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• vulcani

Molti sono i gruppi di ricercatori che hanno cercato e cercano di creare codici di calcolo che simulino le dinamiche del magma all'interno del condotto vulcanico. Tra le difficoltà principali che si presentano ci sono la complessità del sistema, essendo il magma una miscela multifase e multicomponente (gas, liquido e cristalli) nella quale si verificano una moltitudine di reazioni chimiche e processi fisiche che ne provocano il continuo cambiamento e l'impossibilità di conoscere la geometria reale dei condotti vulcanici. Come conseguenza di tali difficoltà, i modelli che studiano questi sistemi operano approssimazioni e semplificazioni per quel che riguarda la caratterizzazione del sistema.
Il lavoro della mia tesi è stato volto a studiare il ruolo di possibili variazioni geometriche dei condotti vulcanici sulle dinamiche di risalita dei magmi. A questo scopo, sono stati utilizzati i metodi propri della modellistica fisico-matematica e delle simulazioni numeriche.
Il punto di partenza è stato un modello sviluppato e continuamente implementato nel corso degli ultimi dieci anni, e correntemente in uso presso l'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia di Pisa. Tale modello è stazionario, monodimensionale, isotermo, multifase di non-equilibrio, per il flusso di magma lungo condotti eruttivi a geometria cilindrica.
Il lavoro da me svolto si suddivide in due parti:
• modifica del programma di simulazioni al fine di introdurre le variazioni geometriche del condotto vulcanico, all'interno comunque dell'assunzione monodimensionale;
• applicazione del programma di simulazioni allo studio di un'eruzione reale, costituita dall'eruzione di Agnano-Monte Spina, Campi Flegrei (circa 4100 B.P.)
Le modifiche al programma di calcolo sono consistite 1) nell'introdurre la fessura come geometria alternativa al condotto cilindrico e 2) nell'inserire la possibilità di variazioni verticali di larghezza per entrambi i tipi di condotto. Mentre nel primo caso non è stato necessario apportare profonde modifiche al codice, le modifiche richieste per il secondo passo sono state sostanziali e hanno coinvolto sia la riformulazione delle equazioni di trasporto, sia la definizione di opportune procedure per la descrizione delle variazioni della geometria. Per poter mantenere le assunzioni del modello, è stato necessario limitare l'applicazione del nuovo codice di calcolo alle geometrie non divergenti e caratterizzate da variazioni di larghezza del condotto abbastanza piccole.
Una volta pronto, il nuovo codice è stato testato e utilizzato in una serie di studi parametrici finalizzati a: 1) confrontare la distribuzione delle variabili di flusso e delle proprietà del magma ottenute nel caso del condotto cilindrico e della fessura a parità di condizioni eruttive; 2) studiare l'effetto delle variazioni della larghezza del condotto vulcanico sulla dinamica di risalita del magma. Per tali studi parametrici sono state eseguite 312 simulazioni.
Nel primo caso abbiamo osservato che variazioni delle dimensioni caratteristiche del condotto eruttivo producono variazioni nelle distribuzioni delle variabili di flusso analoghe per geometrie cilindriche e fissurali.
Nel secondo caso è stato verificato che pendenze delle parti del condotto dell'ordine di un decimo di grado, che permettono l'utilizzo di una approssimazione monodimensionale, producono variazioni importanti nella distribuzione delle variabili di flusso lungo il condotto eruttivo e alla sua uscita. In particolare, vengono descritti casi in cui, sebbene il flusso di massa venga mantenuto costante, possibili variazioni geometriche del condotto vulcanico producono cambiamenti fino a un fattore 2 per la pressione all'uscita del condotto. Altri casi rilevanti sono quelli in cui, a parità di dimensioni del condotto eruttivo nella sua zona profonda, variazioni geometriche più superficiali producono cambiamenti del flusso di massa fino a un fattore quattro.
L'applicazione del nuovo codice al caso dell'eruzione di Agnano-Monte Spina mostra che le incertezze dovute a possibili piccole inclinazioni delle pareti del condotto eruttivo producono incertezze rilevanti nella distribuzione delle variabili di flusso, di cui è necessario tenere conto nelle simulazioni delle dinamiche eruttive. Le simulazioni eseguite per studiare l'effetto della geometria del condotto su tale eruzione sono state 26.
Il lavoro di tesi ha dunque messo in evidenza un ulteriore limite della modellizzazione legato alla scarsa conoscenza della geometria dei condotti vulcanici e all'influenza che questa ha sulle dinamiche di risalita del magma: se le variabili di flusso sono modificate da piccole variazioni geometriche del condotto già nell'assunzione monodimensionale, ci si attende che se il flusso fosse multidimensionale, i cambiamenti di geometria, che potrebbero essere più incisivi, possano stravolgere le dinamiche eruttive.