Mar TirrenoMar Tirreno

CAPITOLO 1

“Introduzione”

1.1 Inquadramento geologico

1.1.1 L’arcipelago delle Eolie

Stromboli è l’isola più giovane e settentrionale dell’arcipelago delle Eolie. L’arcipelago è composto da sette isole vulcaniche e si estende per 75 Km, dall’isola di Alicudi fino a Stromboli. Il magmatismo delle Eolie è interpretato come risultato dalla collisione tra la crosta continentale calabro-sicula e la crosta ionica, di tipo oceanico, risultato di un sistema arco-fossa-bacino marginale (fig. 1). Il piano di subduzione (piano di Benioff) è situato lungo il margine ionico della Calabria ed immerge in direzione NNE-SSW con un’inclinazione media di circa 50-60 gradi verso NW sotto il Mar Tirreno che rappresenta a sua volta un bacino maginale distensivo associato all’arco vulcanico.

Il vulcanismo delle isole Eolie, attivo da circa 1 milione di anni, è distinto in due fasi separate da un periodo di stasi. La prima fase vede la formazione

Figura 1: Quadro tettonico delle isole Eolie.

Isole Eolie Isole Eolie N Mar Tirreno Mar Tirreno Mar Ionio Mar Ionio Stromboli Stromboli Mar Mar Adriatico Adriatico FRONTE COMPRESSIONALE FRONTE COMPRESSIONALE a b

Mar Tirreno

Mar Tirreno

b

Mar Tirreno

Mar Tirreno _{Mar TirrenoMar Tirreno}

Mar Tirreno Mar Tirreno FRONTE COMPRESSIONALE a b Crosta continentale Placca ionica (africana) Placca tirrenica (eurasiatica)

Isole Eolie

Cros ta oce

anica Piana abissale tirrenica

Nella seconda fase si ha il completamento di Lipari e Salina, e la formazione di Vulcano e in fine Stromboli. La composizione chimica dei prodotti eruttivi delle Eolie è caratterizzata da un aumento col tempo dei contenuti di potassio.

1.1.2 Il vulcano Stromboli

Stromboli, nome derivante dal greco “Strongyle” per la forma pressoché circolare, è conosciuto fin dall’antichità con il nome di “faro del Mediterraneo” per i bagliori delle sue frequenti esplosioni visibili da grande distanza (Judd, 1981; Bullard, 1976; Francis, 1993). Lo stato di persistente attività vulcanica dura da almeno due millenni, le informazioni storiche relative sono affidabili solo dal XVIIIo sec., dati più vecchi risultano frammentari e poco precisi. (Rosi M. et al., 2000).

L’isola rappresenta la porzione sommitale di un grande edificio vulcanico (fig. 2) alto circa 3000m, di cui 924m s.l.m. con un volume 25 volte più piccolo di quella sommersa. La parte subaerea, un cono a base ellittica con un’area di 12.2 km2, è caratterizzata da versanti ripidi (>38o), mentre la porzione sommersa, meno ripida (<15o) e molto meno regolare presenta dorsali, gole e coni laterali. A circa 1,7 Km a nord del vulcano Stromboli si erge Strombolicchio, uno scoglio alto circa 50 metri che è quanto rimane di un “neck” vulcanico eroso di un vulcano attivo circa 200 mila anni

Linea di costa Strombolicchio

I versanti del vulcano Stromboli sono caratterizzati dalla presenza di diverse scarpate semicircolari associate a depressioni morfologiche che rappresentano le cicatrici di collassi vulcano-tettonici laterali e verticali (Pasquarè et al., 1993). La più prominente di queste scarpate limita la “Sciara del Fuoco”, una depressione a forma di ferro di cavallo sul versante NW, che prosegue sotto il livello del mare fino ad una profondità di 700m (Romagnoli et al., 1993). Il sistema di alimentazione sommitale del vulcano è rivelato da fessure

eruttive e dicchi, non disposti secondo un tipico pattern radiale osservato in altri vulcani, ma sviluppati in gran parte lungo una zona assiale rettilinea con trend NE-SW, che taglia l’isola in due parti (fig. 4) (Tibaldi,2001) e che corrisponde ad un’ importante linea tettonica regionale strettamente correlata all’attività vulcanica di Stromboli.

Figura 4: schema strutturale di Stromboli, indicante le scarpate formate dai sette collassi (Pasquarè et al., 1993), ed i principali dicchi e sistemi di frattura (Tibaldi, 2001).

Figura 3: Foto panoramica di Stromboli e Strombolicchio.

Figura 5: Terrazza craterica vista dall’alto (a) e dal Pizzo (b). C1 C2 C3 Ginostra Stromboli Sciara del Fuoco B as tim en to Vancori Pizzo Crateri F ilo d el _F u_o co 1 2 3 924 918 N

a)

b)

Attualmente l’attività ha luogo nei crateri a circa 750m s.l.m. in un’area conosciuta come “terrazza craterica” (fig. 5), posta nella parte sommitale della Sciara del Fuoco. I tre crateri maggiori attivi, con forma ad imbuto di un centinaio di metri in diametro, convenzionalmente chiamati 1, 2 e 3 da NE a SW, occupano la parte centrale della terrazza craterica. La struttura interna del vulcano è complessa a causa dell’alternanza di fasi costruttive e distruttive, queste ultime sono rappresentate dalla lenta erosione dei versanti e dai rapidi collassi verticali e orizzontali del vulcano, testimoniate da diverse discontinuità che permettono di distinguere i principali cicli vulcanici: Paleostromboli, Vancori, Neostromboli e Stromboli Recente (Horning-Kjarsgaard et al.,1993), che in circa 100 mila anni hanno costruito l’isola.

1.2 Stratigrafia ed evoluzione geologica di Stromboli

In base alle caratteristiche stratigrafiche, geocronologiche (metodo K/Ar, Gillot & Keller, 1998) e geochimiche-petrografiche, i principali quattro cicli vulcanici risultano suddivisi in 30 unità vulcanostratigrafiche:

Paleostromboli (PST) I, II e III, Scari, Vancori Inferiore, Medio e Superiore, Neostromboli e Stromboli Recente (Horning-Kjarsgaard et al.,1993).

PST I, II e III, principali unità del periodo più antico, affiorano nella parte S e SE dell’isola, e sono costituite da lave e depositi piroclastici (principalmente di caduta, colata piroclastica e lahar).

Durante il ciclo dei Vancori, contraddistinto in Inferiore-Medio-Superiore da eventi esplosivi segnati da una breccia giallastra, le lave prevalgono sulle piroclastiti formando la sommità più alta del vulcano e ricoprendo i fianchi orientali e nord-orientali.

Il periodo Neostromboli, iniziato da un altro evento esplosivo, è caratterizzato da attività effusiva, le cui lave formano per la maggior parte il settore NW di Stromboli e termina molto probabilmente con un’ esplosione parossistica freatomagmatica dei tufi di S. Lazzaro (Bertagnini et al.,1996).

I prodotti dello Stromboli Recente rappresentano principalmente quelli eruttati dall’attuale attività stromboliana, che si riversano soprattutto nella depressione della Sciara del Fuoco.

I principali periodi di attività di Stromboli hanno distinte caratteristiche petro-chimiche che variano da calc-alcaline (CA) a calc-alcaline alte in potassio

(HKCA) e shoshonitiche (SHO) fino a shoshonitiche a leucite (Lc-SHO) o potassiche (KS), mostrando, seppur con qualche fluttuazione, un generale aumento di potassio con il tempo ed un vulcanismo tipico di arco insulare. Nella figura 6 è riportata la mappa geologica semplificata di Stromboli (Horning-Kjarsgaard et al.,1993) e la distribuzione delle principali unità vulcanostratigrafiche, associate ad una tabella che mette in relazione i principali cicli vulcanici con le corrispondenti caratteristiche mineralogiche, con i diversi prodotti eruttati e le relative località in cui affiorano. Nella stessa figura è inoltre rappresentata l’evoluzione geologica dèll’isola, iniziata nella porzione orientale durante il primo ciclo di attività (antico), caratterizzato da ritmiche eruzioni di materiale piroclastico e di colate laviche e terminata in quella occidentale durante il secondo ciclo (nuovo), contraddistinto essenzialmente da colate laviche (Rosi, 1980), descrivendo una migrazione del principale centro eruttivo da SE a NW.

Figura 6: Evoluzione geologica di Stromboli (a, b) associata alla mappa geologica (c)

(Horning-MATERIALE EPICLASTICO RIELABORATO

MATERIALE EPICLASTICO RIELABORATO

PRODOTTI PRODOTTI VULCANICI VULCANICI LAVE PIROCLASTITI LAVE LAVE LAVE + PIROCLASTITI LAVE PIROCLASTITI PIROCLASTITI LAVE PIROCLASTI BRECCIA ESPLOSIVA LAVE PIROCLASTI LAVE PIROCLASTITI LAVE LAVE LAVE + SCORIE LAVE PIROCLASTITI AFFIORAMENTI AFFIORAMENTI Lc/SHO SHO Hk/Ca SHO Hk/Ca Ca K K K K2222OOOO 200 200 K.a. K.a.

Vallone del Monaco, Cavoni.

Petrazza, Punta Lena.

Malopasso, Petrazza. 64

V.Di Rina, Omo. 61

Aghiastro, Cavoni.

V.Di Rina, Malopasso, V.Monaco.

V.Di Rina, Malopasso. 55 Scari Vallonazzo. P.Lena, Portedduzza, Liscione. Le Schicciole. Frontone. 25 Secche di S.Lazzaro. Nel Cannestrà, Labronzo, Timpone del Fuoco.

San Bartolo 6

Sciara Recente.

Fossetta.

Pizzo Sopra La Fossa.

PRODOTTI PRODOTTI VULCANICI VULCANICI LAVE PIROCLASTITI LAVE LAVE LAVE + PIROCLASTITI LAVE PIROCLASTITI PIROCLASTITI LAVE PIROCLASTI BRECCIA ESPLOSIVA LAVE PIROCLASTI LAVE PIROCLASTITI LAVE LAVE LAVE + SCORIE LAVE PIROCLASTITI AFFIORAMENTI AFFIORAMENTI Lc/SHO SHO Hk/Ca SHO Hk/Ca Ca K K K K2222OOOO 200 200 K.a. K.a.

Vallone del Monaco, Cavoni.

Petrazza, Punta Lena.

Malopasso, Petrazza. 64

V.Di Rina, Omo. 61

Aghiastro, Cavoni.

V.Di Rina, Malopasso, V.Monaco.

V.Di Rina, Malopasso. 55 Scari Vallonazzo. P.Lena, Portedduzza, Liscione. Le Schicciole. Frontone. 25 Secche di S.Lazzaro. Nel Cannestrà, Labronzo, Timpone del Fuoco.

San Bartolo 6

Sciara Recente.

Fossetta.

Pizzo Sopra La Fossa.

C I C L O A N T I C O C I C L O N U O V O A S S O C I A Z I O N I M I N E R A L O G I C H E A S S O C I A Z I O N I M I N E R A L O G I C H E EVOLUZIONE GEOLOGICA R E C E N T E 100 35 13 Piscità P.Labronzo Ficogrande S.Vincenzo Scari La Petrazza S.Bartolo Vallonazzo Liscione Malpasseddu Malpasso Bonifizio P.dell’Omo Punta Lena Le Schicciole Rina Grande Frontone Vancori Pizzo sopra La Fossa 924 P.Del Monaco Malo Passo Secche di S.Lazzaro Ginostra Cugno Aghiastro Vallone di Rina Timpone del Fuoco Sciara

Mar Tirreno

Ca HK/Ca HK/Ca SHO SHO Lc/SHO

a)

c) b)

1.3 Stromboli recente

Il periodo dello Stromboli Recente è rappresentato dalla moderna attività della Sciara ed è in generale considerato come il periodo che segue all’attività del Neostromboli. Nell’unità vulcanostratigrafica dello Stromboli Recente, oltre alle tre appartenenti alla Sciara: Pizzo Sopra la Fossa (piroclastiti), Fossetta (lave) e Sciara Recente (lave e scorie), sono inserite anche le lave di San Bartolo (andesiti basaltiche alte in potassio), eruttate da una bocca parassita situata a 650m s.l.m. sul versante settentrionale tra Liscione e Vallonazzo e che hanno formato la falesia rocciosa che va da Piscità a Ficogrande.

La transizione tra l’attività del Neostromboli e il vulcanismo della Sciara, avvenuto forse tra 5.000 e 10.000 anni fa (Gillot, 1984), è rappresentata da un grosso collasso vulcano-tettonico del settore NW da cui si origina la Sciara del Fuoco. Il collasso coincide con un brusco dello stile eruttivo e della composizione chimica dei prodotti vulcanici che cambiano significatamente, verso composizioni meno potassiche.

La composizione dei prodotti recenti è caratterizzata da chimismo tipo basalti shoshonitici (SiO2=50-52%) con una paragenesi mineralogica primaria

composta da cristalli di Plagioclasio che costituiscono la fase più abbondante, grossi cristalli di Clinopirosseno (Augite) e una discreta presenza di Olivina, come minerali accessori vi sono microfenocristalli di ossidi (Fe-Ti) Apatite e rare tracce di Anfibolo, il contenuto in vetro nella massa fondamentale, spesso alto, oscilla tra valori del 46-67% vol.. La generale composizione risulta essere

presenta un maggiore contenuto in Stronzio isotopico (Francalanci et al., 1984).

Nel primo stadio del vulcanismo della Sciara si ha la formazione di un largo cratere di cui solo la parte SW è conservata come la depressione La Fossetta. La recente attività è connessa a 3 crateri maggiori situati nella terrazza craterica a 750m s.l.m. sotto il bordo del Pizzo. I recenti prodotti di Stromboli sono confinati alla Sciara del Fuoco e all’area circostante i crateri.

1.4 L’attività vulcanica di Stromboli

La persistente attività di Stromboli, iniziata tra il IIIo e VIIo sec. d.C., senza importanti interruzioni e modifiche nello stile eruttivo (Rosi et al., 2000), consiste in esplosioni intermittenti (attività stromboliana normale) associate a continuo degassamento dall’area craterica (6000-12000 t/g). I gas vulcanici consistono di H2O, CO2 ed SO2 e in piccola parte da HCl e HF (Allard et al.

1994). Periodicamente l’attività esplosiva intermittente è accompagnata da effusioni di lava e sporadiche esplosioni più violente.

L’indice di esplosività vulcanica (VEI) è compreso tra 1 e 2, in una scala che va da 0 (per es. Etna, non esplosivo) a 8 (per es. Kracatoa, esplosività cataclismica) basata sulla distruttività in Km2 in relazione ad alcuni parametri quali il volume di materiale espulso e l’altezza della colonna eruttiva.

Attività stromboliana

La tipica attività vulcanica di Stromboli (fig. 7) consiste in piccole esplosioni intermittenti (ogni 10-20 minuti circa) che danno origine a getti di gas e di frammenti di magma incandescente (spatter); questi getti raggiungono altezze di circa 100-200 metri sopra l’orlo dei crateri con una velocità variabile da 20 a 120 m/s (Chouet et al., 1974) e si originano dallo scoppio di grosse bolle di gas (diversi metri in diametro) in sovrappressione, in corrispondenza della superficie della colonna magmatica di un condotto aperto. L’origine di tale meccanismo può essere spiegata con la formazione di una schiuma dovuta alla alta concentrazione di bolle in prossimità di un ostacolo fisico che può essere costituito dal tetto della camera magmatica (Jaupart and Vergniolle, 1989), da un restringimento al passaggio dicco-condotto (Ripepe et al.,2001), da una variazione nella viscosità del magma (Thomas et al.,1993) o ad una pellicola di magma raffreddato nella parte superiore della colonna magmatica. Una volta raggiunto uno spessore critico lo strato schiumoso diventa instabile e collassa generando una sacca di gas con un diametro poco inferiore a quello del condotto lungo il quale risale, non appena la sacca giunge sino alla superficie della colonna magmatica la sua pressione interna supera quella

esterna provocandone lo scoppio. Questo tipo di regime di flusso in risalita prende il nome di “Slug Flow”.

I prodotti emessi durante queste esplosioni rappresentano dunque le pareti della sacca gassosa e i vari frammenti di magma limitrofi consistono in bombe scoriacee, lapilli, ceneri e blocchi che ricadendo intorno al vent portano ad un suo graduale cambiamento morfologico. In un singolo evento la massa di materiale eruttato varia da 10 a 103 Kg e il flusso di massa è dell’ordine di 1Kg/s (Ripepe, 1990).

Esplosioni più energetiche

Le esplosioni più violente si distinguono in due tipi: esplosioni maggiori e parossismi (Barberi et al 1993).

Le prime consistono in un’esplosione discreta o in varie esplosioni provenienti solitamente da diverse bocche, con una durata da qualche secondo a qualche decina di secondi. La frequenza con cui si sono verificate nell’ultimo secolo è di una o due esplosioni l’anno, tuttavia, a causa della mancanza di un continuo monitoraggio questa può essere una sottostima. Dal 1993, quando è iniziato un monitoraggio sistematico di Stromboli, fino a tutto il 1998, sono state registrate 15 esplosioni con una distribuzione non omogenea con picchi tra il 1996 e il 1998 e fino a 6 esplosioni nel 1998 (Bertagnini et al., 1999).

I parossismi, molto meno frequenti, rappresentano le più potenti manifestazioni esplosive del vulcano, gli ultimi si sono verificati nel 1930, 1944 e 2003 (fig. 8). Durante questi eventi, che hanno una durata da diversi minuti ad ore, si ha caduta di bombe e grossi blocchi litici intorno ai crateri secondo traiettorie balistiche, giungendo talvolta sino ai villaggi di Ginostra e Stromboli. Il volume delle pomici eruttate in un singolo evento esplosivo è dell’ordine di 103-105 m3 (Bertagnini et al.,2003).

Flussi di lava

Negli ultimi due secoli i flussi di lava si sono verificati a Stromboli ogni 10-20 anni circa, emessi dai crateri sommitali o dalle fessure che si irradiano da essi (fig. 9). Le colate si riversano nella Sciara del Fuoco fino a raggiungere il mare, la loro durata varia da pochi giorni a diversi mesi coinvolgendo un volume dell’ordine di 103-106 m3 ( Capaldi et al., 1978;De Fino et al.,1986).Le lave emesse sono porfiriche ed hanno le stesse caratteristiche petrografiche delle scorie emesse durante l’attività normale. L’ultima attività effusiva, iniziata il 28 dicembre 2002 e terminata il 21 luglio 2003, rappresenta uno degli episodi effusivi più lunghi; quella precedente risale a 17 anni fa, dal 6 dicembre 1985 al 25 aprile 1986 (141 giorni) (De Fino et al., 1986).

Fig. 9: Flusso di lava lungo la Sciara del Fuoco (30 giugno2003).

1.5 Il sistema di alimentazione

Il regime esplosivo di Stromboli richiede l’esistenza di una riserva magmatica in cui il gas possa accumularsi (Chouet et al., 1994). La composizione omogenea dei prodotti eruttati durante l’attività stromboliana, associata alla presenza di un condotto aperto con una attività continua, testimoniano la presenza di un sistema di alimentazione del vulcano in condizioni stazionarie (Giberti et al.,1992; Francalanci et al.,1999).

Il comportamento del vulcano è stato meglio compreso attraverso lo studio dettagliato delle scorie, delle lave e delle pomici. Le pomici, emesse solamente durante le esplosioni maggiori e i parossismi, rappresentano quasi il 10% in volume della quantità totale del magma eruttato; questo implica che il magma emesso come pomice non rappresenta il componente principale della riserva magmatica superficiale che alimenta la normale attività stromboliana (Francalanci et al.,2004).

Le pomici si distinguono dalle scorie nere e dalle lave per i diversi caratteri petrografici, nonostante la composizione chimica della roccia totale non sia molto diversa; hanno un indice di porfiricità molto basso (<5%) e contengono principalmente microfenocristalli di clinopirosseno e olivina, mentre le scorie e le lave hanno un contenuto in fenocristalli di circa il 50%, costituiti da plagioclasio, clinopirosseno e olivina.

Nelle scorie la fase minerale più abbondante è rappresentata dal plagioclasio (An62-90), caratterizzato da una tipica zonatura tessiturale e composizionale concentrica costituita da zone più ricche in Anortite, con tessitura a setaccio

alternate a zone meno ricche in Anortite, prive di inclusioni. Il cristalli di plagioclasio e quelli delle due fasi femiche, clinopirosseno (Fs6-14 Wo42-47) e olivina (Fo70-75), sono contenute in una in matrice vetrosa con composizione shoshonitica (CaO/Al2O3 = 0.45-0.50).

I microfenocristalli di clinopirosseno e olivina delle pomici hanno composizione Fs5-8 Wo45-48 e Fo82-86, rispettivamente, e sono contenuti in una matrice vetrosa HK-basaltico-shoshonitica (CaO/Al2O3 = 0.54-0.64). Nelle pomici sono inoltre comunemente presenti frammenti di magma ricco in cristalli e/o cristalli isolati di plagioclasio, pirosseno e olivina ereditati dal magma ricco in cristalli. Questi conservano, talvolta, bordi vetrosi di composizione analoga a quella delle scorie ricche in cristalli. I plagioclasi mostrano la stessa zonatura tessiturale e composizionale dei fenocristalli presenti nelle scorie e sono caratterizzati da corone di crescita ricche in Anortite a tessitura scheletrica. Questa tessitura riflette la rapida crescita del plagioclasio anortitico nel magma ricco in volatili generata da rapido degassamento [Landi et al.,2004]. Dalle analisi delle inclusioni presenti nelle olivine è stato calcolato in contenuto in volatili: 1,8-3,4 wt% H2O per le pomici e 0.05-0.6 wt% H2O per le scorie [Metrich et al. 2001], e una temperatura di 1125-1140 +o- 15°C e 1100-1125 +o- 15°C, rispettivamente. È stata ipotizzata la presenza di due distinte camere magmatiche a diversa profondità. Il magma ricco in volatili è associato a un sistema profondo (con pressione totale 350-400, Métrich et al.,2001) che è continuamente alimentato

degassato ricco in cristalli risiede in una zona più superficiale (100 Mpa, Vagelli et al., 2003) e si origina dal magma ricco in volatili per cristallizzazione indotta da degassamento a bassa pressione.

Il serbatoio magmatico superficiale viene ripetutamente alimentato attraverso intrusioni di piccoli volumi di magma ricco in volatili, che rapidamente si mescola con quello residente ricco in cristalli degassando contemporaneamente. Il magma ricco in cristalli presenta una alta densità (2700Kg/m3) e viscosità (1.4 x 104 Pa/s) contrariamente a quello ricco in volatili (2500 Kg/m3 e 15-20 Pa/s; Mètrich et al.,2001). Il contrasto di densità favorisce lo sviluppo di una stratificazione rendendo il sistema gravitazionalmente instabile, ed è possibile che ciò favorisca un mixing meccanico dei due magmi. Il contrasto di viscosità può inoltre facilitare la formazione di plumes di magma ricco in volatili che risalgono a livelli più superficiali, la rapida decompressione e l’immediato rilascio in volatili causano l’eruzione di tale magma, come pomice, insieme al magma fortemente degassato presente in tale riserva, emesso come scorie nere.