Relazione Attività Ianno

Definizione e zonazione della pericolosità vulcanica della caldera risorgente dei Campi Flegrei e suoi effetti sull´uomo e sull´ambiente

UR#	AFFERENZA	RESPONSABILE
1	Dip. Sci. Terra, Univ. Camerino	Carrol Mike
2	Dip. Sci. Terra, Univ. Napoli	D´Antonio Massimo
3	Dip. Geomineralogico, Univ. Bari	Dellino Piero
4	Ins. Min. Petr. Geoc., Univ. Munich	Dingwell Donald
5	Dip. Sci. Terra, Univ. Roma 3	Faccenna Claudio
6	Dip. Sci. Terra, Univ. Pisa	Ferrara Giorgio
7	Dip. Sci. Terra, Univ. Torino	Lanza Roberto
8	Osservatorio Vesuviano - INGV	Macedonio Giovanni
9	Osservatorio Vesuviano - INGV	Orsi Giovanni
10	Dip. Sci. Fis., Univ. Napoli	Patella Domenico
11	Dip. Sci. Terra, Univ. Trieste	Petrini Riccardo
12	Dip. Sci. Terra, Univ. Napoli	Rapolla Antonio
13	Dip. Sci. Terra, Univ. Pisa	Sbrana Alessandro
14	Cen. Interdip. LUPT, Univ. Napoli	Zuccaro Giulio

L´obiettivo del progetto è la definizione della pericolosità vulcanica della caldera dei Campi Flegrei in caso di ripresa dell´attività in tempi brevi o medi e la valutazione dell´impatto di un´eruzione esplosiva sull´uomo e sull´ambiente. In particolare ci si propone di definire lo stato attuale del sistema magmatico di alimentazione, le aree a più alta probabilità di apertura di bocche eruttive, gli scenari eruttivi attesi e gli effetti di questi ultimi sull´uomo e sulle strutture edilizie. Si ritiene altresì che per ottimizzare l´interpretazione di tutti i dati raccolti, questi debbano essere modellati sia con metodi numerici che analogici. Inoltre perchè i risultati siano facilmente comprensibili ed utilizzabili anche da parte di non esperti in vulcanologia, quali ad esempio operatori di protezione civile, autorità politiche, esperti di gestione del territorio, è necessario che essi siano rappresentati su carte tematiche inserite in un sistema GIS. Tutti i risultati che si raggiungeranno potranno essere utilizzati per un aggiornamento del Piano di Emergenza attualmente in fase di elaborazione da parte del Dipartimento della Protezione Civile e al cui presupposto scientifico hanno contribuito ricercatori di alcune delle UR del presente Progetto (UR Orsi, D´Antonio, Macedonio e Zuccaro).

Il progetto è suddiviso nei seguenti 4 Tasks, ciascuno affidato ad un responsabile scientifico:

- Task 1: Assetto strutturale della caldera dei Campi Flegrei e sua evoluzione in relazione alla dinamica della Piana Campana e del bordo Tirrenico dell´Appennino Campano (Resp. Domenico Patella)

- Task 2: Evoluzione e stato attuale del sistema magmatico della caldera dei Campi Flegrei (Resp. Lucia Civetta)

- Task 3: Parametri fisici delle eruzioni, dinamiche eruttive e meccanismi deposizionali (Resp. Luigi La Volpe)

- Task 4: Modellazione fisica della dispersione piroclastica e degli eventi bradisismici nella caldera dei Campi Flegrei e impatto delle eruzioni esplosive sull´uomo e sull´ambiente (Resp. Giovanni Macedonio).

Il coordinamento nell´ambito dello stesso Task e fra Tasks diversi è stato soddisfacente.

Come previsto dal piano di coordinamento presentato dai responsabili di questo e del progetto n. 27 (Coord. Paolo Papale), nel mese di marzo 2001, è stata effettuata una riunione sul terreno alla quale hanno partecipato i ricercatori dei due progetti che conducono ricerche stratigrafico-vulcanologiche. La riunione, dedicata all´analisi di affioramenti selezionati dell´Unità di Agnano-Monte Spina, si è conclusa con una sostanziale convergenza di tutti i partecipanti sulla successione stratigrafica ricostruita dall´UR Orsi e pubblicata in de Vita et al. (1999). Uno dei principali obiettivi raggiunti durante questa riunione è che oggi i due progetti dispongono di una base comune di riferimento per l´eruzione di Agnano-Monte Spina per tutti gli approfondimenti successivi.

Il grado di raggiungimento degli obiettivi previsti per il primo anno e riportati nelle relazioni dei singoli Tasks, è più che soddisfacente e tutto lascia supporre che nel triennio possano essere raggiunti tutti gli obiettivi del programma.

Si segnala che nell´ambito del Task 2, da parte dell´UR Orsi, è stato anticipato lo studio dell´eruzione di Averno 2, previsto per il secondo anno, rinviando al secondo anno lo studio dei depositi dell´eruzione di Monte Nuovo, previsto per il primo anno. L´eruzione di Averno 2, ai fini della definizione della pericolosità, ha lo stesso rilievo di quella di Monte Nuovo: entrambe si sono verificate nell´area occidentale della caldera, all´intersezione di due sistemi di faglie attive. Lo studio di questa eruzione è stato anticipato perchè, essendo essa di magnitudo più elevata e i suoi depositi meno conosciuti di quelli dell´eruzione di Monte Nuovo, richiedeva indagini stratigrafiche più lunghe e accurate.

Sembra utile evidenziare che tematiche di ricerca coerenti e/o complementari con quelle sviluppate nell´ambito del progetto sono state assegnate come argomento di alcune tesi di dottorato. Questo è molto positivo perchè porta forze nuove e motivate nel progetto e perchè i risultati dovranno essere conseguiti nel triennio del corso di dottorato.

I risultati delle ricerche condotte saranno presentati in posters al prossimo convegno del GNV. Inoltre, essi saranno raccolti sotto forma di “riassunti estesi” in un volume speciale del progetto che sarà pubblicato entro la fine del prossimo mese di settembre e distribuito al convegno del GNV.

TASK 1 - Assetto strutturale della caldera dei Campi Flegrei e sua evoluzione in relazione alla dinamica della Piana Campana e del bordo Tirrenico dell´Appennino Campano

– Assetto geologico-strutturale dell´area peritirrenica: Definizione dei caratteri geologico-strutturali delle aree di piana e dei margini della catena, attraverso studi aerofotogeologici e stratigrafici e rilievi strutturali a scala macro e mesoscopica. Revisione dei caratteri macrosismici della sismicità appenninica e peritirrenica (UR Faccenna e Orsi).

- Assetto geofisico-strutturale dell´area peritirrenica: Reinterpretazione dei dati di sismica a riflessione nei Golfi di Pozzuoli e Napoli (UR Rapolla). Tomografia integrata di dati di potenziale spontaneo, gravimetrici e di deformazione del suolo (UR Patella).

- Assetto geologico-strutturale della cCF: Definizione dei caratteri stratigrafici e dell´assetto strutturale 3D della caldera Flegrea. Ricostruzione della sequenza di unità vulcaniche e sedimentarie intercalate. Messa a punto dell´apparato per la modellazione analogica della caldera Flegrea (UR Orsi e Faccenna).

- Assetto geofisico-strutturale della cCF: Progettazione del rilievo aeromagnetico nell´area flegrea e circumflegrea (UR Rapolla). Elaborazione della teoria e dell´algoritmo della tomografia di probabilità 3D per campi em induttivi. Acquisizione e calibrazione di un sistema per misure magnetovariazionali nel Golfo di Pozzuoli (UR Patella).

· E´ stata effettuata, da parte dell´UR Faccenna, la verifica delle proprietà reologiche dei materiali scelti (sabbia e silicone) per effettuare gli esperimenti analogici di collasso calderico e risorgenza intracalderica e lo studio di dettaglio delle proprietà meccaniche della sabbia da utilizzare negli esperimenti per simulare gli effetti di strutture pre-esistenti durante la risorgenza.

· L´UR Faccenna ha progettato e messo a punto l´apparato per effettuare i modelli analogici e realizzare una serie di esperimenti preliminari.

· E´ in corso, da parte dell´UR Rapolla, lo sviluppo di nuove tecniche di processing dei dati aeromagnetici che consentono di ottenere risoluzione in profondità ed il perfezionamento di tecniche d´analisi per l´interpretazione rapida e semiautomatica di dati magnetici e gravimetrici.

· E´ stato concluso da parte dell´UR Patella lo sviluppo teorico del metodo della tomografia di probabilità 3D per misure elettromagnetiche (em) induttive. Le funzioni scanner sono state definite e opportunamente calibrate al problema in esame. Mediante questo procedimento tomografico si può ottenere un quadro 3D completo della distribuzione delle probabilità d´occorrenza per sorgenti em secondarie indotte a varie profondità.

· E´ stata reperita la bibliografia e cartografia esistente riguardo l´assetto geologico-strutturale dell´area Flegrea e dell´area circostante (Piana Campana e rilievi appenninici) da parte delle UR Faccenna e Orsi.

· L´UR Faccenna ha effettuato uno studio delle immagini da satellite e delle foto aeree dell´area appenninica prospiciente la Piana Campana ad est e nordest dei Campi Flegrei, lungo la possibile prosecuzione delle strutture trasversali che caratterizzano l´area flegrea. A tal fine, si è appena iniziata un´analisi di terreno, congiuntamente all´UR Orsi, per definire i caratteri geometrici, cinematici e l´età di tali strutture, anche in rapporto ai sistemi NO-SE.

· L´UR Orsi ha effettuato un´analisi di foto aeree e immagini da satellite della Piana Campana, compreso il margine occidentale dei rilievi appenninici, al fine di definire la cinematica dei processi deformativi che hanno generato l´assetto attuale della caldera e le loro relazioni con la tettonica regionale. Quest´analisi ha permesso di definire i principali lineamenti strutturali nelle differenti aree e di selezionare i siti in cui effettuare analisi mesostrutturali. Questi siti sono le aree di Cancello e la valle del Sebeto, e il cono del Gauro.

· L´UR Orsi ha raccolto logs e carote di nuovi pozzi per definire meglio la distribuzione dei depositi marini e transizionali, sia all´interno sia all´esterno della caldera, al fine di investigare la storia deformativa olocenica della caldera.

· L´UR Orsi ha effettuato una campionatura dei paleosuoli che separano le differenti unità vulcaniche del terzo periodo di attività della cCF, al fine di investigare le variazioni degli isotopi stabili di O e C nel tempo.

· L´UR Orsi ha raccolto carte topografiche e tematiche in scala 1:2000-1:5000, in formato cartaceo e, ove disponibile, numerico per la realizzazione della carta geologica dell´area napoletano-flegrea. Presso l´Agenzia di Protezione Civile sono state raccolte ortofoto della Campania. I dati in formato cartaceo sono stati trasformati in formato numerico attraverso la vettorializzazione semiautomatica con il programma ARC/INFO. I dati numerici sono stati omogeneizzati con Arc View GIS e al momento sonop utilizzati per la generazione di un DTM accurato e dettagliato dell´area Napoletano-flegrea utilizzando ARC/INFO. E´ in corso il rilevamento e l´analisi di logs e carote di pozzi nell´area occidentale dei Campi Flegrei. I risultati sono riportati su carte topografiche di dettaglio (1:4000-1:5000).

· Da parte dell´UR Rapolla è stata inoltrata all´AGIP la richiesta dei dati aeromagnetici esistenti nell´area flegrea e territori circostanti. E´ stato approntato il progetto di una nuova campagna di misure, che coprirà un´area di circa 700 km2 a nord dei Camaldoli e delimitata dal Volturno a nord, e dalla città di Caserta a est. La spaziatura delle linee di volo in direzione W-E sarà dell´ordine di 300 m, con tie-lines in direzione N-S spaziate tra loro circa 2.5 km.

· L´UR Rapolla ha raccolto dati gravimetrici dei Campi Flegrei e Piana Campana, integrandoli con quelli disponibili nell´area vesuviana e ischitana. Ha anche iniziato l´elaborazione dei dati gravimetrici della Piana Campana per la modellizzazione 3D del vasto minimo nell´area napoletana e per l´analisi dei dati trasformati in dati FTG (Full Tensor Gravity).

· E´ stata inoltrata all´AGIP, da parte dell´UR Rapolla, richiesta di trascrizione delle linee sismiche a terra nei Campi Flegrei, che sono calibrate dai pozzi profondi.

· E´ stata completata da parte dell´UR Rapolla la rielaborazione delle linee sismiche CNR-OGS dei golfi di Pozzuoli e Napoli. Per l´interpretazione si stanno utilizzando tecniche quantitative basate sull´analisi degli attributi della traccia complessa.

· L´UR Patella ha concluso l´iter per l´acquisto di un sistema a tre stazioni per misure magnetovariazionali (MV) terra-mare. Sono state eseguite simulazioni della risposta MV, utilizzando modelli realistici della caldera Flegrea, per controllare la sensibilità e il potere di risoluzione del nuovo metodo. In particolare è stato utilizzato un corpo prismatico immerso in un terreno a tre strati, localizzando il prisma a diverse profondità e caratterizzandolo con diversi contrasti di resistività.

· Lo studio di immagini da satellite e foto aeree dei contrafforti appenninici prospicienti la parte centrale della Piana Campana ha permesso all´UR Faccenna di riconoscere, all´interno dell´area studiata: 1) la presenza diffusa di lineamenti ad andamento generalmente NW-SE; 2) una possibile fascia deformativa caratterizzata da strutture trasversali, che rompe la continuità dei sistemi NW-SE, e di ipotizzare che tale fascia sia la prosecuzione delle strutture attive nell´area flegrea.

· L´analisi strutturale di dettaglio condotta dall´UR Orsi ha permesso di: 1) definire che negli ultimi 100.000 anni, ai margini della Piana Campana, sono state attive strutture ad andamento E-O che hanno dislocato depositi Tirreniani a quote significativamente diverse da quelle di deposizione; 2) riconoscere sul cono del Gauro gli effetti delle fasi tettoniche attive in tempi diversi, nel settore nord-occidentale del blocco de La Starza; 3) definire nella valle del Sebeto, in un´area ubicata in prossimità del bordo orientale della cCF, le strutture attive negli ultimi 3500 anni.

· Le simulazioni effettuate dall´UR Patella per controllare la sensibilità del metodo MV hanno permesso di evidenziare una notevole capacità del metodo di differenziare la risposta del corpo anomalo rispetto all´ambiente circostante. è stato realizzato un codice per l´analisi e interpretazione di dati MV terra-mare, che prevede l´estensione del procedimento della tomografia di probabilità al metodo MV.

TASK 2 - Evoluzione e stato attuale del sistema magmatico

Ricostruzione della struttura e dell´evoluzione temporale del sistema magmatico, principalmente per il periodo compreso tra 60 e 12 ka, e definizione dei processi operanti nella camera/camere magmatica/magmatiche dei Campi Flegrei, attraverso prove sperimentali e analisi di laboratorio su campioni rappresentativi di periodi di attività magmatica significativi della storia dei Campi Flegrei, selezionati accuratamente in base alla loro posizione stratigrafica.

· E´ stato installato dall´UR Carroll il laboratorio idrotermale a Camerino per l´esecuzione contemporanea di esperimenti di lunga durata su più campioni.

· Sono stati eseguiti dall´UR Carroll nuovi esperimenti per la stima della fugacità d´acqua in magmi alcalini presso il laboratorio di Bristol (UK), utilizzando le fasi coesistenti Bt-San-Mt.

· E´ in fase di allestimento finale da parte dell´UR D´Antonio il laboratorio di geochimica isotopica e di spettrometria FTIR presso l´Osservatorio Vesuviano.

· Sono state effettuate dall´UR Dingwell nuove sperimentazioni presso il laboratorio di Monaco per studiare il processo di mixing/mingling, usando campioni rappresentativi del magma più evoluto e di quello meno evoluto emessi durante l´eruzione dell´Ignimbrite Campana (IC).

· Sono stati effettuati dalle UR Ferrara e Petrini esperimenti per stimare l´effetto sulla composizione isotopica del boro dell´interazione tra vetro e acque.

· E´ stata messa a punto dall´UR Petrini una nuova metodologia analitica NMR su vetri naturali.

· Le analisi diffrattometriche, le analisi SEM-EDS, le analisi in microsonda, le analisi spettroscopiche tramite NMR, EPR, mossbauer, le analisi ICP-AES e ICP-MS, le analisi isotopiche di Sr, Nd, Pb e B, le analisi di spettrometria FTIR, sono state effettuate da tutte le UR secondo metodologie standard.

· Per il raggiungimento degli obiettivi del I anno di attività del Task 2 le sei UR hanno lavorato collaborando tra di loro. In particolare la strategia perseguita è stata quella di studiare gli stessi campioni rappresentativi di fasi significative dell´attività degli ultimi 60 ka dei Campi Flegrei. Sono stati studiati in maggior dettaglio i prodotti dell´attività pre-IC e i prodotti con composizione meno evoluta per definire la struttura, l´evoluzione e lo stato attuale del sistema magmatico nel tempo.

· Sono state effettuate dall´UR D´Antonio 150 analisi alla microsonda elettronica di vetri e minerali in rocce poco evolute più recenti di 12 ka, e in xenoliti rinvenuti in queste, 30 determinazioni della composizione isotopica di Sr (87Sr/86Sr = 0.7068-0.7086), Nd (143Nd/144Nd = 0.5124-0.5126) e Pb (206Pb/204Pb = 18.9-19.2) su roccia totale in prodotti degli ultimi 60 ka di attività, 10 determinazioni della composizione isotopica di Sr (87Sr/86Sr = 0.7077-0.7113), Nd (143Nd/144Nd = 0.5121-0.5125) e Pb (206Pb/204Pb = 18.9-19.0) in xenoliti e rocce ospiti, 35 analisi di elementi maggiori ed in tracce di campioni delle eruzioni di Astroni.

· Sono state effettuate dall´UR D´Antonio, in collaborazione con l´UR Orsi, analisi geochimiche, isotopiche e mineralogiche di 20 campioni prelevati a varie altezze da un carotaggio per definire la chemostratigrafia dei prodotti dell´IC.

· Sono state effettuate dall´UR Ferrara, in collaborazione con l´UR D´Antonio, analisi isotopiche (Sr e B) e geochimiche di 20 campioni rappresentativi dell´attività precedente l´eruzione dell´IC, dell´attività compresa tra IC e TGN (Tufo Giallo Napoletano) e successivi alla messa in posto del TGN. Questi campioni presentano δ11B tra -6.7 e –10.6‰ e rapporti B/Nb= 0.2 –1.2.

· Sono state effettuate dall´UR Sbrana analisi in EDS di campioni delle unità del fallout e delle unità di flusso ignimbritico dell´IC, della Breccia Museo (BM), e di vari affioramenti occidentali ed orientali; analisi in EDS su vetri residuali delle masse di fondo e sulle fasi minerali presenti; analisi in EDS delle inclusioni silicatiche nei cristalli di clinopirosseno della BM. Su cristalli selezionati della Breccia Museo e dei flussi ignimbritici dell´IC è iniziato lo studio microtermometrico. Nei campioni della BM le inclusioni ospitate nella salite e all´interfaccia diopside-salite dei cristalli zonati hanno temperature di omogenizzazione fra 850 e 1100°C (40 misure) indicative di cristallizzazione da magmi a temperatura relativamente elevata.

· Sono state effettuate dall´UR Sbrana analisi mineralogiche e petrografiche e delle inclusioni silicatiche (MI) dei prodotti delle eruzioni trachibasaltiche di Solchiaro e Minopoli 2. Le inclusioni nelle olivine di Solchiaro hanno composizione basaltica e rappresentano i magmi più primitivi dell´intera area flegrea. Nelle scorie di Solchiaro sono presenti inclusi magmatici con masse di fondo a composizione latitica con tessiture lobate che testimoniano chiaramente processi di mingling pre- o sineruttivi tra magmi primitivi ed intermedi. Le MI presenti nelle olivine dei prodotti di Minopoli 2 hanno composizione più evoluta, shoshonitica. Entrambi i gruppi di inclusioni hanno tenori elevati in H2O e CO2 che consentono di stimare pressioni minime di cristallizzazione di 3-6 kbar per Solchiaro e 3-4 kbar per Minopoli. Questi dati preliminari sembrano suggerire sistemi di cristallizzazione profondi ubicati tra 10 e 20 km di profondità.

· Sono state effettuate dall´UR Carroll analisi delle inclusioni silicatiche in vari minerali presenti nei depositi di caduta dell´eruzione dell´IC.

· Sono stati elaborati dall´UR Petrini dati spettroscopici sul TGN, per una correlazione tra caratteristiche strutturali dei fusi/vetri e stratigrafia. I risultati ottenuti hanno mostrato la presenza di ampie variazioni del grado di polimerizzazione del silicio nei vetri durante le prime fasi della attività esplosiva e variazioni nello stato di coordinazione dell´alluminio e del suo ruolo nella struttura, interpretate come eredità strutturali di fusi di alta pressione e diversa temperatura in rapida risalita. E´ stata messa in evidenza la coesistenza di vetri a diversa composizione nei prodotti emessi durante le fasi finali della eruzione, ed alcune evidenze spettroscopiche sono state interpretate come dovute ad effettivo mescolamento tra fusi diversi a scala delle unità strutturali.

· I dati geochimici, isotopici e termobarometrici finora raccolti hanno permesso di formulare un´ipotesi sulla struttura del sistema magmatico e la sua evoluzione nel tempo. Il sistema magmatico Flegreo è costituito da un serbatoio profondo, ubicato nella crosta medio-inferiore (10-20 km di profondità) dove magmi mantellici ristagnano e si contaminano con fusi crostali. Questo sistema profondo alimenta a sua volta il sistema superficiale ubicato a pochi km di profondità dove magmi isotopicamente distinti differenziano, si mescolano ed eruttano. Il sistema magmatico profondo alimenta direttamente i centri ubicati lungo le faglie regionali alla periferia della caldera da cui sono stati emessi i magmi meno differenziati e a più alta temperatura dei Campi Flegrei.

· Studi di dettaglio su prodotti di singole eruzioni hanno permesso di definire l´evoluzione nel tempo del sistema magmatico superficiale prima e durante l´eruzione dell´IC.

· L´evoluzione del serbatoio magmatico profondo è stata modellata attraverso un processo di contaminazione di magmi mantellici K-basaltici, simili ai prodotti meno evoluti di Procida, da parte di materiali provenienti dal basamento crostale ercinico.

· La modellazione dei dati NMR sui prodotti del TGN ha permesso di definire un mescolamento sin-eruttivo di porzioni di magma con storia termica diversa, già evidenziato su basi chimiche.

· I dati relativi alle inclusioni silicatiche indicano che al processo di cristallizzazione frazionata si sovrappongono processi di mescolamento pre-eruttivi tra magmi relativamente primitivi e magmi trachitici. La composizione dei vetri e delle MI segnala anche la presenza di mescolamenti sin-eruttivi tra magmi diversi.

· Tutti i risultati finora raggiunti concorrono ad evidenziare la complessa struttura del sistema magmatico e l´importante ruolo del processo di mingling pre- e sin-eruttivo tra magmi diversi.

TASK 3 - Parametri fisici delle eruzioni, dinamiche eruttive e meccanismi deposizionali

- Rilievi stratigrafici e vulcanologici nelle aree settentrionali, interne ed esterne, della caldera del Tufo Giallo Napoletano. Analisi stratigrafica e vulcanologica dei depositi dei vulcani di Astroni e Monte Nuovo. Ricostruzione della sequenza dei depositi degli ultimi 12 ka. Stima dei volumi di magma emessi e delle altezze delle colonne, e ricostruzione della dispersione del maggior numero di depositi piroclastici possibile. Selezione di campioni per analisi sedimentologiche e petrologiche.

- Selezione di sezioni stratigrafiche e relativo studio dei caratteri strutturali e tessiturali dei depositi piroclastici. Analisi delle variazioni di facies occorrenti in funzione di cambiamenti della topografia del substrato e della distanza dal centro eruttivo. Raccolta di un numero significativo di campioni, rappresentativi di tutte le litofacies, sui quali saranno effettuate analisi granulometriche.

- Campionatura preliminare in siti campione e misure di laboratorio riguardanti i vari aspetti della suscettività magnetica e della magnetizzazione rimanente.

· E´ stato approfondito e implementato il modello fisico-sedimentologico proposto dall´UR Dellino per i depositi di dry surge di Vulcano. Questo modello può essere utilizzato per calcolare la pressione dinamica e quindi per quantizzare la pericolosità dei flussi piroclastici turbolenti e diluiti.

· Sono stati ulteriormente implementati da parte dell´UR Dellino i metodi di analisi di immagini per lo studio quantitativo dei caratteri di forma delle particelle di cenere ed è stato costruito un diagramma classificativo binario, basato sul prodotto fra circolarità e allungamento e fra rettangolarità e compattezza, che discrimina i clasti prodotti da frammentazione fragile o duttile.

· E´ stato messo a punto dall´UR Dellino un metodo per il calcolo della dimensione frattale e per l´elaborazione statistica elementare e multivariata dei risultati dell´analisi frattale. La sua applicazione ha evidenziato la natura multifrattale di alcune particelle dovute a frammentazione magmatica e la natura frattale di alcune particelle di natura freatomagmatica.

· La metodologia già messa a punto dall´UR Lanza per la misura della temperatura di messa in posto di depositi piroclastici si è dimostrata idonea per l´analisi dei campioni della cCF.

· Molte rocce hanno una coesione minima, per cui è molto difficile o impossibile prelevare campioni orientati per lo studio delle relazioni tra fabric e magnetizzazione. Pertanto l´UR Lanza sta elaborando una procedura di consolidamento in-situ che non alteri le caratteristiche magnetiche della roccia.

· Sono stati effettuati rilievi stratigrafici e vulcanologici nelle aree settentrionali, sia interne che esterne alla caldera del Tufo Giallo Napoletano ad integrazione degli studi già precedentemente effettuati dai componenti dell´UR Orsi. Questi rilievi sono stati focalizzati all´individuazione dei depositi delle eruzioni avvenute negli ultimi 12 ka e alla definizione della loro successione stratigrafica. Durante i rilievi sono state effettuate misure stratimetriche delle unità affioranti in circa 50 sezioni stratigrafiche.

· La sequenza dei depositi di Averno 2 è stata ricostruita e suddivisa in tre Membri dall´UR Orsi. I livelli da caduta del Membro A sono dispersi prevalentemente verso S-O. I Membri B e C sono costituiti da depositi da surge con intercalati livelli da caduta. I depositi di ciascuno di questi due Membri, che complessivamente coprono un´area di circa 20 km² intorno al centro eruttivo, sono distribuiti in modo asimmetrico. Da tutte le unità sono stati raccolti campioni per analisi sedimentologiche e petrologiche.

· L´eruzione di Astroni ha generato una complessa sequenza di depositi prevalentemente connessi ad attività freatomagmatica e solo subordinatamente magmatica, ricostruita in dettaglio dall´UR Orsi. La sequenza include sette successioni separate da paleosuoli. All´interno della depressione morfologica della caldera di Agnano sono particolarmente abbondanti i depositi da surge, mentre al suo esterno sono diffusi depositi pomicei da caduta connessi con eventi stromboliani e/o subpliniani. Da tutte le unità di Astroni sono stati prelevati campioni per analisi petrologiche. L´UR Dellino, in collaborazione con l´UR Orsi, ha individuato le principali sezioni stratigrafiche sulle quali ha iniziato lo studio di dettaglio dei caratteri strutturali e tessiturali dei depositi e l´analisi delle variazioni di facies. Sono stati prelevati campioni dalle principali unità deposizionali ed è iniziato lo studio granulometrico e la stima dei componenti e delle densità. I depositi da surge mostrano, soprattutto in posizione prossimale, chiare strutture ad onda e associazioni verticali di facies fra tappeto di trazione e strati finemente laminati.

· Per l´eruzione di Agnano-Monte Spina, il cui quadro di riferimento era già sufficientemente completo, gli studi hanno riguardato aspetti connessi con l´impatto che un´eruzione di questo tipo può avere sull´ambiente e sono stati condotti in collaborazione dalle UR Dellino, Lanza, Macedonio, Orsi e Zuccaro. In particolare, l´UR Dellino, in collaborazione con l´UR Orsi, ha categorizzato i depositi piroclastici di questa eruzione in: surge, pyroclastic flow e caduta e ha individuato le diverse litofacies. Le variazioni di facies dei depositi sono state analizzate in funzione della distanza dal cratere e delle variazioni della topografia del substrato. Sono state campionate le unità deposizionali principali di tutte le sezioni studiate in dettaglio e sono state condotte analisi granulometriche, stime dei componenti, analisi di densità e vescicolarità e studio, al microscopio elettronico, della forma dei clasti di cenere.

· Sono state effettuate campionature preliminari e misure di laboratorio al fine di definire un quadro generale delle caratteristiche paleomagnetiche dei vari litotipi e programmare la campionatura sistematica prevista per il II anno. Sono stati analizzati circa 50 campioni provenienti da quattro livelli dei prodotti di Agnano-Monte Spina. Il grado di definizione della T di messa in posto è variabile da livello a livello. La miglior definizione è stata ottenuta per il livello B2 nelle sezioni di Vallone del Corvo (240°C<T<280°C) e del Campo di Calcio San Gennaro (380°C<T<400°C). Le misure di fabric magnetico hanno fornito risultati di ottima qualità, poichè la dispersione associata alle direzioni di suscettività principali è sempre estremamente ridotta.

· Per gli esperimenti sulle dinamiche di frammentazione, sono stati scelti i depositi prossimali di Astroni (che presentano grosse bombe e blocchi ossidianacei freschi) e quelli di Minopoli.

· Per gli esperimenti sui processi di devetrificazione e neoformazione, sono stati selezionati gli strati coesivi varicolori fini di origine freatomagmatica del Membro E di Agnano-Monte Spina.

· Una migliore conoscenza dei settori settentrionale e occidentale della cCF e la ricostruzione della storia eruttiva di Averno 2 e di Astroni sono state ottenute attraverso studi stratigrafici e vulcanologici.

· Carte delle isopache e delle isoplete per pomici e litici massimi di singoli depositi da caduta, e carte della distribuzione areale di singoli depositi da flusso, con particolare attenzione per quelli degli ultimi 5 ka, sono state costruite sulla base dei risultati delle indagini stratigrafiche e stratimetriche.

· L´eruzione di Averno 2 è stata dominata da fasi freatomagmatiche con intercalate esplosioni magmatiche. I livelli da caduta del Membro A sono stati deposti da colonne alte tra 4 e 7 km. La distribuzione asimmetrica dei depositi da surge dei Membri B e C indica che la paleomorfologia ha influenzato la loro deposizione.

· I differenti depositi della sequenza di Astroni si sono formati probabilmente durante una unica eruzione di lunga durata con sette fasi parossistiche. L´applicazione del modello sedimentologico (UR Dellino) ha consentito di calcolare per i surge una velocità media di circa 22 m/s alla base del vulcano, una densità media di circa 9.7 kg/m³ e una pressione dinamica media di circa 2.4 kPa.

· L´interpretazione combinata dei dati di campagna e dei dati di laboratorio ha permesso di ipotizzare che durante l´eruzione di Agnano-Monte Spina si verificarono sia dinamiche di frammentazione magmatica che dinamiche di frammentazione freatomagmatica. In alcune fasi eruttive queste due dinamiche furono attive contemporaneamente e portarono alla formazione di depositi "misti" per i quali è stato proposto un modello vulcanologico interpretativo. Le direzioni di flusso ottenute con metodi paleomagnetici suggeriscono che la paleotopografia influenzò il movimento delle correnti piroclastiche. L´associazione verticale di facies fra tappeto di trazione e strato finemente laminato, individuata nei depositi da surge dei livelli B2 ed E2, è stata associata al passaggio di un singolo flusso. Le zone dove i flussi riuscirono a sormontare la topografia e quelle dove furono "bloccati" dagli ostacoli morfologici più elevati sono state individuate attraverso l´analisi delle variazioni di facies dei depositi a ridosso delle colline dei Camaldoli e di Posillipo. L´applicazione del modello sedimentologico (UR Dellino) suggerisce per i surge del livello E2, nella zona della Solfatara, valori medi di velocità di circa 35 m/s, di densità di circa 6.5 kg/m³ e di pressione dinamica di circa 4 kPa. I surge del livello B2, nella zona a nord dell´ostacolo morfologico di Contrada Romano, avevano velocità media di circa 17 m/s, densità media di circa 13 kg/m³ e pressione dinamica media di circa 1.9 kPa.

TASK 4 - Modelli fisici di dispersione piroclastica ed eventi bradisismici nella caldera dei Campi Flegrei, e impatto delle eruzioni esplosive sull´uomo e sull´ambiente

- Integrazione dei dati prodotti dall´UR Orsi con i modelli di dispersione piroclastica;

- Analisi dei modelli di scambio termico esistenti da utilizzare per l´area flegrea;

- Raccolta dati mediante tecnica aerofotogrammetrica, delle caratteristiche tipologiche richieste per la classificazione della vulnerabilità vulcanica;

- Campagna di rilevamento per mezzo di interviste guidate, al fine di caratterizzare i Comuni rispetto alla tipologia costruttiva degli edifici ed immissione dei dati in mappa;

- Campagna di rilevamento delle aperture di un edificio campione con determinata tipologia costruttiva e confronto e/o integrazione con i risultati del Progetto CEE Vesuvio.

- Raccolta dati e valutazione della vulnerabilità delle tipologie costruttive dei tetti degli edifici nell´area investigata;

- Raccolta dati e valutazione dei limiti di resistenza delle diverse tipologie strutturali all´impatto di frammenti balistici;

- Calibrazione dei parametri probabilistici richiesti per la correzione statistica delle frequenze tipologiche derivate con il metodo QAO.

· E´ stato adottato un nuovo metodo per la stima del volume di un deposito, mediante best fit della massa totale simulata con un modello di fall-out e i dati di terreno. L´eruzione di Agnano-Monte Spina è stata analizzata utilizzando campioni raccolti sul terreno (dall´UR Orsi), ed un modello di ash fall-out precedentemente sviluppato. La porzione grossolana della distribuzione granulometrica del deposito campionato è stata ottenuta mediante setacciatura standard, mentre la parte fine è stata analizzata utilizzando un Coulter counter, in collaborazione con l´UR Dellino.

· E´ stata svolta una ricerca per individuare software commerciale o di pubblico dominio in grado di simulare il trasporto di calore o di massa nel sottosuolo, sotto differenti ipotesi. I risultati mostrano che nessuno dei codici esistenti è in grado di descrivere in diversi aspetti contemporaneamente.

· Dati di campagna e di laboratorio prodotti dall´UR Orsi sui due livelli da caduta B1 e D1 dell´eruzione di Agnano Monte Spina, sono stati analizzati utilizzando un modello di caduta di cenere precedentemente sviluppato. Ciascuno dei due livelli è stato studiato e campionato in cinque differenti affioramenti. I dati prodotti comprendono spessore del deposito, dimensioni delle particelle, e analisi dei componenti. Lo spessore dei depositi è stato dapprima convertito in carico (kg/m2) mediante la densità misurata sul terreno, successivamente, i parametri del modello (massa totale eruttata, velocità del vento, altezza della colonna eruttiva, e distribuzione della velocità di caduta della cenere nella colonna eruttiva) sono state stimate mediante best fit con i dati di campagna (spessori del deposito). La direzione del vento è stata stimata direttamente dalla direzione dell´asse principale di dispersione delle due unità deposizionali (vedi UR Orsi). In questa fase, la presenza di materiale fine nella colonna eruttiva non è stata considerata in quanto il materiale fine emesso durante eruzioni esplosive viene trasportato molto lontano dal cratere e produce depositi sottili, spesso rimaneggiati e difficili da campionare. Inoltre, i balistici non sono considerati nel modello. Nei prossimi mesi i parametri ottenuti verranno confrontati con quelli derivati con altri metodi (es. modello di Pyle, ecc.). La definizione di questi dati, ed in particolare la massa totale eruttata, è estremamente importante per le applicazioni del modello alla pericolosità da caduta di cenere nell´area flegrea.

· Tre codici numerici risultano essere particolarmente adatti per la simulazione dei processi geotermali nella caldera dei Campi Flegrei; questi sono GEOCRACK, MARC e TOUGH2. GEOCRACK è un programma per lo studio di campi geotermici, che consente di eseguire analisi delle deformazioni strutturali accoppiate al flusso di massa fluida e di calore. Esso può essere usato per risolvere molti problemi, tra cui quelli inerenti all´elasticità e al trasferimento di calore. Tuttavia, la sua prerogativa è di calcolare il flusso in rocce fratturate, dove il flusso è fortemente dipendente dall´apertura delle fratture, che a sua volta è una funzione dello stress di contatto e della deformazione termica. Nella versione attualmente disponibile, le proprietà del fluido sono costanti, tranne la viscosità che può essere resa dipendente dalla temperatura. MARC Finite Element Analysis è un pacchetto per analisi ingegneristiche avanzate, con particolare riguardo per i problemi stazionari e transienti non lineari, sia strutturali, sia termici. Il programma offre un´amplissima collezioni di procedure di analisi, elementi, materiali e funzioni. E´ stato utilizzato per applicazioni industriali e si è sempre dimostrato molto affidabile. Le applicazioni tipiche includono l´analisi di grandi deformazioni e problemi con accoppiamento termo-meccanico. Una rappresentazione estremamente accurata permette di trattare non linearità dovute sia al comportamento dei materiali, sia alla presenza di grandi deformazioni, sia alle condizioni al contorno. I problemi fisici possono essere modellizzati con una vasta scelta di elementi, tra cui materiali porosi con presenza di un fluido mono-fase. Tuttavia, in quest´ultimo caso il problema termo-meccanico non può essere risolto con un accoppiamento esplicito. Inoltre, le proprietà del fluido sono costanti con la temperatura. TOUGH2 è un simulatore generico di flusso di massa e di calore, con applicazioni nell´ingegneria dei campi geotermici, dello smaltimento dei rifiuti nucleari e a problemi di contaminazione ambientale. Tutte le proprietà del fluido dipendono dalla temperatura e il programma può trattare un flusso bi-fase di un fluido acquoso e nella fase di gas, multi-componente e con la presenza di traccianti. Tuttavia, la matrice porosa è indeformabile e non è possibile eseguire un´analisi termo-meccanica accoppiata, nè un´analisi strutturale successiva.

· E´ stata effettuata una campagna di misura per integrare i dati relativi alla vulnerabilità sismica raccolti precedentemente raccolti nella stessa area. In particolare è stata effettuata una campagna per caratterizzare le tipologie dei fabbricati dei diversi Comuni, attraverso un´intervista guidata, con informazioni geo-referenziate raccolte nel comune di Pozzuoli. In questo comune, sono stati raccolti campioni, scelti casualmente, per le aperture (porte, finestre, ecc.), per le costruzioni aventi tipologia strutturale simile a quella compresa nella classificazione strutturale della scala macrosismica EMS ´98 per la quale la distribuzione era già nota a Pozzuoli da un precedente progetto sulla vulnerabilità sismica dell´area. Sono state studiate le differenti tipologie dei tetti, riscontrabili nell´area. L´interpretazione aereofotogrammetrica è completa per il comune di Pozzuoli, che rappresenta oltre il 50% degli edifici studiati (così programmata per il primo anno del Progetto). Tuttavia, i dati di altri fattori di vulnerabilità, come la pericolosità per oggetti trasportati, non sono stati ancora raccolti. Infine, sono stati raccolti dati demografici per l´area di Pozzuoli.

· L´attività sismica ai Campi Flegrei, che ha accompagnato la crisi bradisismica nel 2000, è stata caratterizzata da eventi monocromatici a bassa frequenza (<4Hz), seguiti da eventi a più alta energia e frequenza di tipo vulcano-tettonico, simili a quelli registrati durante le crisi del 1969-70 e 1982-84. L´estrapolazione del profilo di temperatura misurato nei pozzi profondi (Mofete e S. Vito) ottenuto per mezzo di modelli numerici di convezione supercritica dimostrano che nei primi 2km la temperatura è molto vicina alla curva di saturazione del vapore. Quindi, una piccola sovrappressione è in grado di far salire fluidi caldi ad una più bassa pressione di confinamento che può generare la vescicolazione. Il rapido aumento dell´energia del rumore registrato alla Solfatara il 25 marzo 2000, e la presenza di eventi monocromatici a bassa frequenza, potrebbero essere la conseguenza di un aumento di pressione nel sistema termodinamico indotto da un aumento di pressione nel sistema magmatico.

· I risultati di indagini di laboratorio sulla distribuzione delle classi granulometriche e sulla morfologia dei frammenti di cenere di depositi della sequenza di Agnano-Monte Spina condotte dall´UR Dellino, sono stati ulteriormente elaborati per convertire la distribuzione delle classi granulometriche in distribuzione di velocità terminale, assumendo le particelle di forma sferica.

· E´ stata valutata la probabilità di definire uno specifico fattore di vulnerabilità vulcanica a una specifica tipologia strutturale EMS ´98. Questo risultato permetterà di estendere le informazioni raccolte a campione a tutto l´insieme degli edifici studiati. E´ stata elaborata una classificazione tipologica dei tetti e delle aperture a cui sono stati associati i più probabili carichi limite di collasso. Sono stati sviluppati specifici modelli per valutare il carico limite del materiale non reagente a trazione (come volte murarie) e il carico di collasso dei tetti in cemento armato, ferro o legno.

· Banca dati geochimici (elementi maggiori ed in tracce) ed isotopici (Sr, Nd, Pb) su prodotti dei Campi Flegrei degli ultimi 60 ka di attività – UR D´Antonio.

· Banca dati dei lineamenti strutturali riconoscibili attraverso remote sensing e presenti lungo la fascia appenninica prospiciente la Piana Campana a est e nord-est dei Campi Flegrei – UR Faccenna.

· Banca dati sulle caratteristiche delle Tipologie strutturali, dei Tetti e delle Aperture del Comune di Pozzuoli – UR Zuccaro.

· Nuovo metodo per la stima dei volumi di depositi piroclastici da caduta – UR Macedonio.

· Software per la tomografia di probabilità 3D per campi em induttivi – UR Patella.

· Il codice di calcolo per la valutazione del collasso limite degli archi, già sviluppato durante precedenti ricerche, è stato modificato ed adattato al caso di studio – UR Zuccaro.

· Il codice di correzione statistica dell´interpretazione aerofotogrammetria (QAP) è stato adattato al progetto in corso – UR Zuccaro.

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Simulazione di scenari eruttivi ai Campi Flegrei basata su studi di campagna, di laboratorio e numerici, e implicazioni per l´hazard vulcanico

UR#	AFFERENZA	RESPONSABILE
1	INGV, Pisa	Papale Paolo
2	Dip. Sci. Terra, Univ. Pisa	Rosi Mauro
3	DSG Univ. Roma Tre	Romano Claudia
4	CNR, Pisa	Neri Augusto

L´obiettivo della presente ricerca è costituito dalla definizione quantitativa degli scenari vulcanici alla caldera dei Campi Flegrei. Sono state selezionate alcune eruzioni di riferimento nella storia eruttiva del vulcano, costituite dall´eruzione dell´Ignimbrite Campana (36 ka), di Agnano Monte Spina (4400 BP), di Astroni (3700 BP), e di Monte Nuovo (1538 AD). Tali eruzioni coprono un range di intensità e magnitudo pari a quello che caratterizza l´intera storia eruttiva dei Campi Flegrei. L´eruzione di Agnano Monte Spina rappresenta l´Evento Massimo Atteso (sito web del GNV, Marzo 1999), ed è quindi selezionata per più approfondite indagini all´interno del progetto. L´eruzione dell´Ignimbrite Campana, e le due più recenti di Astroni e Monte Nuovo, rappresentano casi rispettivamente a maggiore e minore intensità eruttiva.

L´obiettivo del progetto verrà raggiunto attraverso la realizzazione dei seguenti gruppi di temi di ricerca (tasks):

Gli studi di terreno sono indirizzati alla selezione di livelli stratigrafici, all´interno di ciascuna delle eruzioni di cui sopra, di maggiore interesse per l´obiettivo del progetto, alla ricostruzione della loro stratigrafia e dispersione, al campionamento per i successivi studi di laboratorio, e al confronto con le predizioni ottenute attraverso le simulazioni numeriche. I livelli stratigrafici che saranno selezionati comprendono quelli prodotti durante fasi di ricaduta da colonne eruttiva e fasi di flusso piroclastico.

TASK 1.1: Selezione dei livelli stratigrafici di maggiore interesse per il progetto, ricostruzione della loro stratigrafia e dispersione, e campionamento

- Collaboratori: Patrizia Landi, Margherita Polacci, Andrea Di Muro, Paolo Papale

Gli studi di laboratorio sono indirizzati alla determinazione delle proprietà fisiche, chimiche, reologiche, e petrologiche, e al comportamento fisico dei campioni provenienti dai livelli stratigrafici selezionati, alla ricostruzione delle condizioni prima e durante l´eruzione, e alla definizione di equazioni costitutive per le simulazioni numeriche.

TASK 2.4: Determinazione sperimentale del carico di rottura del magma e del comportamento alla frammentazione

Gli studi numerici sono indirizzati alla simulazione delle dinamiche multifase di risalita, degassamento, frammentazione, accelerazione, e dispersione dei magmi nell´atmosfera e lungo flussi piroclastici.

TASK 3.2: Simulazione numerica del processo di dispersione gas/piroclasti e della dinamica dei flussi piroclastici

- Collaboratori: Paolo Papale, Tomaso Esposti Ongaro, Andrea Di Muro, Dimitri Gidaspow, Mauro Rosi

Il prodotto finale della presente ricerca è rappresentato dalla definizione quantitativa di scenari eruttivi ai Campi Flegrei, con particolare enfasi alla descrizione dell´eruzione di Agnano Monte Spina che rappresenta l´Evento Massimo Atteso nell´area. Tale prodotto costituirà una base per la definizione quantitativa della pericolosità vulcanica ai Campi Flegrei, e un riferimento per la valutazione del rischio vulcanico.

TASK 1.1 - Selezione di livelli stratigrafici di maggiore interesse per il progetto, ricostruzione della loro stratigrafia e dispersione, e campionamento

Stratigrafia, granulometria, distribuzione dei componenti e campionamento delle eruzioni di Agnano Monte Spina e dell´Ignimbrite Campana; inizio delle ricerche sull´eruzione di Monte Nuovo, e campionamento preliminare delle eruzioni di Monte Nuovo e di Astroni.

Durante una prima campagna di studio, sono state identificate le fasi eruttive (corrispondenti ai membri B e D, de Vita et al. 1999) giudicate di maggiore interesse per il progetto. Sono stati campionati sia clasti juvenili che livelli di tephra per le analisi all´interno dei tasks 1 e 2.

Nel corso di una campagna di terreno svolta insieme ai responsabili del progetto GNV n. 16, è stato raggiunto un sostanziale accordo sulla successione stratigrafica generale e la sequenza delle fasi principali che hanno caratterizzato l´eruzione. Di conseguenza, è stato deciso di utilizzare la nomenclatura dei livelli eruttivi già pubblicata, e di raggruppare tali livelli una Unità Inferiori (membri A-C), Unità Intermedie (membro D), e Unità Superiori (membri E-F), sulla base delle principali fasi di quiescenza dell´attività eruttiva.

In due ulteriori campagne di terreno, i seguenti argomenti sono stati identificati per ulteriori e più approfondite indagini.

La dispersione dei livelli di ricaduta accumulatisi durante le fasi eruttive B1 e D1 è stata studiata dai ricercatori di entrambi i progetti 16 e 17, con lo scopo di ricostruire le altezze delle colonne eruttive e i flussi di massa associati. L´applicazione del metodo di Carey e Sparks (1986) alle isoplete dei litici produce altezze di 20 e 22 km per le fasi B1 e D1, rispettivamente. I flussi di massa associati risultano uguali a 2.5 - 2.8x10⁷e 4.2 - 5.0x10⁷ kg/s. Il secondo range di valori va considerato come una stima minima per la fase D1, in quanto durante tale fase si sono verificati collassi parziali di colonna. Le altezze della colonna ottenute da de Vita et al. (1999) risultano maggiori del 15-20%, a causa del diverso metodo utilizzato (Pyle 1989). L´uso contemporaneo dei metodi di Carey e Sparks (1986) e Wilson e Walker (1987), e le incertezze relative alla ricostruzione dell´altezza della colonna eruttiva, permettono la ricostruzione di un range di flusso di massa ritenuto possibile per ciascuna fase eruttiva considerata: fase B1: 2.5 x 10⁷ – 10⁸ kg/s; fase D1: 4 x 10⁷ – 1.8 x 10⁸ kg/s. Questi range sono utilizzati all´interno degli studi numerici, tasks 3.

Sia la larghezza dell´area di dispersione che la granulometria del livello basale di ricaduta A1 suggeriscono un´origine da una colonna eruttiva più alta di quella ricostruita da de Vita et al. (1999) (5 km). Di conseguenza, verranno ricostruite nuove isoplete di questo livello, al fine di quantificare il livello di massa durante la fase iniziale dell´eruzione.

Dati preliminari sui membri B e D sembrano suggerire l´esistenza di due fasi principali di messa in posto di tipi diversi di flussi piroclastici, ciascuno associato a una propria dinamica eruttiva.

I flussi piroclastici prodotti durante una prima fase non sembrano coesistere con una colonna convettiva sostenuta in grado di disperdere clasti litici o pomicei di dimensioni centimetriche. Nei depositi relativi, la granulometria fine e le evidenze di condensazione di vapore (lapilli accrezionari) appaiono testimoniare un´origine da attività esplosiva di tipo freatomagmatico.

I flussi piroclastici messisi in posto durante una successiva fase eruttiva appaiono contemporanei alla presenza di una colonna convettiva sub-pliniana. Almeno nelle fasi iniziali, i depositi non mostrano alcuna evidenza di condensazione di vapore. La presenza di fango interstiziale nella parte finale del deposito di ricaduta appare connessa ad una interazione tra i flussi piroclastici e l´acqua del mare, piuttosto che ad attività freatomagmatica.

All´interno dei membri A ed E sono stati identificati livelli cineritici con diverse caratteristiche di dispersione (NE e N-NE) e che includono le città di Napoli e Aversa. L´interpretazione di tali livelli (de Vita et al. 1999) come depositi prodotti da correnti piroclastiche (surge) sembra per il momento questionabile sulla base dei dati sedimentologici.

Intendiamo quindi condurre uno studio di dettaglio di questi livelli, che riteniamo invece potersi essere prodotti come ricaduta di cenere da plumes convettivi.

Durante una prima indagine di terreno, sono stati campionati i depositi di ricaduta distali per le analisi di laboratorio ai tasks 1 e 2.

Durante il quarto periodo di indagini di terreno, le caratteristiche macroscopiche dei prodotti della fase finale dell´eruzione (terza e quarta fase, Di Vito et al. 1987) sono state investigate.

Le caratteristiche dei componenti juvenili di entrambe le fasi considerate sembrano molto simili, e non appaiono compatibili con una origine da attività di tipo stromboliano come descritto in letteratura. Appare invece più probabile una origine connessa alla messa in posto e frammentazione di un duomo di lava di piccolo volume. E´ importante tenere conto del fatto che la maggior parte delle vittime si ebbero durante tali fasi eruttive.

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Analisi di campioni delle eruzioni dell´Ignimbrite Campana e di Agnano Monte Spina; selezione di campioni per studi di inclusioni fluide

Gli studi si sono concentrati sull´eruzione di Agnano Monte Spina, per la quale abbiamo riorganizzato i dati petrochimici dalla letteratura, oltre che quelli ottenuti in passato da Bertagnini A., Landi P. and Rosi M. di Pisa, abbiamo rivisitato i più importanti affioramenti, raccolto nuovi campioni e condotto studi specifici di tipo geochimico e mineralogico. I campioni sono stati raccolti nella sezione-tipo selezionata come rappresentativa della stratigrafia dell´eruzione (vd task 1.1), dove tre principali membri di ricaduta (Inferiori, Intermedi, e Superiori) affiorano. In particolare, la nostra attenzione si è concentrata sui livelli di ricaduta B1 e D1, che appartengono alle unità Inferiori e Intermedie, rispettivamente.

Tutti i prodotti eruttati durante l´eruzione di AMS hanno una composizione di tipo trachitico evoluto, al limite tra trachiti e alcali-trachiti.

Il membro Inferiore (che comprende il livello B1) ha una composizione leggermente più evoluta rispetto ai membri Intermedio (che comprende il livello D1) e Superiore.

Le fasi minerali consistono di feldspati, sia sanidino che plagioclaso, pirosseno, biotite, e minori ossidi. Il contenuto in cristalli varia dall´8% in peso (alla base) fino all´11% in peso (at tetto) nel livello B1, ed è compreso tra il 9 e 10% in peso nel livello D1. Tra i membri Inferiore e Intermedio si assiste ad una repentina variazione nel contenuto in minerali femici e felsici (libello B1: felsdpati 67% in peso, femici 32% in peso, aggregati di cristalli 1% in peso; livello D1: feldspati 35% in peso, femici 65% in peso, aggregati di cristalli 1% in peso). Tali dati, relativi alla quantità e distribuzione dei minerali nei livelli B1 e D1, sono stati utilizzati all´interno delle simulazioni numeriche ai task 3.

I prodotti chimicamente più evoluti dell´eruzione di AMS non sono rappresentati nella sezione tipo. Essi consistono di clasti pomicei che formano depositi di flusso piroclastico nella sequenza di Cavone degli Sbirri, lungo il bordo della caldera.

Tre gruppi di campioni di pomici (provenienti dai livelli B1 e D1, e dal flusso piroclastico di Cavone degli Sbirri) sono stati selezionati per gli studi composizionali sui minerali e sulle matrici vetrose.

· il feldspato potassico ha una composizione alquanto omogenea in tutti i campioni, variando da Or70 a Or80 con BaO da < 0.5 a 2.2% in peso;

· i cristalli di plagioclasio delle pomici di D1 hanno composizioni An70 - An80, sono cribrati con larghe inclusioni vetrose e spesso presentano bordi fortemente arrotondati. I plagioclasi del magma piu´ evoluto hanno normalmente larghi nuclei riassorbiti, identici in composizione ed aspetto ai plagioclasi del livello D1, e bordi privi di inclusioni, a composizione piu´ sodica (An45 -An70) che crescono in equilibrio con la pasta di fondo.

· la matrice vetrosa ha composizione alcali-trachitica e sostanzialmente rimane invariata nei diversi campioni. Il diverso colore dei frammenti pomicei, da grigio scuro a grigio chiaro/avana, differenza evidente in particolare in D1, sembra dipendere soltanto dal diverso tipo di vescicolarità (vd task 2.6).

· Sulla base del geotermometro K-feldspato/plagioclasio di Fuhrman e Lindsley (1988) è stata determinata una temperatura di ~830 °C per il magma piu´ evoluto e ~890°C per il magma meno evoluto.

Le caratteristiche strutturali e composizionali del plagioclasio suggeriscono una storia evolutiva piuttosto complessa dei magmi emessi durante l´eruzione di AMS. Le strutture cribrate ed i bordi arrotondati sono indicativi di eventi petrogenetici che destabilizzano questa fase minerale, quali mescolamento con magmi più caldi che possono alimentare dal basso il serbatoio magmatico superficiale, mescolamento con magmi più ricchi in volatili (vedi task 2.3) e/o fluidi ricchi in H₂O. Un altro dato che può dare indicazioni sulla storia evolutiva della camera magmatica è il riconoscimento di plagioclasio all´equilibrio più sodico nel magma più evoluto, ed il differente rapporto femici/sialici tra i magmi più e meno evoluti, associati a matrici vetrose a composizione praticamente costante.

Per chiarire questi aspetti è in corso uno studio morfologico e composizionale dei fenocristalli di plagioclasio separati dai campioni di riferimento.

TASK 2.2 - Determinazione della viscosità di magmi

In questo primo anno di attivita´ e´ stata determinata la viscosita´ anidra e idrata di alcune eruzioni del sistema dei Campi Flegrei al fine di migliorare le nostre conoscenze sull´attivita´ storica di tale sistema vulcanico e sulle possibili relazioni tra l´attivita´ passata e una possibile ripresa di tale vulcanismo. Il questa fase della ricerca si sono determinate le proprieta´ reologiche dei prodotti delle eruzioni di Agnano Monte Spina (4400 BC) e dell´Ignimbrite Campana. Per l´eruzione di Agnano Monte Spina, le equazioni ricavate dalla parametrizzazione dei risultati sperimentali sono state utilizzate nelle simulazioni numeriche dell´attivita´ eruttiva di tale sistema (Task 3.1).

Campioni pomicei sono stati campionati dagli strati di ricaduta che coincidono con la fase di flusso massimo dell´eruzione pliniana per l´eruzione di Agnano Monte Spina, (AMS, livelli B1 e D1), e per l´ignimbrite campana. I vetri sono stati separati dai campioni grossolanamente macinati tramite tecniche densimetriche e elettromagnetiche. I campioni sono stati poi portati a fusione a 1 atm e T = 1400-1650 °C. La viscosita´ anidra ad alta temperatura e´ stata determinata tramite il viscosimetro a cilindri concentrici in un intervallo di temperatura tra 1500 e 1150 °C e per un intervallo di viscosita´ (Pa s) da 2.37 to 4.80 secondo il metodo di Dingwell e Virgo (1988). La composizione dei vetri di partenza e´ stata analizzata tramite microsonda elettronica. Le sintesi dei campioni idrati sono state effettuate nel pistone cilindro. Per ciascuna composizione sono stati effettuati dai tre ai cinque esperimenti a diversi tenori in acqua (H₂O = 0.72 to 3.78 wt%) a T = 1600 °C e P = 10 kbar. I prodotti sperimentali sono stati poi preparati per la misura della viscosita´ idrata a bassa temperatura tramite il viscosimetro a micropenetrazione e per la misura del tenore in acqua tramite KFT e FTIR. Dettagli sperimentali riguardanti la tecnica di micropenetrazione sono riportati in Hess et al. (1995) e Dingwell et al. (1996). Le misure sono state effettuate in un intervallo di viscosita´ tra 10^8.45 to 10^11.29 Pa s, e in un intervallo di temperatura tra 684 e 814 °C. Il tenore totale in acqua e l´omogeneita´ dei campioni sono state determinate tramite FTIR e KFT. Per queste determinazioni si e´ resa anche necessaria la misura dello spessore e della densita´ di ciascun campione. Per I campioni dell´ignimbrite campana e´ stato effettuato un numero elevato di sintesi (12) allo scopo di determinare la viscosita´ anidra e idrata di tali campioni e contemporaneamente allo scopo di determinare i coefficienti di estinzione per la calibrazione dell´IR. I coefficienti di estinzione per composizioni trachitiche non sono infatti disponibili in letteratura ma sono essenziali per la determinazione del tenore assoluto di acqua sia nei campioni in studio sia per ogni altro campione di simile composizione.

La viscosita´ in funzione del tenore in acqua e´ riportata in Fig. 1 insieme a dati di letteratura (Whittington et al., 2001; Romano et al., 2001; Giordano et al., 2001; Hess and Dingwell, 1996). Come si puo´ vedere dall´esame della Fig. 1, la presenza di acqua comporta una diminuzione complessiva della viscosita´ di tutti i magma, in buon accordo con l´andamento osservato per un grande varieta´ di campioni sia naturali che sintetici (Schulze et al., 1996; Dingwell et al., 1996; Hess et al., 1996; Holtz et al., 1999; Romano et al., 2000; Giordano et al., 2000; Whittington et al., 2001). Le viscosita´ anidre e idrate sono state parametrizzate con una equazione del tipo TVF modificata (Giordano et al. (2000)):

dove h e´ la viscosita´, a1, a2, b1, b2, c1, c2, sono i parametri del fit, wH2O e´ la concentrazione dell´acqua in peso percento e T e´ la temperatura assoluta. Dall´esame della Fig. 1 si osservano tre andamenti distinti, rispettivamente per i liquidi riolitici, trachitici e fonolitici.

Si e´ individuata una correlazione lineare tra il rapporto (Na+K+H)/(Si+Al) e la viscosita´ a bassa temperatura per tutti i liquidi presi in esame. L´individuazione di tre andamenti separati e di una dipendenza definita della viscosita´ con la composizione del magma e´ un risultato sperimentale molto importante perche´ permette di semplificare la modellizzazione dei risultati e l´individuazione di una legge generale che permetta di predirre la viscosita´ di fusi a composizione nota. L´equazione 1 e´ stata utilizzata all´interno delle simulazioni numeriche della risalita e frammentazione del magma (Task 3.1).

E´ stato inoltre effettuato uno studio complementare sul contenuto originario di acqua dei magmi di AMS, basato sulle misure composizionali in inclusioni fluide all´interno dei cristalli. I risultati preliminari mostrano quantità di acqua disciolta in inclusioni vetrose all´interno di cristalli di pirosseno e plagioclasio fino al 3 – 3.5% in peso. Questo risultato è consistente a quello di analisi simili condotte all´interno del task 2.3, e suggerisce un limite inferiore per la quantità di acqua nel magma da utilizzare all´interno delle simulazioni numeriche ai task 3.

Dingwell, D.B. and Virgo, D. (1988) Melt viscosities in the Na2O-FeO-Fe2O3-SiO2 system and factors controlling the relative viscosities of fully polymerized silicate melts. Geochimica et Cosmochimica Acta 52, 395-403.

Dingwell, D.B., Romano, C., Hess, K.U., (1996) The effect of water on the viscosity of a haplogranitic melt under P-T-X conditions relevant to silicic volcanism. Contrib.to Mineral. and Petrol. 124, 19-28.

Giordano D., Dingwell D.B. and Romano C. (2001) “Viscosity of a Teide phonolite in the welding interval. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 103, 239-245.

Hess, K.U., Dingwell, D.B., Webb, S.L., (1995) The influence of excess alkalis on the viscosity of a haplogranitic melt. Am. Mineral. 80, 297-304.

Hess, K.U. Dingwell, D.B., (1996) Viscosities of hydrous leucogranitic melts: A non-Arrhenian model. Am. Mineral. 81, 1297-1300.

Holtz, F., Roux, J., Ohlhorst, S., Behrens, H., Shulze, F., (1999) The effects of silica and water on the viscosity of hydrous quartzofeldspathic melts. American Mineralogist 84, 27-36.

Romano, C., Hess, K.U., Mincione, V., Poe, B., Dingwell, D.B., (2001) The viscosities of hydrous XAlSi3O8 (X=Li, Na, K, Ca0.5, Mg0.5) melts. Chemical Geology, in press.

Romano, C., Giordano, D., Papale, P., Mincione, V., Dingwell, D.B., Rosi, M. “Anhydrous and hydrous viscosities of alkaline melts from Vesuvius and Phlegrean Fields “ Submitted to Earth Planet. Sci. Lett.

Schulze, F., Behrens, H., Holtz, F., Roux, J., Johannes, W., (1996) “The influence of H2O on the viscosity of a haplogranitic melt” American Mineralogist 81, 1155-1165.

Whittington, A., Richet, P., Linard, Y., Holtz, F., (2001) The viscosity of hydrous phonolites and trachytes. Chemical geology 174, 1-3 209-223.

Romano, C., Giordano, D., Papale, P., Mincione, V., Dingwell, D.B., Rosi, M., Anhydrous and hydrous viscosities of alkaline melts from Vesuvius and Phlegrean Fields. Submitted to Earth Planet. Sci. Lett.

Giordano D., Romano C., Papale P., Hess K.U., Dingwell D.B. “Influence of water on the viscosity of magmas from Vesuvius and Phlegrean Fields volcanic systems”. EMPG Bergamo, 16-19/4/00 Journal of Conference Abstracts

Papale, P., Dingwell, D.B., Romano, C., Rosi, M., Rutheford, M.J. Possible volcanic scenarios at Phlegrean Fields, based on reconstruction and numerical modeling of the 4100 BP Agnano Monte Spina eruption" EGS Marzo 2001.

Romano, C., Giordano, D., Papale, P., Mincione, V., Dingwell, D.B., Rosi, M. "Rheological measurements and modeling of Phlegrean Fields eruptive events" EGS Marzo 2001.

Giordano D., Dingwell D.B, Romano C., Rosi M. “Further progress in phlegrean fields magma rheology”. EGS Marzo 2001.

Analisi dei fenocristalli e delle inclusioni fluide nei campioni di Agnano Monte Spina, e esperimenti di equilibrio per tali campioni; determinazione della profondità, temperatura, e contenuto in volatili nella regione pre-eruttiva di accumulo del magma.

Il livello di ricaduta pliniano D1 (vd task 1.1) è stato caratterizzato attraverso esperimenti di equilibrio tra le fasi. Quarantaquattro esperimenti in condizioni di saturazione d´acqua sono stati effettuati usando campioni naturali in TZM and Rene “pressure vessels”. Al fine di riprodurre l´assemblaggio naturale di fenocristalli di pirosseno, flogopite, plagioclasio, e K-feldspato sono necessarie pressioni maggiori di 100 MPa (1 kbar) e temperature comprese tra 810 e 850 ^oC (Fig. 1). A temperature minori l´orneblenda diviene parte dell´assemblaggio stabile di minerali. A temperature maggiori il K-feldspato sparisce dall´assemblaggio stabile.

La pressione nella regione di stoccaggio del magma viene ritenuta essere stata maggiore di 1 kbar. Sebbene non ancora confermato sperimentalmente, ci si aspetta che la leucite faccia la sua comparsa tra i minerali in cristallizzazione a pressioni minori.

Campioni provenienti dal livello B1 sono stati caratterizzati attraverso ulteriori tredici esperimenti. Questi esperimenti indicano che gli equilibri di fase determinati per il livello D1 sono direttamente applicabili al livello B1; non ci sono infatti differenze significative negli equilibri di fase per i due magmi.

L´utilizzo del metodo magnetite-ilmenite per la determinazione della fugacità di ossigeno dei campioni dell´eruzione di Agnano Monte Spina non è stato possibile, in quanto solo un ossido di Fe-Ti è presente nei campioni. Diversamente, la fugacità di ossigeno è stata stimata usando il metodo “wet chemical” (vd per esempio Baker e Rutherford 1996).

Un rapporto FeO/FeO* uguale a 0.85 è stato determinato per un vetro separato dai campioni provenienti dal livello D1. Tale rapporto è stato combinato con la stima di temperatura ottenuta dagli equilibri di fase per determinare un valore di log fO₂ di -15.17 a 830 ^oC (Sack et al., 1980). Tale valore corrisponde approssimativamente a una unità logaritmica al di sotto del tampone QFM. Tale stima di fO₂ si è rivelata minore di quanto inizialmente supposto. Quindi, è stato preparato un separato costituito da minerale di flogopite per controllare la stima fatta. Il rapporto Fe₂O₃/FeO* è risultato uguale a 0.16 per la flogopite. Sebbene le relazioni tra ferro ferrico e ferroso nella flogopito e fugacità di ossigeno siamo complesse, i dati suggeriscono una fugacità di ossigeno minore di quella corrispondente al tampone NNO (Righter and Carmichael, 1996).

Sono stati preparati dei campioni arricchiti in fenocristalli del livello D1, e sono state condotte analisi preliminari della quantità di volatili nelle inclusioni fluide di tali minerali. Il contenuto in acqua nel liquido intrappolato in cristalli di pirosseno risulta essere circa uguale al 3.5% in peso, suggerendo che la pressione d´acqua possa essere stata intorno ai 650 bars. Le inclusioni fluide nel pirosseno e in altri minerali sono attualmente in fase di analisi attraverso FTIR per definire il contenuto in volatili del magma e le sue variazioni nel tempo.

I risultati sperimentali ottenuti danno indicazioni sulle condizioni pre-eruttive nella camera magmatica di Agnano Monte Spina. La temperatura era di 830 +/- 20^oC, la pressione maggiore di 1 kbar, e la fugacità di ossigeno vicino al tampone QFM. Questi valori vengono direttamente utilizzati all´interno delle simulazioni numeriche ai tasks 3, e forniscono una idea delle possibili condizioni attuali del magma nella camera magmatica dei Campi Flegrei, nell´assunzione che tali condizioni non siano cambiate drasticamente nel corso degli ultimi 4000 anni. A questo proposito, sarà di grande importanza lo studio delle condizioni corrispondenti al magma emesso durante l´eruzione di Monte Nuovo (AD 1538).

Roach, A.L. and Rutherford, M.., 2000, Petrography and Experimentally Determined Phase Equilibria of the Agnano Monte Spina Eruption, Phlegrean Fields, Italy: Eos, v. 81, no. 48, p. F1253.

Roach, A. and Rutherford, M.., 2001, Eruptions of Mixed Magma at the Phlegrean Fields, Italy: Significance for the Homogenization of Magma Chambers: presented at Penrose Conference on Long-Lived Silicic Magma Systems.

Figura 1. Diagramma pressione-temperatura per il magma trachitico preveniente dal livello D1 dell´eruzione di Agnano Monte Spina, in condizioni di saturazione d´acqua. I simboli triangolari denotano le condizioni sperimentali, e puntano nella direzione di approccio delle condizioni finali dell´esperimento. La presenza di K-feldspato e l´assenza di orneblenda nell´assemblaggio naturale di fenocristalli suggeriscono che la temperatura pre-eruttiva nella camera magmatica fosse compresa tra 810 e 850 ^oC.

TASK 2.4 - Determinazioni sperimentali del carico di rottura e del comportamento alla frammentazione del magma

Parametrizzazione del carico di rottura dinamico tensile dei magmi in funzione della pressione e temperatura di frammentazione, e tasso di depressurizzazione.

Quindici chilogrammi di pomici dell´eruzione di Agnano Monte Spina, provenienti dalla cava (22: N40.50.581/E014.10.476) sono stati campionati e preparati per gli esperimenti di frammentazione con la “bomba di frammentazione” presso l´Università Ludwig Maximillians di Monaco.

La preparazione di campioni cilindrici attraverso l´utilizzo di un carotatore con punte diamantate (diametro: 26 - 60 mm, altezza: 60 mm) è stata resa possibile dalla grande dimensione dei campioni nel deposito. La presenza di fratture di raffreddamento e di vescicole di dimensioni fino a 3-4 cm hanno complicato le operazioni di carotamento; tuttavia, la qualità e precisione dei campioni ottenuti si è rivelata inaspettatamente elevata.

La densità dei campioni cilindrici di pomice è stata sia calcolata attraverso misure di peso e volume, sia misurata attraverso l´utilizzo di un picnometro a elio (Micromeritics Accupyc 1330). Le densità calcolate cadono nell´intervallo 0.43 – 0.77 g/cm³, mentre quelle misurate col picnometro a elio cadono nell´intervallo 1.96 – 2.35 g/cm³. La porosità (vescicole intercomunicanti) risulta quindi essere compresa tra 66 e 81 vol%, alla quale si sommano 0.2 – 17 vol% di vescicole chiuse. La porosità totale varia tra il 70 e l´86 vol%.

Le vescicole di maggiori dimensioni sono interpretate come il risultato di una frammentazione, ad uno stadio tardivo, di cristalli contenenti inclusioni fluide con elevata percentuale di acqua. Il meccanismo che determina la frammentazione dei cristalli necessita di studi approfonditi. Una prima teoria combina l´elevata pressione interna delle inclusioni fluide con la propagazione di un´onda di decompressione o un´onda di shock (in seguito a interazione magma-acqua) attraverso il sistema. Una frammentazione di cristalli in una fase tardiva dell´eruzione spiega perchè le vescicole di grandi dimensioni (> 15 mm) non sono allungate. Frammenti di cristalli si ritrovano localizzati come “clusters” su una delle pareti delle vescicole; in altri casi, i cristalli sembrano essere “esplosi”, con i frammenti concentrati lungo tutte le pareti delle vescicole.

Un primo set di esperimenti, durante i quali è stata analizzata la velocità di propagazione dell´onda di frammentazione, è stato completato.

Le caratteristiche tessiturali dei campioni analizzati mostrano un´ampia variabilità. Sono state analizzate pomici caratterizzate sia da vescicole fortemente allungate, del tipo delle pomici tubulari, sia pomici dominate da vescicole subsferiche. La permeabilità di tutti i campioni lungo la loro intera lunghezza appare sempre molto elevata, per cui le condizioni sperimentali non coincidono esattamente con quelle presenti nel magma all´interno del condotto vulcanico. Di conseguenza, il flusso di gas attraverso le vescicole dei campioni analizzati potrebbe essere risultato un fattore controllante lo scenario sperimentale, mentre nella situazione naturale la trasmissione di energia dalla fase gassosa al resto del magma potrebbe essere avvenuta ad una scala più granede di quella sperimentale. Al fine di riprodurre in maniera più adeguata le condizioni naturali, si è quindi disegnata una nuova configurazione sperimentale che permette l´utilizzo di campioni di dimensioni maggiori, fino a 10 – 15 cm di lunghezza. In ogni caso, misure di permeabilità della pomice sono ritenute necessarie al fine di comprendere la distribuzione locale della pressione immediatamente al di sotto dell´onda di frammentazione, e lo spessore dello strato in frammentazione.

I risultati mostrano che i campioni di pomice analizzati e provenienti dai Campi Flegrei necessitano di differenze di pressione molto elevate al fine di frammentare. La soglia comunemente misurata per le pomici riolitiche provenienti da Santorini è di 3 – 4 MPa. Nel caso dei Campi Flegrei, le soglie richieste risultano di 9 – 10 MPa, e anche in tali casi si osserva solo una parziale frammentazione del campione.

Si è misurata la velocità di propagazione dell´onda di frammentazione in esperimenti con differenze di pressione fino a 30 MPa. Tali velocità risultano essere di 100 – 110 m/s a 20 MPa e 250 – 300 m/s a 30 MPa, queste ultime corrispondenti alle più elevate velocità di frammentazione mai misurate fino ad oggi in esperimenti condotti con la bomba di frammentazione. Tuttavia, ci si attende una riduzione di tali velocità con l´utilizzo di campioni di maggiore lunghezza.

E´ stata inoltre testata una ulteriore modifica introdotta alla bomba di frammentazione. Durante le intense discussioni nei mesi passati, è emersa la necessità di controllare il tasso di flusso in prossimità della depressurizzazione iniziale del sistema, problema che è in via di risoluzione attraverso l´aggiunta di un sistema di filtri lungo la traiettoria delle particelle frammentate. I dati ottenuti in questo modo saranno direttamente utilizzabili e/o confrontabili con quelli ottenuti dalle simulazioni numeriche di risalita e frammentazione del magma al task 3.1. L´analisi delle particelle derivanti da tale nuovo apparato sperimentale è tuttavia impossibile, a causa della frammentazione secondaria introdotta dalla collisione delle particelle contro i setacci.

TASK 2.5 - Determinazione della diffusività dei volatili

Preparazione dei materiali di partenza (campioni anidri e campioni saturi in H₂O-CO₂); esperimenti di diffusione dell´acqua a pressione costante e diverse temperature; analisi dei prodotti sperimentali; determinazione dei coefficienti di diffusione.

Come indicato negli obiettivi, il primo anno di ricerca è stato dedicato ai seguenti punti.

Il materiale di partenza per gli esperimenti di diffusione è lo stesso utilizzato per le misure di viscosità (campione AMS59, livello “E” del deposito di Agnano-Monte Spina,). Il vetro anidro è stato prodotto fondendo la matrice vetrosa, a composizione trachitica, del campione AMS59 a 1 atm e 1400-1650 °C. La porzione idrata è stata ottenuta aggiungendo ~10% di H₂O alla polvere e sottoponendo la stessa ad ulteriore fusione a 1250 °C, 1.5 GPa per 1 ora. Oltre alla polvere, con lo stesso procedimento, sono state idratate anche delle carote di dimensioni tali da poter essere introdotte in capsule di 3 mm di diametro.

Esperimenti di diffusione accoppiata sono stati condotti presso il Department of Earth and Planetary Sciences della McGill University in collaborazione con il Prof. Don R. Baker utilizzando il Pistone cilindro. Gli esperimenti sono stati effettuati secondo la tecnica della diffusione accoppiata ad una pressione di 1.0 GPa e temperature e durate variabili tra 1100 e 1400 °C e tra 0 e 1800 s, rispettivamente. Uno degli obiettivi della ricerca è stato anche individuare una tecnica di preparazione dei campioni che riducesse al minimo la deformazione e la fatturazione del campione stesso. I migliori risultati li abbiamo ottenuti utilizzando un metodo che prevede di accoppiare in una capsula di Pt lunga 9 mm e con un diametro di 3 mm polvere idrata (~9 mg) e un cilindretto di vetro anidro; la capsula viene quindi saldata e posizionata orizzontalmente in un assembly costituito da NaCl-pyrex-grafite-pirofillite-alumina.

I prodotti ottenuti dagli esperimenti di diffusione sono stati sezionati perpendicolarmente alla superficie di contatto tra porzione idrata ed anidra in modo da esporre una superficie in cui fosse analizzabile il profilo di concentrazione completo. I campioni sono stati quindi ridotti in fettine sottili circa 200 mm. I profili di concentrazione di H₂O molecolare e di OH sono stati determinati tramite spettri infrarosso misurati con uno Spettrofotometro Nicolet Fourier Transform (Nicolet Magna 760) nella regione NIR (2500-8000 cm^-1), usando una sorgente a W, un beamsplitter di CaF₂ e un detector MCT presso il Dipartimento di Scienze Geologiche (Università di Roma Tre). Le concentrazioni di H₂O molecolare e di OH sono state determinate dalle altezze dei picchi delle bande di assorbanza a 5230 cm^-1 e a 4500 cm^-1 rispettivamente usando la legge di Beer-Lambert:

dove A=assorbanza (altezza o area del picco), pm=peso molecolare di H₂O o OH, r=densità del campione, t=spessore del campione, e=coefficiente di estinzione che dipende dalla composizione chimica del campione. La determinazione del coefficiente di estinzione per una composizione chimica simile a quella in studio è in corso (Task 2.2). I profili di concentrazione di acqua totale (figura 1) si riferiscono alla somma della concentrazione di H₂O_mol e OH ottenuta utilizzando il coefficiente di estinzione misurato da Carrol e Blank (1997) per una composizione fonolitica e vanno considerati preliminari.

Non appena sarà disponibile il coefficiente di estinzione adatto alla composizione in studio si procederà di nuovo al calcolo della concentrazione di acqua lungo i profili di diffusione utilizzando la legge di Beer-Lambert. Quindi calcoleremo la diffusività dell´acqua lungo le traverse analitiche utilizzando la tecnica di Boltzmann-Matano (Crank, 1975). Il calcolo della diffusività dell´acqua usando le traverse analitiche preliminari di figura 1 ha messo in evidenza che la diffusività di questa specie in fusi rachitici è più efficiente che nei fusi riolitici. Questa conclusione potrebbe avere importanti ripercussioni nei modelli di vescicolazione dei magmi alcalino-potassici.

Freda C., Baker D.R., Romano C., and Scarlato P., “Water diffusion in natural potassic melts”. Per inclusione all´interno di: Geological Society of London Special Publication Volume “Volcanic Degassing”, in preparazione.

Freda C., Baker D.R., Romano C., and Scarlato P., “Water diffusion in natural potassic melts.” Peter Francis memorial meeting on Volcanic Degassing” (London, October 2001)

TASK 2.6 - Caratterizzazione tessiturale dei piroclasti

Studio di campioni provenienti dall´eruzione dell´Ignimbrite Campana e, fino ad un livello avanzato, di Agnano Monte Spina

Abbiamo condotto uno studio tessiturale di dettaglio sia alla scala macroscopica che microscopica sulle pomici del deposito di caduta di CI (completata) e sui livelli B1 e D1 del deposito di caduta di AMS (in via di completamento). Abbiamo trovato che la frazione juvenile di entrambe le eruzioni può essere suddivisa in almeno 3 categorie “end-member”: 1) pomici microvescicolate, equidimensionali, di forma angolosa, da moderatamente a mediamente vescicolate con vescicole eterogenee, 2) pomici tubulari, da dense a vescicolate con vario grado di allungamento e deformazione delle vescicole, e 3) pomici espanse, che, a seconda delle caratteristiche dell´eruzione (composizione del liquido, contenuto in cristalli ecc.) possono variare da pomici fortemente espanse, incluse le cosiddette “reticuliti” siliciche (vescicolarità > 90%), a pomici rigonfiate, con una porzione interna vescicolata e bordi progressivamente più densi. Abbiamo notato una distribuzione verticale delle categorie di pomici di CI: le microvescicolate costituiscono la maggior parte della frazione juvenile del deposito, le tubulari aumentano bruscamente nella parte superiore mentre le reticuliti sono presenti solo nella porzione inferiore. La distribuzione verticale delle pomici di AMS non è stata ancora effettuata, e lo sarà nei prossimi mesi. Comunque, nel deposito di AMS, come in altri depositi piroclastici di grandi eruzioni esplosive (i.e. eruzione del Pinatubo 1991), si è osservato che le pomici microvescicolate rappresentano la maggior parte dello juvenile, seguite dalle tubulari e dalle espanse.

I risultati dell´analisi tessiturale a scala microscopica sui clasti pomicei di CI sono inclusi nel FIRST MID-YEAR REPORT January 2001 (per maggiori dettagli riferirsi a questo) e sono qui brevemente riassunti. Lo studio in backscattering effettuato con il microscopio elettronico a scansione (SEM) ha messo in luce eterogeneità tessiturali piuttosto marcate tra la diverse tipologie di pomici esaminate e all´interno di ciascun singolo clasto. In particolare, le pomici microvescicolate mostrano aree con vescicole caratterizzate da deformazione e coalescenza accanto a aree con vescicole sub-sferiche a distanze dell´ordine delle decine di microns. Lo studio microtessiturale condotto sulle pomici di AMS presenta la stessa variabilità tessiturale testè descritta. La Fig. 1 mostra immagini in bascattering della frazione juvenile di AMS acquisite con il SEM: a) pomice microvescicolata con presenza di popolazioni eterogenee di vescicole, b) tipica pomice tubulare con vescicole stirate/deformate allineate secondo una direzione preferenziale, c) zona vescicolata e d) zona densa di pomice espansa.

La vescicolarità misurata varia da 0.50 a 0.88 (con una media di 0.71), dato che riflette l´eterogeneo contenuto di vescicole delle diverse tipologie di pomici e fornisce un legame con osservazioni fatte alla scala macroscopica. La densità numerica delle vescicole in pasta di fondo varia da 3.3 a 14.2x10⁵cm^-2 con un valore medio di 7.4x10⁵ cm^-2, molto più alta di quella di CI con un valore medio di 2.5x10⁵ cm^-2. Questo valore di densità numerica concorda con il piccolo diametro medio delle vescicole in pasta di fondo di 7.2 µm, e potrebbe testimoniare un basso grado di coalescenza delle vescicole stesse rispetto a CI o altre eruzioni esplosive. Comunque la maggior parte dei parametri tessiturali sono stati misurati su pomici del livello di caduta B1, e necessitano di essere verificati anche sui prodotti del livello D1. Questa ricerca è adesso in corso e sarà completata nel giro di un paio di mesi.

Pensiamo che le eterogeneità tessiturali trovate nelle diverse tipologie di pomici sia nel deposito di caduta di CI che di AMS, in corrispondenza di tutti gli orizzonti stratigrafici, possano essere prodotte dalla presenza di gradienti orizzontali delle proprietà del magma all´interno del condotto. Questi gradienti sono responsabili dell´innesco di processi come dissipazione viscosa alle pareti del condotto, quindi locale incremento di temperatura e diminuzione di viscosità, che, a loro volta, influenzano la distribuzione delle variabili di flusso durante la risalita del magma (Polacci et al 2001).

E´ importante sottolineare che i risultati raggiunti da questo studio durante il primo anno di ricerca indicano che le differenti caratteristiche tessiturali nelle pomici possono riflettersi in diversi stili eruttivi e scenari di hazard.

Figura 1 Immagini al SEM di categorie di pomici AMS. Vedere il testo per ulteriori informazioni. Scala 50 µm per tutte

M. Polacci (2001) Textural characterization of explosive volcanic products: a window to conduit processes. Plinius, special number of Earth and Planetary Science, in stampa.

Polacci, M., and Pioli, L., The texture of pumice from the Campanian Ignimbrite Eruption, Phlegrean Fields, Italy, and implications for magma ascent dynamics. In preparazione per Bull. Volcanol.

M. Polacci (2001) Analisi tessiturale dei prodotti dell´attività vulcanica esplosiva: implicazioni per il processo di risalita dei magmi in condotti eruttivi. Tesi di Dottorato in Scienze della Terra, XII ciclo, Università degli Studi di Pisa

XXVI Assembly of the European Geophysical Society, Nizza, Marzo 26-30 2001: Textural heterogeneities in the fallout deposit of the Campanian Ignimbrite eruption. M. Polacci, L. Pioli and M. Rosi.

Studi di sensitività, e simulazioni preliminari per l´eruzione di Agnano Monte Spina e Ignimbrite Campana

Sono state effettuate circa 60 simulazioni numeriche della dinamica di risalita dei magmi, con dati di input ed equazioni costitutive definite ai task di terreno e di laboratorio 1 e 2. Le simulazioni numeriche si sono indirizzate a i) investigare le caratteristiche peculiari della dinamica delle eruzioni trachitiche rispetto a quelle riolitiche, queste ultime molto meglio note da studi precedenti, ii) effettuare studi di sensitività su quantità di input ed equazioni costitutive, e iii) effettuare simulazioni preliminari della dinamica di risalita per l´eruzione di Agnano Monte Spina, al fine di studiarne le caratteristiche e produrre condizioni all´uscita del condotto eruttivo da utilizzare come condizioni al contorno per le simulazioni della dinamica di dispersione di gas e piroclasti di cui al task 3.2.

In aggiunta, è stato completato uno studio sugli effetti di diverse efficienze di frammentazione e diverse modalità di degassamento della pomice (equilibrio vs. non equilibrio) sulla dinamica di risalita e frammentazione dei magmi. Il nuovo modello ottenuto permette di tenere conto della formazione di diverse proporzioni di pomice, cenere vulcanica, e cristalli liberi in seguito alla frammentazione del magma, ciascuna particella caratterizzata da diverse proprietà fisiche e diverse storie di degassamento. Questo avanzamento nella descrizione della dinamica di risalita dei magmi sarà utile al presente progetto quando all´interno degli studi previsti al task 1.1 verranno prodotti spettri di granulometria e di abbondanza relativa dei componenti nei depositi vulcanici delle eruzioni oggetto di studio. Inoltre, permetterà di porre ulteriori constraints alle possibili dinamiche eruttive sulla base dei risultati degli studi tessiturali condotti ai tasks 2.6 e 2.4.

I magmi trachitici sono caratterizzati da viscosità idrate simili a quelle dei magmi riolitici, come risulta dagli studi sperimentali condotti all´interno del task 2.2. Differenze importanti (ordini di grandezza) compaiono solamente per quantità di acqua disciolta inferiori a circa l´1% in peso. Tuttavia, in tali condizioni i risultati delle simulazioni numeriche mostrano che nel campo delle condizioni eruttive prese in esame il magma è già frammentato. Di conseguenza, le differenze nella viscosità della porzione liquida del magma diventano scarsamente importanti sulla dinamica generale dell´eruzione. Sebbene la viscosità dei magmi riolitici e trachitici sia quindi simile ai fini della dinamica eruttiva generale, le simulazioni numeriche effettuate mostrano viscosità della miscela magmatica al di sotto del livello di frammentazione significativamente maggiori per le rioliti che per le trachiti, a parità di condizioni eruttive in termini di geometria del condotto eruttivo, temperatura del magma, contenuto in cristalli, e contenuto totale di acqua nel magma (Fig. 1b). La ragione sta nel fatto che i magmi trachitici mostrano una solubilità dell´acqua maggiore dei magmi riolitici (Fig. 1c), e di conseguenza, la quantità di acqua trattenuta nel liquido magmatico ad una certa pressione è maggiore per le trachiti che per le rioliti, con un effetto importante sulla riduzione della viscosità del magma. Poichè la frammentazione del magma viene favorita da una più elevata viscosità della miscela magmatica, a uguali condizioni iniziali i magmi trachitici frammentano a profondità significativamente meno elevate dei magmi riolitici (Fig. 1a). Ci si potrebbe aspettare che, essendo uguale ogni altro dato di input, un magma di composizione trachitica debba corrispondere ad un flusso di massa maggiore rispetto ad uno di composizione riolitica, essendo la viscosità della miscela inferiore nella zona ad elevata viscosità al di sotto del livello di frammentazione (Fig. 1b). Al contrario, i risultati numerici mostrano che tali flussi di massa possono essere maggiori o minori di quelli prodotti da composizioni riolitiche (ad uguali altri dati di input), in funzione delle relazioni tra viscosità della miscela magmatica e profondità di frammentazione. Infatti, mentre la minore viscosità del magma trachitico al di sotto del livello di frammentazione tenderebbe a produrre un flusso di massa maggiore, la minore profondità di frammentazione associata fa sì che l´effetto di dissipazione dell´energia meccanica nella regione ad alta viscosità al di sotto della frammentazione si eserciti per un tratto maggiore del condotto eruttivo. A differenza del precedente, questo effetto tende a produrre un flusso di massa minore. La conclusione è che non è possibile stimare a priori se ad eguali condizioni un magma trachitico corrisponda a maggiore o minore flusso di massa (o intensità) dell´eruzione rispetto a uno riolitico, a causa degli effetti non lineari esercitati da viscosità e solubilità dell´acqua sull´intera dinamica eruttiva. Al contrario, ciascun caso deve essere analizzato mediante simulazioni numeriche.

I risultati in Figura 1 mostrano inoltre che per le condizioni specifiche considerate, l´aggiunta di 2% in peso di anidride carbonica al magma trachitico è in grado di produrre una viscosità del magma al di sotto del livello di frammentazione (Fig. 1b) e una profondità di frammentazione (Fig. 1a) simile a quelle che caratterizzano il magma riolitico, a causa dell´importante effetto dell´anidride carbonica di diminuire la quantità di acqua che a ciascuna pressione può essere mantenuta in soluzione nel liquido magmatico (Fig. 1c).

Un set di simulazioni relative al magma trachitico e condizioni simili a quelle ritenute possibili per l´eruzione di Agnano Monte Spina è stato ripetuto due volte, la prima utilizzando la nuova parametrizzazione della viscosità del liquido magmatico ottenuta all´interno degli studi di cui al task 2.2, la seconda utilizzando il modello di Shaw, ampiamente utilizzato in letteratura per calcolare la viscosità dei liquidi magmatici all´interno degli studi numerici di dinamica delle eruzioni. I risultati mostrano che l´utilizzo del modello di Shaw produce importanti errori sulla distribuzione delle quantità di flusso all´interno del condotto vulcanico, e una notevole sottostima (dell´ordine delle centinaia o migliaia di metri) della profondità di frammentazione del magma. Al contrario, le differenze trovate nelle condizioni eruttive calcolate all´uscita del condotto eruttivo sono decisamente meno grandi, sebbene non trascurabili. La ragione appare dovuta al raggiungimento da parte della miscela eruttiva di condizioni di flusso bloccato in corrispondenza dell´uscita del condotto eruttivo. Tale condizione funziona come un tampone per le variazioni possibili nelle condizioni locali di flusso. Al fine di valutare l´importanza di una descrizione accurata della viscosità del liquido magmatico per il calcolo della dinamica delle eruzioni a grande scala, in un caso le simulazioni della dinamica di dispersione di gas e particelle nell´atmosfera e lungo flussi piroclastici al task 3.2 sono state ripetute con condizioni all´uscita del condotto eruttivo sia determinate attraverso la nuova parametrizzazione al task 2.2, sia attraverso il modello di Shaw.

Determinazione delle condizioni all´interno e all´uscita del condotto eruttivo per l´eruzione di Agnano Monte Spina

Un set di 12 simulazioni numeriche è stato effettuato utilizzando dati di input e equazioni costitutive come prodotte dai tasks di terreno e di laboratorio 1 e 2 al fine di riprodurre quanto più accuratamente possibile le condizioni eruttive durante le fasi B1 e D1 dell´eruzione di Agnano Monte Spina. Per ciascuna fase eruttiva sono state ripetute le simulazioni considerando i flussi di massa minimi e massimi stimati attraverso gli studi compiuti all´interno del task 1.1. E´ stato utilizzato un valore della pressione in camera magmatica corrispondente a 100 MPa, considerato un valore minimo sulla base degli studi di petrologia sperimentale al task 2.3. La temperatura del magma è stata scelta uguale a 1100 K per la fase B1, e 1170 K per la fase D1, in accordo ai risultati ottenuti dalla petrologia sperimentale (task 2.3) e dall´applicazione di geotermometri K-feldspato (task 2.1). Per ciascuna fase eruttiva la composizione del liquido magmatico è stata fissata uguale a quella ottenuta dalla massa di fondo delle pomici separata meccanicamente (task 2.2). I due magmi appaiono molto simili, con quello emesso durante la fase B1 leggermente più sodico e meno potassico di quello emesso durante la fase D1. Il contenuto e distribuzione in cristalli per ciascuna fase eruttiva è stato ottenuto sulla base delle determinazioni fatte all´interno del task 2.1. Il contenuto in acqua del magma è stato parametrizzato, ripetendo le simulazioni per contenuti del 2, 4, e 6% in peso. Recenti risultati ottenuti all´interno dei task 2.2 e 2.3 suggeriscono che il contenuto reale di acqua fosse almeno del 3.5% in peso. Le condizioni eruttive calcolate all´uscita del condotto eruttivo, utilizzate per le simulazioni numeriche della dinamica di dispersione gas/particelle all´interno del task 3.2, mostrano i seguenti intervalli: pressione 0.3 – 2.4 MPa, velocità del gas 144 – 245 m/s, velocità delle particelle 125 – 215 m/s, frazione volumetrica del gas 0.96 – 0.99, e densità della miscela eruttiva 35 – 100 kg/m³, con diametri del condotto nell´intervallo 50 – 150 m.

Papale, P. (2001) Dynamics of magma flow in volcanic conduits with variable fragmentation efficiency and nonequilibrium pumice degassing. J. Geophys. Res., 106: 11,043-11,065.

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Papale, P., Dingwell, D.B., Neri, A., Romano, C., Rosi, M. and Rutherford, M.J., Possible volcanic scenarios at Phlegrean Fields, based on reconstruction and numerical modeling of the 4100 BP Agnano Monte Spina eruption. European Geophysical Society, 2001 Meeting (electronic supported abstracts)

Figura 2 Dinamica all´interno del condotto eruttivo per magmi alcalini (trachiti) e calcoalcalini (rioliti). a): distribuzione della frazione in volume del gas e della pressione nondimensionale; b): distribuzione della viscosità della miscela eruttiva; c) curve di saturazione dell´acqua (calcolate attraverso il modello di Papale 1999). Contenuto in volatili per i run AMS_C4 e RHYOL_4: H2O = 4 wt%, CO2 = 0. Contenuto in volatili per il run AMS_C4_2: H2O = 4 wt%, CO2 = 2 wt%.

TASK 3.2 - Simulazione numerica dei processi di dispersione gas/piroclasti e della dinamica dei flussi piroclastici

Studio parametrico delle variabili principali caratterizzanti la miscela eruttiva al cratere

La ricerca svolta è stata finalizzata al completamento di studi parametrici intrapresi nell´ambito di precedenti progetti di ricerca, e di grande interesse per lo studio delle eruzioni dei Campi Flegrei, e alla realizzazione di alcune simulazioni preliminari della dinamica del condotto e della colonna eruttiva di alcune fasi dell´eruzione di Agnano Monte Spina. In particolare il lavoro svolto si è articolato secondo i temi di seguito descritti.

Quantificazione della partizione di massa dei piroclasti durante le eruzioni esplosive

La distribuzione spaziale e temporale delle particelle piroclastiche durante i primi 15 minuti di dispersione da colonne collassate e transizionali è stata studiata per mezzo di un modello transiente, bidimensionale, e trifase (una fase gas e due fasi solide rappresentative di piroclasti di diverse dimensioni e densità) (Neri et al, sub judice). Il diverso comportamento della colonna è stato simulato utilizzando diversi contenuti in acqua della miscela eruttiva e assumendo condizioni di ingresso sia di jet bilanciato che di jet in sovrapressione. Le simulazioni hanno permesso di quantificare, per ciascun caso considerato, la massa dei diversi piroclasti in grado di formare le correnti di densità, la colonna co-ignimbritica, e le nubi convettive che si generano dalla fontana e dalla zona prossimale del flusso. Nel caso delle colonne collassati, la massa totale trasportata nel sistema convettivo è stata stimata tra il 10 e il 30 % in peso della massa totale eruttata e varia a seconda del contenuto in acqua. In questo caso le particelle fini sono dominanti nel sistema convettivo. Per più elevati contenuti di acqua la colonna mostra un carattere transizionale collassate/convettivo. Questo regime è caratterizzato da più elevate altezze di collasso, generazione di correnti di densità più diluite, minori distanze raggiunte dai flussi, comportamento della colonna meno stazionario e alimentazione intermittente dei flussi. Per queste colonne, la frazione di massa totale che forma la porzione convettiva può raggiungere il 50 % in peso della massa eruttata con una percentuale significativa di particelle grossolane.

I risultati di alcune simulazioni di flussi piroclastici realizzate per il Vesuvio nell´ambito di un precedente progetto europeo sono stati ulteriormente analizzati in modo da avere una migliore quantificazione della loro pericolosità. Tramite le simulazioni è stato possibile stimare i tempi di arrivo dei flussi, la loro densità, temperatura, e le massime distanze raggiunte lungo due diversi profili topografici assisimmetrici del Vesuvio. Sono state inoltre analizzate due ulteriori variabili; la pressione dinamica del flusso e la variazione della pressione isotropica rispetto alla pressione atmosferica indisturbata. La stima di queste due variabili è infatti rilevante per la determinazione dei danni e delle vittime causati da un flusso piroclastico al Vesuvio (Todesco et al., sub judice; Esposti Ongaro et al., sub judice). Anche in questo caso l´analisi delle simulazioni realizzate può essere utile per la stima della pericolosità dei flussi piroclastici ai Campi Flegrei.

E´ stata intrapresa la simulazione della dinamica eruttiva associata all´unità B1, una delle due principali unità deposizionali della sequenza eruttiva dell´eruzione di Agnano-Monte Spina. Questa unità del deposito appare generata da una colonna alla transizione ovvero tra i regimi collassate e convettivo (vd. risultati UR01). I dati di input del modello di dispersione consistono nelle condizioni di uscita del condotto calcolate dal modello di risalita del magma (vd risultati UR03). A sua volta, le condizioni all´uscita del condotto sono state calcolate in funzione della composizione del liquido magmatico, del contenuto in acqua e cristalli, del flusso di massa, e della pressione-temperatura-profondità del magma in ingresso al condotto. In particolare, la dinamica della colonna è stata studiata per tre diversi contenuti d´acqua della miscela (2, 4, e 6% in peso) e per due diversi valori di flusso di massa (2.5x10⁷ e 10⁸ kg/s). La figura 1 mostra la distribuzione della frazione volumetrica delle particelle, a 600 s, per contenuti di acqua del 2, 4, e 6 % in peso, e per un flusso di massa di 2.5x10⁷ kg/s. I risultati delle simulazioni sono sostanzialmente in accordo con lo stile eruttivo determinato da studi vulcanologici indipendenti. In particolare, contenuti in acqua tra il 4 e 6 % in peso sembrano riprodurre al meglio lo stile eruttivo transizionale. Una conclusione simile è stata ottenuta utilizzando un valore dell´intensità quattro volte superiore. Infine, è stata intrapresa l´analisi degli effetti di diverse leggi di viscosità sullo stile eruttivo.

Esposti Ongaro T., A.Neri, M.Todesco, G.Macedonio, Pyroclastic flow hazard at Vesuvius by using numerical simulations. II. Analysis of local flow variables, Sub judice.

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Papale P., D. Dingwell, A.Neri, C.Romano, M.Rosi, M.Rutherford, Possible volcanic scenarios at Phlegrean Fields based on reconstruction and numerical modeling of the 4100 BPO Agnano Monte Spina eruption, Atti XXVI EGS General Assembly, Nice, Marzo 2001.

Todesco M., A.Neri, T.Esposti Ongaro, P.Papale, G.Macedonio, R.Santacroce, A.Longo, Pyroclastic flow hazard at Vesuvius by using numerical simulations. I. Large-scale dynamics, VSG Report 2001-3, Edizioni ETS, 2001.

Figura 1. Distribuzione della frazione volumetrica di particelle a 600s per tre simulazioni con il 2 (sinistra), 4 (centro), e 6 (destra) % in peso di acqua nella miscela. L´intensità dell´eruzione è di 2.5x10⁷ kg/s in tutti i casi. I valori delle isolinee rappresentano il logaritmo in base 10 della frazione volumetrica di particelle piroclastiche.