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Lo scopo di questa tesi è quello di studiare l’effetto delle possibili variazioni geometriche dei condotti vulcanici sulle dinamiche di risalita del magma nel caso sia di condotti a sezione circolare che a geometria fissurale, basandosi sui metodi propri della modellistica fisico-matematica e delle simulazioni numeriche.
A tal fine è stato utilizzato un modello stazionario, monodimensionale, iso- termo, multifase di non-equilibrio, che è stato modificato affinchè prendesse in considerazione diversi tipi di condotto (a sezione circolare e a geometria fissurale) e tenesse conto delle possibili variazioni di diametro idraulico lungo il condot- to stesso. E’ stato necessario porre delle limitazioni alla geometria dei condotti vulcanici a cui applicare il modello affinchè ne fossero rispettate le assunzioni.
Geometrie divergenti non possono essere studiate col presente modello in quanto richiedono una analisi transiente delle dinamiche. Per poter mantenere l’ipotesi di monodimensionalità è necessario che il condotto a geometria fissurale abbia una delle due dimensioni orizzontali molto maggiore dell’altra e che, per entram- bi i tipi di condotto, le variazioni del diametro idraulico siano piccole rispetto alla distanza verticale lungo la quale avvengono. Tali limitazioni sulla geometria del condotto non permettono, quindi, lo studio delle dinamiche di risalita della miscela all’interno del cratere vulcanico, dove le pareti sono divergenti con angoli di inclinazione anche elevati.
Gli studi parametrici eseguiti dopo aver testato il codice hanno permesso di confrontare le distribuzioni delle variabili di flusso e delle proprietà del magma nel caso di condotti a sezione circolare e a geometria fissurale, e di valutare l’influenza
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7. Conclusioni
della variazione della geometria del condotto vulcanico su tali distribuzioni.
Il confronto dei risultati ottenuti per i condotti a sezione circolare e a geometria fissurale ha mostrato che il tipo di condotto influenza quantitativamente ma non qualitativamente gli andamenti delle variabili di flusso in funzione delle dimensioni del condotto.
Studiando l’effetto della variazione della geometria del condotto vulcanico sulle variabili di flusso, è stato ricavato che il graduale aumento del tratto di pareti convergenti produce variazioni non lineari delle variabili di flusso e delle proprietà del magma.
In particolare, gli studi parametrici hanno mostrato che:
• a parità di diametro idraulico alla base del condotto, ad una geometria interamente convergente corrisponde un flusso di massa molto minore (fino a 6 volte più piccolo) rispetto a quello del condotto a sezione costante;
• nel caso del condotto a sezione circolare, a parità di flusso di massa, la geo- metria interamente convergente rispetto alla geometria a sezione costante presenta un diametro idraulico maggiore alla base e minore all’uscita del condotto;
• nel caso del condotto a geometria fissurale, a parità di flusso di massa per unità di area alla base del condotto, la geometria interamente convergente presenta un diametro idraulico maggiore di quello della geometria a sezione costante a qualsiasi livello nel condotto.
L’applicazione del nuovo codice di calcolo all’eruzione di Agnano-Monte Spi- na ha permesso di valutare i possibili effetti delle variazioni di geometria del con- dotto sulle dinamiche di tale eruzione. Gli andamenti ottenuti sono consistenti con quelli ricavati per gli studi parametrici, e mostrano che, nel caso dell’eruzione di Agnano-Monte Spina, le variazioni delle variabili di flusso e delle proprietà del magma prodotte dal passaggio della geometria del condotto da sezione costante a interamente convergente sono in taluni casi confrontabili con quelle prodotte da una variazione del contenuto di acqua di ben il 2% in peso.
Per valutare le possibili implicazioni che la variazione della geometria del condotto può avere sullo stile eruttivo, sono stati considerati gli andamenti dell’e- nergia meccanica totale, del rapporto tra la pressione e la densità e del diametro
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7. Conclusioni
idraulico all’uscita del condotto; il leggero aumento dell’energia e la diminuzione del diametro idraulico al variare della geometria da sezione costante a interamente convergente sembrerebbe suggerire che un tale cambiamento della geometria fa- vorisce il galleggiamento della colonna eruttiva. Tali considerazioni sono soltanto ipotetiche a causa della complessità delle dinamiche di dispersione della miscela gas-piroclasti nell’atmosfera; per confermare tali osservazioni occorre uno stu- dio combinato delle dinamiche di risalita della miscela nel condotto vulcanico e nell’atmosfera.
Una conseguenza importante di questo lavoro di tesi è che mostra che a secon- da della geometria del condotto, ad un dato flusso di massa possono corrisponde- re condizioni eruttive differenti. In altre parole, anche all’inetrno dell’assunzione di condotto monodimensionale, la scarsa conoscenza della geometria dei con- dotti vulcanici risulta essere un limite importante per la modellizzazione delle dinamiche eruttive. Occorre ricordare che per rimanere nell’assunzione monodi- mensionale le variazioni di diametro idraulico considerate in questi studi sono molto piccole; ci si attende, quindi, che cambiamenti di geometria più importanti di quelli considerati nel presente studio potrebbero modificare profondamente le dinamiche eruttive.
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