Parametri reologici dei magmi dell'Arenal e di Stromboli, determinati attraverso l'analisi statistico-dimensionale delle fasi cristalline e il chimismo delle fasi vetrose

Questo lavoro di tesi è finalizzato alla parametrizzazione delle caratteristiche reologiche dei magmi dell'Arenal (vulcano della Costa Rica) e di Stromboli. Per quanto concerne il vulcano Arenal, la stratigrafia suggerisce che due siano i tipi di attività vulcanica prevalenti: eruzioni pliniane e sub-pliniane, i cui tephra costituiscono la maggior parte dei depositi (Malavassi, 1979; Melson, 1982; Chiesa, 1987); eruzioni peleane seguite da effusioni laviche. Questi eventi sono dovuti alla decompressione della colonna di magma indotta dal collasso del lago di lava che occupa l'area craterica. Ho indagato la natura dei materiali juvenili coinvolti in questo tipo di eruzioni e, in particolare, nei flussi piroclastici del 28 agosto 1993 (campione A93) e del 23 agosto 2000 (campione A00). L'osservazione al miscroscopio ottico indica che, in entrambi i casi, si tratta di materiale scoriaceo vacuolare, a struttura glomeroporfirica, in cui le fasi principali sono plagioclasio, due pirosseni e olivina xenocristica. Dalle analisi al SEM la composizione del vetro interstiziale risulta essere particolarmente evoluta: da dacitica a riodacitica. Questi vetri non sono indicativi della composizione chimica della fase liquida al momento dell'effusione ma, più probabilmente, rappresentano il vetro della mesostasi. Attraverso il programma di analisi d'immagine Scion Image si sono ricavati tutti i dati morfometrici relativi ai cristalli e alle bolle, quali: area, perimetro, orientazione e distanza tra le bolle. Quest'ultimo dato inserito nell'equazione di Navon & Lyakhovsky (1998) ha permesso di calcolare il tempo di essoluzione del magma che, nel caso dell'Arenal, è di ~10 min. I dati ottenuti dall'analisi d'immagine sono stati utilizzati per la costruzione di istogrammi riportanti la distribuzione statistico-dimensionale (CSD) dei cristalli (e bolle) nello spazio bidimensionale. La rielaborazione di questi ultimi attraverso il programma CSD Corrections 1.3 ha permesso di disegnare la CSD nel tridimensionale. Questo ha consentito di stabilire un limite inferiore di 0.3 mm per le dimensioni dei fenocristalli intratellurici. Nei grafici si possono, infatti, individuare da due a tre trends dimensionali corrispondenti ad ambienti di formazione specifici, quali: ambiente sub-vulcanico (cristalli con diametro equivalente maggiore di 0.3 mm presumibilmente formatisi quando il magma è stazionato in profondità subendo un raffreddamento molto lento); fase di risalita (cristalli con diametro equivalente compreso tra 0.2 e 0.3 mm, questo trend è presumibilmente legato all'ascesa del magma in condotto durante la quale il tasso di raffreddamento aumenta); cristallizzazione post-effusiva (cristalli con diametro equivalente inferiore a 0.2 mm che, verosimilmente, si sono formati successivamente all'evento effusivo e conseguentemente a un ulteriore e molto rapido raffreddamento: processo noto con il nome di quenching). Attraverso il modello matematico di Peterson (1996) e sulla base di una velocità di crescita pari a 10-7 mm/sec, si è potuto stimare il tempo di residenza dei cristalli negli specifici ambienti di formazione. I tempi così ottenuti sono compresi tra 50 e 60 giorni per le fasi fenocristiche e tra 4 e 13 giorni per la frazione microcristallina. Per la stima della viscosità della fase liquida si è interpolato il modello di Giordano-Dingwell (1992) a basse temperature con quello di Shaw (1972) ad alte temperature. L'equazione che ne deriva è la così detta "TVF modificata". I valori di viscosità così ottenuti sono stati inseriti nelle equazioni di Einstein-Roscoe modificate che tengono conto degli effetti combinati di fase solida e gassosa. I valori di viscosità (a T=1100°c) così calcolati sono compresi tra 104 (solo liquido) e 107 pa s (liquido, solido e gas). Con le equazioni di Gay et al. (1969) è stata calcolata la soglia di snervamento, prima considerando tutte le classi dimensionali e poi solo quelle con diametro equivalente maggiore di 0.3 mm. Nel primo caso i valori ottenuti sono pari a 7.61 102 pa (per il campione A93) e a 1.09 103 pa (campione A00). Nel secondo caso i valori aumentano: 7.84 103 pa (A93) e 1.54 103 pa (A00). Questo può essere spiegato dal fatto che considerando tutte le classi dimensionali si ha un aumento del grado di cristallinità ma una contemporanea diminuzione del diametro medio delle particelle, fattore da cui, secondo Gay et al. (1969), dipende fortemente la soglia di snervamento. Pertanto, questi materiali rivelano un comportamento di tipo binghamiano. Le stesse metodologie di indagine sono state applicate su 6 campioni eruttati dallo Stromboli in epoca recente. Si tratta di: 3 campioni di colate laviche (1985, nucleo colata 28/12/2002 e Spiney Pahoehoe 3/2003) e 3 di prodotti piroclastici, scoria (6/2002), bomba (28/12/2002) e pomice (5/4/2003).