Università degli studi di Pisa Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali

Università degli studi di Pisa

Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali

Corso di Laurea Specialistica in Scienze Geologiche

I prodotti della fase finale dell’eruzione

del 1888-1890 di Vulcano (Is. Eolie, Italia):

studio geochimico e tessiturale

Candidato: Roni Emanuele Relatore: Prof. Rosi Mauro

___________________________ ___________________________________

Correlatore: Prof. D’Orazio Massimo

___________________________________

Controrelatore: Prof. Santacroce Roberto

___________________________________

A:

Babbo,

Mamma,

Nico

e

Chiara.

…la presenza degli inclusi potrebbe essere utile per spiegare la formazione delle bombe leggere. Si può ritenere che nel magma ricco in acqua siano caduti frammenti di vecchie lave che abbiano provocato l’istantaneo sviluppo di vapore intorno a se determinando centri di spugnosità e che queste abbiano costituito il nucleo di tali bombe, le quali sono poi state rivestite da uno strato di magma... (Mercalli, 1891)

INDICE

•

RIASSUNTO

8

•

ABSTRACT

9

•

INTRODUZIONE

10

1.

INQUADRAMENTO GEOLOGICO

11

1.1. Inquadramento geodinamico delle isole Eolie….………..…...………....…11

1.2. Il “Lipari-Vulcano volcanic complex”………..………..11

1.3. Evoluzione geologica dell’isola……….……...…..……….………..13

1.4. Cicli/Successioni eruttive de “La Fossa”………..………..…….14

1.5. Riepilogo capitolo……….………17

2.

L’ERUZIONE DEL 1888-1890

20

2.1.Cronaca dell’eruzione……...………...20

2.2.Descrizione macroscopica dei materiali……….….…….….………..22

2.2.1. Materiale vecchio………...….………..22

2.2.2. Materiale di recente elaborazione……...………….………..22

2.3.Riepilogo capitolo………...……….24

3.

STUDI SUL SISTEMA MAGMATICO e SCOPO DEL LAVORO

25

3.1. L’evoluzione del sistema magmatico di Vulcano……..……..…..…….…..……….…25

3.2. Il sistema magmatico durante l’eruzione 1888-1890…....……...………...27

3.3.Scopo del lavoro……….………….………..29

3.4.Riepilogo capitolo………....….………30

4.

NOZIONI GENERALI SUI PROCESSI DI MESCOLAMENTO

31

4.1.Il mescolamento: comune meccanismo di evoluzione magmatica………...…31

4.2.Modelli di processi di mescolamento...32

4.3. Condizioni meccaniche di mescolamento: il modello di Sparks et al. (1986)…… 33

4.3.1. La diffusività termica……….…………...………...33

4.3.4. Influenza dei fattori cinetici……..………..………..37

4.4. La diffusività chimica...38

4.5.Tipi di prodotti del mescolamento……….…….………38

4.6. Proprietà tessiturali degli inclusi………...….………..39

4.6.1. Forma, margini, taglia ed abbondanza…………..……...………...39

4.6.2. La cristallizzazione degli inclusi…………..……….42

4.7. Meccanismi di formazione degli inclusi………….…….………..44

4.8.« Dimensione frattale » e meccanismi di formazione degli inclusi….………45

4.9. Riepilogo capitolo………...……….………..48

5.

METODI ANALITICI

49

5.1.Campionamento……….…….………...…49

5.2. Scelta delle sigle dei campioni……….….………..49

5.3.Taglio dei campioni per slab………..………50

5.4.Studio petrografico………...50

5.4.1. Analisi al microscopio ottico……….50

5.4.2. Analisi al microscopio elettronico a scansione….………50

5.5. Analisi chimiche degli elementi maggiori…………...………...51

5.6. Analisi chimica degli elementi in traccia……….………...52

5.7.Riepilogo capitolo………...…..………53

6.

DESCRIZIONE MACROSCOPICA DI BOMBE BLOCCHI E INCLUSI

54

6.1. Definizioni………..………….……….………....54

6.2.Bombe a crosta di pane………….………54

6.3.Bombe scoriacee………...………57

6.4.Blocchi………..…….………58

6.5.Inclusi “doleritici”……….……….59

6.6. Studi statististici sugli inclusi doleritici………...………..64

6.7.Riepilogo capitolo………...66

7.

DESCRIZIONE PETROGRAFICA DI BOMBE BLOCCHI E INCLUSI

67

7.1.1. Tessitura………..……….……….67

7.1.2. Fenocristalli………...………68

7.2.Bombe scoriacee……….………70 7.2.1. Tessitura………..……….70 7.2.2. Fenocristalli………..………70 7.2.3. Pasta di fondo…………..……….71 7.3.Blocchi………..………71 7.3.1. Tessitura………..……….71 7.3.2. Fenocristalli………..………73 7.3.3. Pasta di fondo………..……….74 7.4. Inclusi generici……….……….……..74 7.5.Inclusi “doleritici”……….……….77 7.5.1. Tessitura………..………….……….………77 7.5.2. Fenocristalli………..….………79 7.5.3. Pasta di fondo………..…….……….81

7.5.4. Contatto fra incluso ed “host-rock”………...………81

7.5.5. Forma degli inclsui sub-centimetrici……….82

7.6.Lapilli emessi nella fase pre-“bombe a crosta di pane” (Bianchi, 2008)…..……..90

7.7.Riepilogo capitolo……….….………..91

8.

DATI GEOCHIMICI

92

8.1. Chimica degli elementi maggiori………..………..………92

8.1.1. Classificazione in base al diagramma TAS……….92

8.1.2. Inclusi latitici (inclusi doleritici)……….92

8.1.3. Prodotti trachitici (bombe e blocchi)……….….……….94

8.1.4. Lapilli emessi nella fase pre-bombe a crosta di pane………….……….95

8.1.5. Vetri interstiziali ed inclusioni vetrose……….………...95

8.2.Chimica degli elementi in traccia………….…...……….104

8.3. Riepilogo capitolo………...………..112

9.

DISCUSSIONE DATI

113

9.1. Classificazione dei prodotti studiati…….………113

9.2. Evidenze di mescolamento……….………114

9.2.1. Lavori precedenti che supportano ipotesi del mescolamento……….115

9.2.2. Il mescolamento come fenomeno comune a “La Fossa”……….115

9.2.3. Evidenza geochimiche………..……….….……….116

9.2.4. Evidenze tessiturali……….……….117

9.2.6. I dati forniti dallo studio delle fasi e dei vetri……….119

9.3. Applicazione del metodo di Sparks e Marshall (1986)……….119

9.3.1. Condizioni meccaniche-termiche………119

9.3.2. Principi e applicazioni del software MELTS………..………120

9.3.3. Iter per la realizzazione dei diagrammi……….………….….………121

9.3.4. Scelta dei dati iniziali………..………122

9.3.5. Esempio di dati di output………....……….………..…………..123

9.3.6. Calcolo della frazione di altite coinvolta nel processo di mescolamento……...….124

9.3.7. Calcolo della viscosità……….…126

9.3.8. Discussione dei diagrammi “log viscosità vs frazione di latite”……….…127

9.3.9. Ulteriore evidenza di mingling nella parte finale dell’eruzione………..…………130

9.3.10. Mixing nei materiali emessi nella parte iniziale ed intermedia dell’eruzione….…131 9.3.11. Mingling nella parte intermedia dell’eruzione………...….133

9.4. Applicazione del metodo di Perugini et al. (2007)………..………....…..133

9.5. Ipotesi di dinamiche in camera magmatica……..………..……….…..136

9.6. Riepilogo capitolo………...………..………..137

•

CONCLUSIONI

138

•

BIBLIOGRAFIA

139

•

APPENDICE 1: DESCRIZIONE DELLE SEZIONI SOTTILI

148

•

APPENDICE 2: DESCRIZIONE DELLE BOMBE (MERCALLI , 1981)

159

•

APPENDICE 3: LA TESI DI LAUREA DI LETIZIA BIANCHI

(2008)

162

RIASSUNTO

L’eruzione del 1888-1890 è stata l’ultima prodotta dal cono de “La Fossa” sull’isola di Vulcano (isole Eolie, Italia). Si tratta di un evento importante nella storia eruttiva dell’isola per una serie motivi: a) è l’ultima; b) è chiusa da prodotti “nuovi” rispetto alla storia eruttiva dell’isola: le “bombe a crosta di pane”; c) i prodotti della fase finale sono caratterizzati dalla presenza di abbondanti inclusi; d) la successione dei fenomeni ha definito un modello per una tipologia di eruzione detta “Vulcaniana”.

La particolarità dell’evento eruttivo ha catalizzato l’interesse degli studiosi nel corso degli anni con l’instaurazione di un forte dibattito e di una visione non univoca del problema. Mercalli et al. (1891) hanno osservato l’evento fornendo completa una descrizione delle esplosioni e dei prodotti interpretando (per esempio) gli inclusi come pezzi di vecchie lave. Keller (1980) ritiene che le “bombe a crosta di pane” siano frammenti di materiali vulcanici più vecchi riciclati. Più recentemente alcuni autori hanno ipotizzato per l’eruzione 1888-1890 processi di mescolamento: De Fino et al. (1991) propongono mescolamento tra un magma riolitico ed uno trachitico mentre Clocchiatti et al. (1994) un mescolamento tra una riolite ed una latite.

Questo studio nasce nell’ottica di fornire un contributo alla risoluzione del problema con particolare attenzione ai prodotti che hanno caratterizzato la fase delle “bombe a crosta di pane”; lo scopo è stato perseguito attraverso la descrizione macroscopica della campionatura effettuata, la realizzazione e la descrizione di sezioni sottili (al microscopio ottico e al SEM), analisi XRF (per gli elementi maggiori) e ICP-MS (per gli elementi in traccia), l’ utilizzo del programma MELTS per la simulazione fisico-termodinamica dei processi successivi ad un ipotetico processo di mescolamento con relativa elaborazione dei dati.

Lo studio dei prodotti campionati ha evidenziato il fatto che la fase finale dell’eruzione 1888-1890 di Vulcano è caratterizzata da bombe e blocchi trachitici contenenti inclusi latitici. Sono invece assenti le rioliti, descritte in diversi lavori di bibliografia (Clocchiatti et al. 1994; Keller, 1980).

I dati geochimici e tessiturali, le osservazioni riguardanti il comportamento passato del vulcano e lo studio dei diagrammi “viscosità vs frazione di magma latitico” (proposti da Sparks e Marshall, 1986) , supportano l’ipotesi che gli inclusi latitici siano il risultato di un processo di mingling tra un magma latitico ed uno trachitico avvenuto nella fase finale dell’eruzione.

ABSTRACT

The 1888-1890 eruption has been the last one on the Vulcano Island (Aeolian islands, Italy). It is an important event in the eruptive history of the island for different reasons: a) it was the last one; b) it was interested by new products in the eruptive history of Vulcano: the bread-crusted bombs; c) the products of the final phase (blocks and bread-crust bombs) bear many enclaves of different types; d) the succession of the fenomena has definied a model for an eruptive style named “Vulcanian”.

The peculiarity of the eruptive event has catalyzed the interest of the scientists in last decades without reaching an uniform point of view.

Mercalli et al. (1891) observed the eruption giving a complete description of the explosions and the products and, for example, they interpretated the enclaves as pieces of old lavas. Keller (1980) studied the product of the islands defining the bread-crust bombs as pieces of old volcanic rocks brought in a viscous state. Recently some authors have assumed mixing processes for the 1888-1890 eruption: De Fino et al. (1991) suggest a mixing process between a rhyolitic and a trachytic magma while Clocchiatti et al. (1994) propose mixing between a latite and a rhyolite.

This study has the target to give a contribution to the problem studying the products of the final phase of the eruption (the bread-crust bombs phase) trought different analytic methods: the macroscopic description of the samples, the description of thin sections (with optical microscope and SEM), XRF (for major elements) and ICP-MS (for tracks elements) analysis, the use MELTS, a software for the physical and termodinamic simulation of processes tied to an ipothetical mixing process.

The data have pointed out that the final phase of the 1888-1890 eruption at Vulcano has been interested by emission of trachytic bombs and blocks with latitic enclaves. There aren’t products of rhyolitic composition as pointed out by some authors (Clocchiatti et al. 1994; Keller, 1980).

The geochimical and textural data, the observations, the past behaviour of the volcano, the study of the “viscosity vs latitic magma fraction” diagrams (suggested by Sparks and Marshall, 1986) support the ipotesys that the latitic enclaves are the result of a mingling process in the final part of the eruption.

INTRODUZIONE

L’eruzione del 1888-1890 è stata l’ultima prodotta dal cono de “La Fossa” sull’isola di Vulcano (isole Eolie, Italia). Si tratta di un evento importante nella storia eruttiva dell’isola sia perchè si tratta dell’ultima eruzione sia per una serie di altri motivi:

• a differenza di altri eventi eruttivi non è chiusa da colate laviche ma da una fase caratterizzata da prodotti “nuovi” rispetto alla storia eruttiva dell’isola: le “bombe a crosta di pane”;

• i prodotti di questa fase finale sono caratterizzati dalla presenza di abbondanti inclusi grigiastri a scala macroscopica olocristallini che raggiungono anche i 20 cm di dimensioni;

• la successione dei fenomeni ha definito un modello per una tipologia di eruzione detta “Vulcaniana”

La particolarità dell’evento eruttivo ha catalizzato l’interesse degli studiosi nel corso degli anni con l’instaurazione di un forte dibattito e di una visione non univoca del problema. Mercalli (1891) ha osservato l’evento ed è stato il primo a fornire una descrizione delle esplosioni e dei prodotti da un punto di vista macroscopico, petrografico e chimico interpretando (per esempio) gli inclusi come pezzi di vecchie lave. Keller (1980) ritiene che le “bombe a crosta di pane” siano frammenti di materiali vulcanici più vecchi riciclati. Più recentemente alcuni autori hanno ipotizzato per l’eruzione 1888-1890 processi di mescolamento: De Fino et al. (1991) propongono mescolamento tra un magma riolitico ed uno trachitico mentre Clocchiatti et al. (1994) un mescolamento tra una riolite ed una latite.

Questo studio nasce nell’ottica di fornire un contributo alla risoluzione del problema con particolare attenzione ai prodotti che hanno caratterizzato la fase delle “bombe a crosta di pane”; lo scopo è stato perseguito attraverso la descrizione macroscopica della campionatura effettuata, la realizzazione e la descrizione di sezioni sottili (al microscopio ottico e al SEM), analisi XRF (per gli elementi maggiori) e ICP-MS (per gli elementi in traccia), l’ utilizzo del programma MELTS per la simulazione fisico-termodinamica dei processi successivi ad un ipotetico processo di mescolamento con relativa elaborazione dei dati.