyros, presso Pahia Ammons. Si tratta di flussi lavici di composizione dacitica e limitata estensione, di colore grigio chiaro.

Serie piroclastica di Kyra (15)

L’intera serie affiora nella parte orientale del vulcano, impostandosi sopra le lave dacitiche intermedie, ed è chiusa al tetto da lave riodacitiche.

Un secondo e limitato deposito si ritrova lungo la costa nord-occidentale, intercalato al conglomerato di Castro.

Livelli riconducibili a questa serie piroclastica si ritrovano sull’isola di Pahia (principalmente depositi di caduta composti da lapilli e ceneri) e Phyrgussa. Le porzioni distali sono state identificate fino sull’isola di Tilos e nella penisola di Knidos (Keller et al., 1990), a testimonianza dell’intensa e violenta attività di questo periodo eruttivo.

Si tratta di prodotti piroclastici eruttati da un’intensa attività esplosiva, di carattere freato-magmatico, costituiti da materiale juvenile di composizione sia dacitica che

andesitica. L’intera sequenza è articolata in più di sei eventi eruttivi maggiori, articolati in ventisette distinti livelli di caduta, flussi piroclastici o surge, con juvenile composto da pomci e scorie.

All’interno di questo deposto si osservano anche abbondanti xenoliti (fino a 30%) composti da lave fortemente idrotermalizzate, calcare e frammenti di skarn. Queste caratteristiche indicano il coinvolgimento di porzioni del sistema idrotermale a causa dell’esplosione e il campionamento del basamento calcareo da parte del magma profondo.

Lo spessore massimo di questa serie è di 70m. Lave riodacitiche con inclusi (14)

Queste lave chiudono la sequenza piroclastica di Kyra e si ritrovano sia nella parte nord- orientale del bordo calderico che lungo i fianchi orientali e nord-orientali dell’isola.

Si tratta di lave riodacitiche all’interno delle quali si osservano un’alta percentuale di inclusi (10-20%) principalmente di composizione andesitica, variabili in dimensioni da 0.1 a 15 cm di diametro.

Rocce piroclastiche e lave andesitiche superiori (13, 12)

Questa formazione affiora sul bordo della parte nord-orientale e sud-occidentale della caldera, così come lungo il fianco nord-orientale e meridionale del vulcano.

I prodotti affioranti nella parte meridionale sono colate laviche (almeno quattro eventi di spessore variabile da 0.3 a 3 m) di composizione basaltico-andesitica e andesitica, alternati a depositi di caduta di scorie rosse e nere, che formano quattro distinti livelli di spessore variabile da 1 a 3 m. Quelli nella parte settentrionale, invece, sono principalmente colate laviche di analoga composizione.

Lo spessore dell’intera serie supera i 40 m nella parte settentrionale.

Una netta discontinuità, si rileva tra queste lave andesitiche superiori e la sottostante serie di Kyra. Questa discontinuità, è indicativa di inattività del vulcanismo per un periodo di tempo significativo, che ha condotto all’erosione delle rocce piroclastiche della serie di Kyra.

Lave dacitiche superiori Lave di Emborion (11)

Si tratta di duomi lavici e spesse colate di lava dacitica di colore grigio. Questa formazione affiora lungo il bordo della parte settentrionale della caldera e lungo il fianco nord del vulcano. Pochi inclusi di composizione andesitica sono osservati al loro interno (1-3%). Il massimo spessore è di 80-90m.

Depositi di block and ash flows di Emborion (10)

Questi depositi sono presenti nella parte nord-occidentale della caldera, così come sul fianco nord-occidentale e occidentale del vulcano. Si tratta di brecce monolitologiche, depositatesi da eventi di flusso piroclastico causati dal collasso dei duomi di Emborion. Lo spessore di ogni singolo evento di flusso varia da 1 a 5 m. Lo spessore totale della formazione raggiunge invece approssimativamente i 20m.

Lower Pumice (9-8)

Vengono così denominati i prodotti piroclastici associati all’eruzione esplosiva corrispondente al primo collasso calderico verificatosi a Nisyros.

Questi depositi affiorano principalmente sul fianco nord-orientale e sud-orientale del vulcano, dove si trovano intercalati tra la porzione basale delle Rocce Vulcano-clastiche Intermedie e le Lave Riolitiche di Nikia, con minori affioramenti nelle pareti interne della caldera e nella parte nord-occidentale.

Questa eruzione rappresenta il primo evento esplosivo nella storia di Nisyros, che coinvolge magma riolitico, molto evoluto, in quanto magmi di questo tipo erano stati emessi precedentemete solamente in occasione dell’eruzione effusiva delle lave di Argos. La sequenza piroclastica delle Lower Pumice è costituita da un livello di caduta basale, di spessore massimo di 5 m, costituito da pomici bianche, di composizione riolitica e dimensioni variabili da blocchi a lapilli, da 5 a 10 cm di diametro, con scarsa cenere interstiziale e frammenti litici juvenili di composizione andesitica e struttura dictitaxitica, presenti in percentuali da 1 a 2%. In questo deposito si ritrovano anche numerosi xenoliti, di dimensioni variabili da blocchi a lapilli (con diametro massimo di 2 m), costituiti principalmente da rocce di skarn, lave idrotermalizzate e calcare, che tendono ad aumentare procedendo verso il tetto del deposito, indicando un progressivo coinvolgimento del sistema idrotermale al procedere dell’esplosione. In alcune valli, chiudono la sequenza livelli di flusso piroclastico, spessi fino a 10 m, per uno spessore totale della formazione fino a 15 m. In un unico caso, nella parte settentrionale del vulcano, si riconoscono due livelli correlabili a due distinti episodi di caduta, di circa 1.5 m di spessore ciascuno, separati da un livello di flusso piroclastico ricco in pomici. Volentik et al. (2002, 2005) distinguono i depositi della parte meridionale dell’isola da quelli presenti nella parte settentrionale e nord-orientale, individuando la presenza di livello di lag-breccia, costituito da blocchi litici, chiuso al tetto da depositi di surge e da un livello di flusso piroclastico.

Un livello cineritico, di colore rosato, è presente alla base della formazione, con uno spessore di 2-4 cm.

Il volume di magma emesso è stato calcolato dell’ordine di 2-3 km3 _{e l’altezza della} colonna eruttiva è stata stimata essere circa 15-20 km (Limburg & Varekamp, 1991). Il volume di materiale emesso, comparato al volume massimo della caldera (6-7 km3₎ insieme alle osservazioni di campagna, suggeriscono che il primo collasso calderico è da ritenersi innescato da questa violenta eruzione esplosiva.

La bocca eruttiva è stata localizzata presso l’attuale bordo della caldera, nella parte meridionale del vulcano, dove il livello di caduta mostra pomici e litici di dimensioni maggiori e il deposito si presenta massivo e poco classato, privo di gradazione, con la più alta percentuale di materiale fine interstiziale e di clasti litici (Limburg & Varekamp, 1991). Al contrario, i depositi osservati sul fianco nord del vulcano presentano caratteristiche deposizionali correlabili alle fasi distale: pomici e blocchi di dimensioni minori, stratificazione e gradazione inversa del deposito e minore percentuale di clasti litici, insieme a un minore spessore complessivo del deposito.

Estesi processi di erosione hanno interessato questa formazione, in particolare nella parte nord-occidentale dell’isola, producendo ampi depositi di epiclastiti (8), sui quali si è sviluppato uno spesso paleo-suolo, indicando un periodo di quiescenza dell’attività magmatica.

Lavori di dettaglio a proposito di questa sequenza piroclastica, sono stati eseguiti da Hardimann (1999) e Limburg & Varekamep (1991) e recentemente da Volentik et al. (2002, 2005). Quest’ultimi hanno reinterpretato la natura di alcuni depositi, individuando due distinte sequenze piroclastiche, una relativa agli affioramenti della parte nord e una a quelli della parte sud dell’isola, correlandoli a due distinti stadi dell’eruzione e l’emissione da bocche eruttive multiple.

Tabella 3: schema comparativo tra le diverse interpretazioni stratigrafiche dei depositi che costituiscono la sequenza piroclastica delle Lower Pumice (modificato da Volentik et al., 2005).

Lave riolitiche di Nikia (7)

Questa formazione comprende spesse colate di composizione riolitca, affioranti ampiamente sul fianco sud-orientale del vulcano. Precedentemente al secondo collasso calderico, duomi lavici correlabili a questa attività, riempivano presumibilmente parte