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Gruppo di Ricerca in Vulcanologia

Magmatologia e Petrologia

Le ricerche di Magmatologia e Petrologia esplorano i vari aspetti dei magmi, da come si formano nel Mantello terrestre, a come e dove si differenziano durante la risalita verso la superficie, fino a come vengono messi in posto attraverso i diversi tipi di apparati vulcanici. 

Questi studi partono da indagini geologico-stratigrafiche di terreno, associate a un dettagliato campionamento dei prodotti vulcanici e si sviluppano attraverso lo studio petrografico, le analisi chimiche degli elementi maggiori e in tracce fino agli studi isotopici di vari elementi. Queste analisi possono essere svolte su rocce totali, ma anche direttamente (tramite separazione fisica o in situ) sui componenti specifici di un prodotto vulcanico, quali il vetro (per esempio i vetri vulcanici di Stromboli) o porzioni specifiche di singoli minerali (per esempio nuclei e bordi di cristalli zonati, o inclusioni vetrose al loro interno).

 

Stromboli: (a sinistra) Sequenze stratigrafiche dei depositi idromagmatici di Semaforo Nuovo con dettagliato campionamento dei prodotti (campioni con sigla STR) e foto associate (da Lucchi et al., 2018, JVGR); (a destra) clasto costituito da pomice chiara e scoria nera (processo di mingling sin-eruttivo) del parossimo del 3-Luglio-2019 con rispettivi vetri chiari e scuri separati in laboratorio per analisi isotopiche.

 

Gli obiettivi di queste ricerche sono riconducibili a due linee di indagine:

1) Comprendere il processo vulcanico attraverso lo studio dei meccanismi pre-eruttivi di differenziazione dei magmi e la dinamica e configurazione del loro sistema di stazionamento nella crosta superiore. 

I processi di evoluzione dei magmi durante la risalita influenzano direttamente la dinamica eruttiva dei vulcani attraverso diversi fattori e processi. Le caratteristiche originarie dei magmi e le condizioni di stazionamento pre-eruttivo determinano i parametri chimico-fisici del magma eruttato, come la composizione, temperatura, pressione e contenuto in volatili. L'arrivo di nuovo magma all'interno delle camere magmatiche superficiali innesca un mescolamento chimico e fisico tra magmi e spesso rappresenta un fattore di innesco delle eruzioni. Allo stesso tempo la struttura delle camere magmatiche può influenzare lo stile eruttivo, la durata e le transizioni di stile in un'eruzione.

 

  

Nisyros: (a sinistra) Modello interpretativo sulla dinamica dei processi evolutivi (nel tempo da 1 a 4) nella camera magmatica dei duomi post-caldera (colori di base: magmi a diversa composizione che interagiscono; frecce: movimenti dei singoli cristalli di colore da bianco a nero; numeri: rapporti isotopici dello stronzio), basato sui dati di micro-analisi isotopica; (a destra) dettaglio al microscopio elettronico di un cristallo di plagioclasio zonato con tessitura a setaccio (DSZ) intorno al nucleo (da Braschi et al., 2014, CMP).

 

Tutti questi processi lasciano specifiche "tracce" petrografiche, geochimiche ed isotopiche all'interno dei prodotti dell'attività vulcanica e dei loro componenti che possono essere raccolte e "decodificate".

La caratterizzazione dei processi operanti all’interno delle camere magmatiche sono anche di grande utilità per integrare e migliorare il sistema di monitoraggio dei vulcani, in quanto questi processi generano diversi segnali sismici e geodetici che possono essere registrati in superficie e usati per prevenire le eruzioni.

 

   

Stromboli: (a sinistra) Interpretazione del sistema di alimentazione dell’attività vulcanica attuale (a = attività “Stromboliana” e effusiva; b = attività parossitica) basato sui rapporti isotopici dello stronzio nei minerali zonati (plagioclasi in alto a destra) e sugli isotopi delle serie di decadimento U-Th  (diagrammi a destra) (da Francalanci et al., 2012, CMP; Bragagni et al., 2014, EPSL).

 

2) Comprendere i processi di genesi dei magmi nel mantello terrestre e l'evoluzione di quest'ultimo.

La crosta terrestre è continuamente distrutta e riciclata all'interno del mantello, ma anche creata attraverso la fusione parziale del mantello stesso che diventa quindi sorgente di nuovi magmi. Questi processi sono intrinsecamente legati tra di loro e determinano le caratteristiche, chimiche e fisiche dei magmi primari, che sono a loro volta fondamentali per la loro successiva evoluzione e quindi per determinare la dinamica dei processi eruttivi.

Le caratteristiche geochimiche e isotopiche delle rocce vulcaniche o di campioni di mantello terrestre permettono di definire i meccanismi di genesi dei magmi nei diversi ambienti geodinamici, i processi che modificano la composizione delle sorgenti mantelliche e l'effetto di questi processi, attraverso il vulcanismo, sul budget degli elementi chimici all'interno del Pianeta Terra.

 

Relazione tra litologie subdotte e mineralogia del mantello sorgente dei magmi ultrapotassici italiani ricostruita attraverso la composizione degli elementi in tracce delle olivine presenti all’interno dei prodotti vulcanici (da Ammannati et al., 2016, EPSL).

 

Su entrambe queste linee di ricerche il gruppo di Magmatologia e Petrologia di Firenze conduce, da vari decenni, studi su sistemi vulcanici attivi e non in diverse zone del mondo, tra cui Italia (magmatismo dell'Italia centro-meridionale e l'arco Eoliano, in particolare Stromboli), Spagna, Grecia, Marocco, Anatolia, Iran, Yemen, Centro e Sud America, Isole Marianne.

 

Componenti del Gruppo di Ricerca

Riccardo Avanzinelli

Martina Casalini

Sandro Conticelli

Lorella Francalanci

Claudio Natali

Simone Tommasini

 

Assegnisti di Ricerca

Alessandro Bragagni

 

Collaboratori CNR-IGG

Eleonora Braschi

Andrea Orlando

 

Studenti di Dottorato

Filippo Mastroianni

Simone Paternostro

 

Ex Studenti di Dottorato

Martina Casalini

Sara Di Salvo

 

Tesi di Laurea

Negli ultimi anni sono state svolte diverse tesi di laurea di ambito magmatologico-petrologico, in alcuni casi anche in collaborazione con docenti di altre discipline. Questi i titoli delle tesi degli ultimi anni:

 

L'eruzione parossistica del 3 luglio 2019 a Stromboli: studio dei processi pre-eruttivi attraverso le analisi composizionali dei prodotti emessi.

Processi magmatici pre-eruttivi che hanno interessato l’eruzione del 2011 AD al vulcano Cordon Caulle, Cile: studio petrochimico dei prodotti emessi.

(Studio dei processi magmatici pre-eruttivi associati alla recente attività del vulcano sottomarino di Kolumbo (Santorini, Grecia) attraverso le analisi petro-chimiche dei prodotti emessi

Studio Geochimico ed Isotopico dei prodotti vulcanici recenti del vulcano Copahue (Argentina)

Studio di sistemi magmatici eterogenei attraverso analisi petrochimiche dei prodotti iuvenili dell’attività esplosiva dell’Upper Pumice al vulcano Nisyros (Dodecaneso, Grecia).

La persistenza del sistema stazionario al vulcano Stromboli, indagata attraverso l'analisi composizionale dei prodotti eruttati nell’ultimo decennio.

Indagine petrologica e vulcanologica del Grande Ararat (Turchia Orientale)

Petrogenesi e caratteristiche geochimiche del complesso igneo alcalino di Lar, Iran sud-orientale

 

Tesi di dottorato

- Simone Paternostro (in corso) - Evaluation of the thermal potential of the Amiata Geothermal Field: Geochemical, Petrologic and Petrophysic data (Supervisors: S. Conticelli, O. Vaselli).

- Filippo Mastroianni (in corso) - Understanding timescales and dynamics of volcanic plumbing system processes by micro-analytical chemical and isotopic studies on magma components (Supervisor: L. Francalanci).

- Sara Di Salvo (2019) - Unravelling plumbing system dynamics linked to explosive eruptions by geochemical and isotopic micro-analyses: the case study of Campanian Ignimbrite, Campi Flegrei, Italy (Supervisors: L. Francalanci, R. Avanzinelli).

- Martina Casalini (2016) - Application of non-traditional isotopic systematics (98Mo/95Mo and 238U/235U) to investigate the mantle source of Western Mediterranean potassic and ultrapotassic magmatism (Supervisors: R. Avanzinelli, S. Tommasini, S. Conticelli)

 

 
ultimo aggiornamento: 05-Nov-2020
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