CAPITOLO 2
“Cronologia dell’eruzione effusiva 2002-2003”
Introduzione
La crisi vulcanica che ha colpito Stromboli nel 2002-2003 è da considerarsi la più pericolosa avvenuta in Italia dopo l’eruzione del Vesuvio nel 1944.
Fra il 1888 e il 2002 sono stati registrati a Stromboli ventisei episodi effusivi, con una durata media di 90 giorni (Barberi et al. 1993). Il volume degli ultimi due flussi lavici (eruttati nel 1975 e nel 1985-86) è stato stimato a 7x102 e 6x106 m3 rispettivamente (Capaldi et al., 1978; De Fino et al., 1988).
Iniziata il 28 Dicembre 2002 e terminata il 22 Luglio 2003, l’eruzione effusiva ha prodotto nel settore orientale della Sciare del Fuoco un accumulo di lava pari a 11 milioni di metri cubi (Coltelli et al.) risultando probabilmente l’eruzione volumetricamente più importante degli ultimi due secoli.
Il 30 Dicembre si ha il culmine della crisi con il collasso del settore orientale della Sciara del Fuoco e la conseguente genesi di un’onda di tsunami che ha devastato la costa NE dell’isola.
Il 5 Aprile 2003 una violenta esplosione nei crateri sommitali, caratterizzata da una nube convettiva alta circa 5000 metri e da un flusso piroclastico, causa il lancio di materiale nella regione craterica e sui fianchi del vulcano sino a bassa quota, danneggiando gravemente alcune abitazioni del villaggio di Ginostra.
L’attività Stromboliana nei crateri sommitali riprende gradualmente da Marzo 2003 per poi stabilizzarsi totalmente dalla fine di Luglio.
2.1 Attività precedente l’eruzione effusiva
Sin da Maggio 2002 lo Stromboli è caratterizzato da un’intensa attività esplosiva. In Novembre rilievi dell’area craterica eseguiti mediante sorvolo in elicottero e con telecamera termica evidenziano la presenza di magma molto alto nel condotto vulcanico ed in prossimità dell'orlo dei crateri, tanto da tracimare in piccola quantità dall'orlo settentrionale del Cratere 2 (cratere centrale) riversandosi nella parte alta della Sciara del Fuoco, per poi raffreddarsi dopo aver percorso poche decine di metri. L’alto livello del magma combinato con la maggiore frequenza di eventi sismici associati alle esplosioni, minaccia un’imminente fatturazione dei crateri sommitali con la conseguente emissione di lava verso la Sciara del Fuoco, come avvenuto ripetutamente nel passato, l’ultima volta nel 1985, periodo in cui l’attività effusiva durò 141 giorni.
Dal 7 al 10 Dicembre l’attività esplosiva subisce una flessione, per poi aumentare nei giorni successivi, principalmente dal Cratere 1 (cratere di NE della terrazza craterica), e con minore frequenza anche dai Crateri 2 (centrale) e 3 (cratere di SO). Dal cratere 1 si osservano getti di lava che raggiungono i 200m di altezza, ed è evidente la presenza di magma in prossimità dell’orlo.
2.2 L’eruzione effusiva
Le osservazioni e gli studi effettuati da parte dei ricercatori intervenuti a Stromboli hanno permesso di dividere l’intero periodo effusivo in quattro fasi principali.
Fase I (28-30 Dicembre 2002)
Durante questa fase l’attività è dominata da un alto tasso effusivo di lava proveniente da diverse bocche, e da contemporanei movimenti gravitativi lungo la Sciara del Fuoco. I movimenti gravitativi culminano il 30 Dicembre con il collasso di circa 25 milioni di metri cubi di materiale e la conseguente generazione di onde di maremoto.
L’eruzione ha inizio alle ore 18:30 da bocche aperte ai piedi del cratere NE ( 650m e 600m s.l.m., fig. 1: area A; Fig. 2) in un settore non direttamente visibile dalle telecamere di sorveglianza dell’INGV di Catania.
L’insieme delle testimonianze e delle osservazioni dei depositi accumulati lungo la Sciara del Fuoco indicano che l’inizio dell’eruzione è consistito in un blando e breve episodio esplosivo da una bocca laterale posizionata ai piedi del Bastimento nella parte alta del così detto Filo di
Figura 1: Mappa della Sciara del Fuoco sul fianco NE di Stromboli. Area rossa: settore coperto dai prodotti dei flussi lavici durante l’evento effusivo del 2002-2003. NEC, SWC: cratere nordest e sudest. A-E: bocche principali. Rielaborato dopo Tommasi et al. 2004.
B a s tim e n to
Fuoco. Tale e episodio è stato a breve seguito dalla fuoriuscita di una cospicua colata lavica proveniente dal bordo settentrionale del cratere di NE (fig. 1: area B). Il flusso lavico prodotto è risultato essere eccezionalmente fluido (tipo pahoehoe) e scendendo ad alta velocità lungo il settore NE della Sciara (Filo del Fuoco) ha raggiunto la Spiaggia dei Gabbiani (fig. 2)., sigillando un deposito di materiale caldo (Hot Avalanche) formatosi in seguito all’attività esplosiva da una bocca laterale ai piedi del Bastimento
Immediatamente dopo la formazione del primo flusso lavico l’attività effusiva prosegue da due bocche aperte nella porzione NE della Sciara del Fuoco a 600m s.l.m. (fig. 1: area C). Le colate prodotte sono di tipo “aa” e giungono in mare fra le 18:45 e le 19:00, in un settore a est dalla parte centrale della Sciara. L’effusione lavica termina apparentemente nella notte, sebbene si noti la persistenza di un flusso lavico incandescente risultato di un movimento secondario di un agglutinato di spatter e blocchi, accumulato durante l’attività esplosiva iniziale.
Il 29 Dicembre alle 16:30 l’attività effusiva riprende da due bocche situate ai piedi del Bastimento, rispettivamente a 570m s.l.m. (fig. 1: area A), e sul
Figura 2: Vista della Sciara del Fuoco ed il campo lavico attivo nel settore NE. Sullo sfondo si intravede il villaggio Stromboli.
Deposito di hot avalanche (Spiaggia dei Gabbiani)
Figura 3: Frana del 30 dicembre (a) e onda di tsunami (b) (foto: INGV).
a b
fianco settentrionale del cratere NE a 550m s.l.m. (fig. 1: area D), lungo la stessa fessura aperta il giorno prima.
La mattina del 30 Dicembre risulta attiva solo un’esigua lingua lavica alimentata da una bocca situata a circa 600m s.l.m. (fig. 1: area C), tuttavia, il fianco superiore orientale della Sciara mostra evidenti segni di instabilità (Tommasi et al., 2004) che alle 11:00 risultano subire una progressiva accelerazione (Bonaccorso et al., 2003).
Le osservazioni effettuate sul settore di Sciara indebolito rilevano la presenza di intrusioni di lava, confermate da effusioni provenienti da bocche situate a diversa altezza (fig. 1: punto E).
Alle 13:14 i settori percorsi dalla lava fresca risultano essere coinvolti da una serie di movimenti gravitativi che culminano in due grosse frane, rispettivamente sottomarina e subaerea accadute a otto minuti di distanza l’una dall’altra e che provocano il collasso del settore orientale della Sciara del Fuoco, innescando un’onda di tsunami alta fino a dieci metri (fig. 3).
Figura 4: FASE 2 (Gennaio2003). Bocca eruttiva D a quota 500m s.l.m. nella scarpata lasciata dalla frana del 30 Dicembre. Bocche A-C attive nei primi giorni dell’eruzione (FASE 1; vedi anche figura 1).
La prima frana, considerata responsabile dell’onda di maremoto, si sarebbe staccata sotto il livello del mare mobilizzando un volume di circa 16 106m3, la seconda frana, subaerea, ha coinvolto circa 4 106m3 di materiale, generando un treno di onde (Tinti et al, 2005).
Durante questa prima fase eruttiva il volume totale dei prodotti sarebbe di 2 milioni di m3, con un tasso effusivo medio di circa 10 m3/s.
Fase II (31 Dicembre 2002 – 16 Febbraio 2003)
Poco dopo le due frane, l’attività effusiva si concentra in bocche situate da quota 500 a 550m, all’interno della scarpata lasciata dalla frana (fig. 1: area D, fig. 4), alimentando varie lingue di lava (tipo aa) che fluiscono verso il mare, nella parte centrale della Sciara.
Nei primi giorni del 2003 si osserva la presenza di bocche effimere a bassa quota ( 550m s.l.m.) e la formazione e sovrapposizione di flussi lavici. Durante il mese di Gennaio, dopo la temporanea interruzione del flusso lavico dalla bocca a 550m s.l.m. segue l’attività effusiva da quella situata a 600m s.l.m., ai piedi del cono di NE (fig. 1: area C). L’insieme di questi
fenomeni è caratterizzato dalla variazione apparente del tasso di emissione della lava.
Durante i primi giorni di Febbraio le bocche attive traslano lentamente verso quote maggiori (600 m. s.l.m. fig. 1: area C) mentre il 15 dello stesso mese cessa l’attività effusiva dalla bocca a 550m s.l.m. In questo intervallo di tempo il tasso di effusione decresce progressivamente da 6,4m3/s misurati i primi giorni di Gennaio a 0,25m3/s all’inizio di Febbraio (Coltelli et al. in prep.).
Fase III (17 Febbraio – metà Aprile 2003)
Dopo una pausa di due giorni, il 17 Febbraio, l’attività effusiva riprende da una bocca situata a circa 580m s.l.m. ai piedi del Bastimento (Fig. 1: area A). Diverse lingue di lava si sviluppano fluendo nel settore orientale del campo lavico, attivo nei mesi precedenti. Queste bocche rimarranno attive fino a metà Aprile. Formazione di bocche effimere, sovrapposizione di flussi lavici, inflazione e deflazione delle superfici dei flussi danno origine ad un complesso campo lavico ristretto principalmente nella zona pianeggiante (Pianoro) tra 550 e 600m s.l.m. ai piedi del Bastimento (fig. 1; 5 a, b, c).
Figura 5: a) Marzo 2003 (FASE 3) vista del cratere NE e delle bocche eruttive (nell’angolo in basso a destra). b-c) Parte superiore del campo lavico nel 16 Marzo e 18 Aprile 2003, rispettivamente (FASE 3). Cratere NE Campo lavico Campo lavico Campo lavico
Durante il mese di Febbraio il tasso effusivo aumenta leggermente (0,7m3/s) ed il flusso lavico percorrendo il bordo orientale della Sciara di Fuoco raggiunge la linea di costa nei primi giorni di Marzo.
Da questo momento in poi il progressivo declino (0,4m3/s) del tasso eruttivo si manifesta con la formazione di flussi lavici poco sviluppati che si sovrappongono l’uno sull’altro senza raggiungere il mare. Lungo il pendio della Sciara si osserva il continuo rotolamento di clinker prodotti dal collasso dei fronti lavici.
Il 5 Aprile 2003, alle ore 9:12, una forte eruzione esplosiva avviene nei crateri sommitali e al campo lavico, accumulando in quest’ultimo (Pianoro) uno spesso deposito di un flusso piroclastico con uno spessore stimato di circa 10 metri (Calvari et al., 2005). L’attività effusiva si arresta per un paio d’ore per poi riprendere da tre bocche dal bordo del Pianoro a circa 600m s.l.m.
Fase IV (metà Aprile – fine Luglio 2003)
Dal 16 Aprile 2003 una moderata emissione di gas bluastro diventa più evidente da una posizione intermedia del Pianoro (fig. 1: area C). L’attività di degassamento aumenta col tempo nello stesso sito fra il 21 Maggio e il 2 Giugno, dove l’inizio di spattering (schizzi di lava) si traduce nella rapida crescita di due hornitos sul campo lavico, raggiungendo un’altezza di 10m in Giugno e 25m in Luglio (fig. 6).
L’attività di spattering è accompagnata da un’intensificazione dell’attività esplosiva in entrambi i crateri centrali (fig. 7) in termini di frequenza e
violenza delle esplosioni stromboliane e dal temporaneo aumento del tasso totale effusivo. Da Maggio a Giugno, da 600m a 500m s.l.m. (Pianoro), si rileva l’attività di diverse bocche, tumuli e tunnel, si osservano inoltre anche episodi di inflazione e deflazione del campo lavico. Nel complesso i fronti lavici rimangono ristretti ad alte quote (> 300m s.l.m.).
A Luglio il tasso eruttivo di lava subisce un’ulteriore flessione sino a meno di 0,1m3/s mentre risultano attive solo poche lingue laviche parzialmente solidificate, alimentate da un paio di bocche effimere. L’attività eruttiva effusiva si conclude il 22 Luglio.
Attività nei crateri sommitali durante il periodo effusivo.
L’inizio della fase effusiva da bocche laterali nel 28 Dicembre 2002, vede la fuoriuscita di magma dal condotto centrale, il collasso craterico e la formazione di una ripida depressione ellittica 270x130m estesa secondo la
Figura 6: Campo lavico con hornitos 20 Giugno 2003 (FASE 4).
Hornitos
Figura 7: 18 Luglio 2003 (FASE 4), attività Stromboliana nei crateri sommitali.
Lo sviluppo di fratture arcuate e concentriche rispetto ai crateri, indicano una moderata subsidenza dell’area circostante. L’arresto della normale attività Stromboliana coincide con il collasso dei crateri ed il conseguente accumulo di detriti freddi nella loro parte inferiore.
Contrariamente alle manifestazioni esterne, la continua registrazione di explosion-quakes, caratterizzate da segnali sismici a frequenza molto bassa (VLP), indica nonostante la ridotta ampiezza che il “motore” dell’attività Stromboliana del vulcano è comunque attivo (Ripepe et al., 2005).
Il primo segno della graduale risalita di magma nel condotto vulcanico centrale, inizia dai primi giorni di Marzo, come testimoniato dalle misure EDM (Pugliesi et al., 2005), ed è rivelato dall’arresto della subsidenza delle fratture arcuate disposte intorno ai crateri. Nei giorni successivi è ben evidente un’ulteriore aumento della risalita magmatica con la ripresa di una moderata e discontinua emissione di cenere rosa dai crateri sommitali.
Dalla seconda metà di Aprile si osserva un’intensificazione dell’attività esplosiva, e dal 3 Maggio una graduale comparsa di materiale incandescente. Il debole tasso effusivo della fase IV è accompagnato da una rapida risalita di lava nel condotto centrale e dalla totale ripresa dell’attività Stromboliana in tutti i crateri (Ripepe et al., 2005). E’ importante sottolineare che, dopo il totale riequilibrio del sistema vulcanico, il livello magmatico nei crateri attivi risulta sostanzialmente più basso (circa 50-100 m) rispetto a prima dell’inizio della crisi.
2.3 Fattori scatenanti l’attività effusiva
E’ generalmente riportato che le variazioni dello stile eruttivo di un vulcano sono associate alle variazioni pre-eruttivi delle condizioni del magma che possono essere correlate alla risalita superficiale di magma, alla deformazione dell’edificio vulcanico e alle modifiche dell’attività sismica e del degassamento. Tali variazioni trovano in genere riscontro nei cambiamenti tessiturali, petrografici, chimici e isotopici dei prodotti eruttati (Garcia and Wolfe, 1988; Thornber, 2003; Corsaro and Pompilio, 2004).
Stromboli sembra comportarsi diversamente dagli altri vulcani basaltici, infatti, almeno nelle ultime tre importanti eruzioni effusive (1975, 1985-1986, 2002-2003), il cambiamento dello stile eruttivo, da leggermente esplosivo ad effusivo, non corrisponde ad evidenti variazioni nella composizione dei prodotti eruttati (Capaldi et al, 1978; De Fino et al., 1988). Solo nell’anno precedente l’eruzione effusiva del 1985-1986 fu registrata una significativa diminuzione del rapporto isotopico dello Stronzio ed un aumento in volume di magma povero in cristalli (Francalanci et al., 1999).
I rilievi precedenti all’eruzione effusiva del 2002-2003 non evidenziano significativi cambiamenti nei parametri geofisici o anomalie sismiche, né tanto meno apprezzabili deformazioni dell’edificio vulcanico (Bonaccorso et al., 2003), inoltre, anche i parametri geochimici esaminati poco prima l’inizio dell’eruzione non mostrano rilevanti cambiamenti.
Qualche mese prima, esami effettuati su acque termali, prelevate da pozzi superficiali vicino la costa NE, evidenziarono un aumento dei tassi di CO2, H2
e He, ed inoltre il degassamento di S risultò essere anomalo. Queste variazioni sono state associate alla risalita di gas magmatico profondo (Carapezza et al. 2004; Aiuppa and Federico, 2004). Da Maggio 2002 si osservò un progressivo incremento del livello del magma nel condotto seguita in Novembre dall’accadimento di frequenti esplosioni e con fuoriuscita di lava dall’orlo del cratere sommitale (Calvari et al., 2005).
Il tasso eruttivo relativo ai gas e al flusso di calore, stimato durante la normale attività Stromboliana, è compreso rispettivamente tra 0,1-0,3 m3/s e 0,06-0,6 m3/s (Giberti et al., 1992; Allard et al., 1994; Harris and Stevenson, 1997). L’inizio dell’eruzione del 28 Dicembre 2002 è segnato dallo svuotamento della parte più alta del condotto, accompagnato da un picco del tasso effusivo e dalla temporanea interruzione dell’attività Stromboliana nei crateri sommitali.
Durante i primi tre giorni dell’eruzione del 2002-2003 si stima un tasso medio effusivo pari a 11,6 m3/s, destinato a diminuire rapidamente nel mese di Gennaio a circa 1 m3/s, per giungere poi nei mesi successivi a valori compatibili con la normale attività Stromboliana (circa 0,4 m3/s), sino a 0,1 m3/s in Luglio (Coltelli et al., in prep.; Calvari et al. 2005; Ripepe et al. 2005).
E’ generalmente accettato che un aumento del tasso eruttivo sia dovuto ad un incremento di magma o al rifornimento di gas nei livelli superficiali dei vulcani. La causa scatenante l’eruzione effusiva del 2002-2003 può essere
correlata alla presenza superficiale di nuovo magma nel sistema vulcanico poco prima l’eruzione.
Un arrivo improvviso di magma profondo nella massa magmatica superficiale, seguito da un’immediata eruzione, implicherebbe un processo di mescolamento tra magmi rispettivamente poveri e ricchi in cristalli, caratteristica osservata nei prodotti di eruzioni parossistiche. Cambiamenti nelle caratteristiche chimiche e isotopiche dei prodotti, come quelle osservate dopo il parossisma del 5 Aprile 2003, possono essere compatibili; inoltre, l’immissione di un magma ricco in volatili e povero in cristalli può essere considerato come il fattore scatenante di un’eruzione esplosiva parossistica (Métrich et al., 2005). Ciò inoltre non coincide con l’assenza per un breve periodo di tempo di variazioni nei parametri geofisici e nella geochimica dei fluidi (Carapezza et al. 2004; Aiuppa and Federico, 2004).
In realtà un evento effusivo è caratterizzato da uno stato di alta pressione magmostatica nel condotto che si scarica durante i primi giorni attraverso l’emissione di un cospicuo volume di magma. Per spiegare l’aumento del livello magmatico nel condotto vulcanico possono essere proposte due ipotesi. La prima vede come causa l’abbondante ricarica da parte di un magma povero in cristalli nella parte più profonda del sistema superficiale qualche mese prima l’inizio dell’eruzione. Questa teoria trova riscontro nelle anomalie relative al degassamento di Zolfo e alla geochimica delle acque termali osservate in Maggio-Giugno. Il conseguente mescolamento tra il nuovo corpo magmatico con quello preesistente ricco in cristalli porterebbe ad un aumento
del livello di magma nel condotto. La significante riduzione del tasso di Stronzio (isotopo) misurata nei prodotti esplosivi eruttati in Novembre 2002, periodo caratterizzato da un’alta frequenza delle esplosioni Stromboliane, avvalorerebbe quest’ipotesi (Francalanci et al., 2004).
La seconda alternativa ipotesi prende in considerazione un graduale aumento della pressione nel condotto iniziato anni prima l’eruzione. In questo caso, il costante tasso di rifornimento magmatico risulterebbe superiore a quello di effusione. Il concetto si basa sul fatto che dopo un evento effusivo, il condotto vulcanico viene progressivamente riempito con un conseguente graduale aumento della pressione che preparerebbe il sistema ad una successiva crisi effusiva. Secondo questa ipotesi, Il 28 Dicembre 2002 rappresenterebbe il culmine di un’attività graduale di ricarica del sistema vulcanico iniziata dopo la fine dell’eruzione effusiva del 1985.
In conclusione, le crisi effusive possono rappresentare periodici fenomeni che partecipano al mantenimento del generale equilibrio della persistente attività Stromboliana.
2.4 Obiettivo della tesi
La cronologia del periodo effusivo iniziato il 28 Dicembre 2002, ricostruita attraverso le testimonianze e le successive osservazioni rilevate sugli effetti, registra come primo evento una significativa attività esplosiva da una bocca laterale. La massa detritica e di spatter espulsi dall’attività esplosiva generano una valanga di detrito caldo (Hot Avalanche) che scendendo lungo il Filo del Fuoco termina in mare formando un deposito sulla Spiaggia dei Gabbiani (fig. 1). L’obiettivo di questa tesi è quello di analizzare i fenomeni eruttivi e magmatici occorsi nelle fasi iniziali dell’eruzione con lo scopo di contribuire a chiarire le dinamiche intercorse tra processi magmatici e gravitativi del versante della Sciara. Il lavoro si prefigge in particolare di:
I) Ricostruire i fenomeni occorsi mediante la raccolta di osservazioni eseguite da testimoni oculari;
II) Documentare le varie caratteristiche del deposito di hot avalanche; III) Elaborare un modello concettuale dei fenomeni magmatici ed eruttivi.
N
Sciara del Fuoco
Spiaggia dei Gabbiani
Villaggio di Stromboli Sciara del Fuoco Deposito di hot avalanche
Figura 1: Deposito di hot avalanche
