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• evoluzione vulcano-tettonica
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• rift continentale
• volcano-tectonic evolution
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• vulcanismo ignimbritico
• vulcanologia

Rappresentando uno stadio intermedio dell’evoluzione del rift, il settore centrale del Main Ethiopian Rift (CMER) risulta essere un’area di particolare importanza per la comprensione del processo di rifting continentale, dalla sua formazione agli stadi più maturi di rifting, e dell’interazione tra attività tettonica e vulcanica. Grandi eventi vulcanici esplosivi hanno scandito l’evoluzione del CMER, dove la presenza di numerosi resti di caldere e di grandi depositi ignimbritici testimonia il ripetersi nel tempo di periodi di intenso vulcanismo. Per tale ragione, una dettagliata caratterizzazione stratigrafica dei prodotti relativi a queste grandi eruzioni permette una migliore definizione della relazione tra vulcanismo e attività tettonica che controlla l’evoluzione geologica del rift continentale.
A tale riguardo negli ultimi decenni sono stati fatti considerevoli progressi, ma diversi aspetti del rifting e dell’evoluzione spazio-temporale dell’attività vulcano-tettonica nel CMER rimangono tuttora poco chiari. Autori precedenti hanno suggerito che la recente attività vulcanica del CMER abbia avuto luogo durante un importante episodio di vulcanismo silicico alla fine del Pleistocene medio, tra 300 e 170 ka, caratterizzato da eruzioni in almeno quattro distinti complessi vulcanici che hanno dato origine ad importanti caldere. Precedenti studi hanno inoltre indicato il verificarsi di un’altra fase di intenso vulcanismo nel Pliocene, dominata dalla presenza dell’eruzione esplosiva dell’ignimbrite Munesa Crystal Tuff (MCT), datata intorno a 3,5 Ma. Tuttavia, i dati relativi alla stratigrafia vulcanica dell’area del periodo compreso tra il Pliocene ed il Pleistocene medio sono ancora incompleti e non sistematici. Il presente lavoro si propone di studiare i prodotti vulcanici del CMER dal Pliocence in poi, al fine di: i) valutare la distribuzione temporale del vulcanismo in questo settore del rift; ii) fornire nuove informazioni sulle grandi eruzioni esplosive e sul loro ruolo nell’evoluzione vulcano-tettonica del MER; iii) valutare il potenziale impatto ambientale di queste eruzioni su scala locale e regionale.
In questa tesi indaghiamo diversi aspetti dell’evoluzione vulcano-tettonica del CMER, applicando un approccio multidisciplinare che integra i dati ed i risultati ottenuti dal rilevamento su terreno, dettagliati studi stratigrafici e approfonditi studi geocronologici e geochimici dei prodotti vulcanici presenti nell’area di interesse. Grazie ai 55 nuovi campioni datati, è stato possibile delineare un’accurata ricostruzione geocronologica dell’attività nel CMER, che appare essere chiaramente caratterizzata da una distribuzione clusterizzata del vulcanismo negli ultimi 4 Ma, con fasi di intenso vulcanismo intervallate a periodi di ridotta attività vulcanica. Le evidenze ed i risultati acquisiti chiariscono il ruolo e l’importanza della MCT e l’impatto che i diversi cluster di eruzioni esplosive hanno prodotto sull’ambiente circostante. Diversamente da quanto ipotizzato precedentemente, i nostri dati indicano che l’ignimbrite MCT è il risultato di diverse ignimbriti messe in posto in un intervallo di tempo limitato. Una variazione verso prodotti progressivamente più peralcalini accompagna l’evoluzione del magmatismo nell’area ed anche i volumi di magma eruttati, relativi a diversi cluster, mostrano una variabilità nel tempo che indica probabilmente la durata del periodo di quiescenza che precede ogni cluster di attività. L’impatto ambientale a scala locale e regionale è stato molto elevato, mentre i dati raccolti sugli elementi volatili non sono risolutivi nel definire il possibile impatto atmosferico di elementi come gli alogeni o lo zolfo rilasciati durante ciascun cluster di attività. Questo studio permette anche una più chiara ricostruzione dell’evoluzione tettonica degli ultimi milioni di anni, confermando le conoscenze esistenti riguardanti le fasi iniziali di rifting, ma suggerendo che gran parte della deformazione in questo settore del rift si è verificata in diversi impulsi dopo 3,5-3,4 Ma.


Reflecting an intermediate stage of rift evolution, the Central Main Ethiopian Rift (CMER) represents an area of particular relevance for understanding the development of continental rift, from rift initiation toward more mature stages of rifting, and the interplay between tectonic and volcanic activity. Large, explosive, caldera-forming volcanic events have punctuated the evolution of the CMER, where the presence of several caldera remains and of large ignimbrite deposits testifies the recurrence of periods of intense volcanism in time. For this reason, a detailed stratigraphic characterization of the products related to these large eruptions allows to better constrain the relation between volcanism and tectonic activity controlling the geological evolution of the rift.
Progresses have been made in this respect in the last decades, but several aspects of rifting and of the spatio-temporal evolution of the volcano-tectonic activity in the CMER remain still poorly constrained. Previous Authors have suggested that the recent volcanic activity of CMER occurred during a major pulse of silicic volcanism at the end of the Middle Pleistocene, between 300 and 170 ka, characterized by caldera-forming eruptions in at least four distinct volcanic complexes. Previous studies have also indicated the occurrence of another phase of intense volcanism in the Pliocene, dominated by the large-scale explosive eruption of the Munesa Crystal Tuff ignimbrite (MCT), dated at around 3.5 Ma. Despite this, data on the Pliocene-Middle Pleistocene volcanic stratigraphy of the area are still poor and not systematic. The present work aims at investigating the volcanic records of CMER starting from Pliocene times in order to: i) assess the temporal distribution of volcanism in this sector of the rift; ii) provide new insights into large explosive eruptions and their role in the volcano-tectonic evolution of the MER; iii) evaluate the potential environmental impact of these eruptions at local and regional scale.
In this thesis we investigate different aspects of the volcano-tectonic evolution of the CMER, applying a multidisciplinary approach which integrates the data and results obtained from field surveys, detailed stratigraphic study and extensive geochronological and geochemical studies of the volcanic products occurring in the area of interest. Thanks to the 55 new dated samples, we were able to delineate an accurate geochronological reconstruction of the CMER activity, clearly characterized by a clustered distribution of volcanism during the last 4 Ma, with phases of intense volcanism interspersed with periods of reduced volcanic activity. The acquired evidence and results clarify the role and the importance of the MCT and the impact that the different clusters of explosive eruptions produced on the surrounding environment. Differently from previous hypothesis our data indicate that the MCT ignimbrite is the results of different ignimbrites emplaced in a limited time interval. A variation toward progressively more peralkaline products accompanies the evolution of magmatism in the area, while the volumes of magma erupted during the different clusters are also variable in time, possibly reflecting the duration of quiescence preceding each cluster of activity. The environmental impact was very high at the local and regional scale, while data collected on volatiles are not conclusive for defining the possible atmospheric impact of elements like halogens or sulphur released during each cluster of activity. The present study also allows a clearer reconstruction of the tectonic evolution of the last few millions of years, confirming the existing knowledge regarding the early stages of rifting, but suggesting that most of the deformation in this portion of the rift occurred in several pulses after 3.5-3.4 Ma.