ETD

• Instabilità gravitava
• Lapilli accrezionali
• Magma thrust
• Rischio tsunami
• Rischio vulcanico
• Sciara del Fuoco

The Stromboli volcano, located at the northeastern end of the Aeolian volcanic arc (southern Italy), is an open-conduit stratovolcano characterized by persistent, low-energy explosive activity, periodically interrupted by high-intensity paroxysmal events and lava flows. The northwestern slope of the island, known as Sciara del Fuoco, is subject to frequent episodes of gravitational instability, the primary driver of which is identified as the injection of lateral magmatic dikes (magma thrusts): the increase in pressure exerted by the magma on volcaniclastic materials already weakened by fumarolic alteration causes the angle of internal friction to be exceeded, triggering slope collapses of varying magnitude. Some of these have generated tsunami waves with documented effects on a regional scale in the southern Tyrrhenian Sea. The ash deposits associated with these phenomena remain poorly characterized, and distinguishing them from primary magmatic fallout products remains an open scientific question. This thesis aims to fill this gap by identifying an analytical signature common to deposits resulting from gravitational instability, through the analysis of samples spanning a time range from recent, instrumentally documented events (2024, 2013, 2002) to medieval and pre-medieval historical sequences (~6 ka).
For this purpose, three complementary analytical methods were employed. Granulometric characterization was conducted by combining dry sieving with optical analysis (using a Camsizer) for the fine fraction smaller than 500 μm. Modal analysis of the components was performed by point counting on scanning electron microscope images (1,000 spots per sample). Geochemical characterization was obtained through microanalysis of glassy clasts using energy-dispersive spectrometry (EDS). The results show that the gravitational deposits share a stable and consistent analytical signature over time. From a grain-size perspective, analysis of the fine fraction alone reveals a homogeneous grouping of all samples attributed to gravitational instability, with a median between 44.2 and 11 μm and an average sorting of 1.12 Φ, clearly separated from the primary fallout samples. Modal analysis highlights the prevalence of dense, bubble-free glasses, associated with a high percentage of lava fragments, in contrast to the highly bubbly glasses of paroxysmal fallout. The 2024 deposits also show an abundant presence of accretionary lapilli (aggregates of fine ash cemented), interpreted as the product of the interaction between the dust cloud generated by the collapse and the water vapor produced by the contact of the lava flows with the sea. The altered component reflects the extent of the erosion process, with relatively high values in the medieval sample from 850–988 AD (26.4%). Geochemical analyses document compositions ranging from the current Shoshonite series to the potassic series of Neostromboli, confirming the mixing of materials from different eras. The discovery of fragments of lava/scoriae containing leucite that has been transformed into analcime in a medieval sample indicates that some collapses reached the bedrock of Neostromboli, located ~100 m below the current crater terrace. Integration with the deep-sea sedimentary record further suggests a direct proportionality between the thickness of the volcaniclastic turbidites deposited in distal basins and the volume of the collapses that generated them, providing a proxy tool for estimating the magnitude of pre-instrumental observation events that cannot otherwise be quantified.
This converging evidence demonstrates that Stromboli’s gravitational instability deposits constitute a record of the volcano’s mechanical processes, recognizable in the stratigraphic record even in the absence of direct historical documentation. Their identification provides relevant diagnostic indicators for monitoring systems and for assessing the tsunami risk associated with collapses of the Sciara del Fuoco.

Il vulcano Stromboli, situato all'estremità nord-orientale dell'arco vulcanico delle Eolie (Italia meridionale), è uno stratovulcano a condotto aperto caratterizzato da un'attività esplosiva persistente di bassa energia, periodicamente interrotta da eventi parossistici di alta intensità e colate laviche. Il versante nord-occidentale dell'isola, noto come Sciara del Fuoco, è soggetto a frequenti fenomeni di instabilità gravitativa il cui principale motore è identificato nell'iniezione di dicchi magmatici laterali (magma thrust): l'aumento della pressione esercitata dal magma sui materiali vulcanoclastici già indeboliti dall'alterazione fumarolica porta al superamento dell'angolo di attrito interno, innescando collassi di versante di varia entità. Alcuni di questi franamenti hanno prodotto onde di tsunami con effetti documentati su scala regionale nel Tirreno Meridionale. I depositi cineritici associati a questi fenomeni sono ancora poco caratterizzati, e la loro distinzione dai prodotti del fallout magmatico primario rimane una questione scientifica aperta. Questa tesi si propone di colmare tale lacuna identificando una firma analitica comune ai depositi da instabilità gravitativa, attraverso l'analisi di campioni che coprono un arco temporale compreso tra gli eventi recenti strumentalmente documentati (2024, 2013, 2002) e le sequenze storiche medievali e pre-medievali (~6 ka).
A tale scopo sono stati impiegati tre metodi analitici complementari. La caratterizzazione granulometrica è stata condotta combinando la setacciatura a secco con l'analisi ottica (tramite Camsizer) per la frazione fine inferiore a 500 μm. L'analisi modale dei componenti è stata eseguita tramite conteggio di punti su immagini al microscopio elettronico a scansione (1000 punti per campione). La caratterizzazione geochimica è stata ottenuta tramite microanalisi su clasti vetrosi con spettrometria a dispersione di energia (EDS). I risultati mostrano che i depositi gravitativi condividono una firma analitica stabile e coerente nel tempo. Dal punto di vista granulometrico, l'analisi della sola frazione fine rivela un raggruppamento omogeneo di tutti i campioni attribuiti a instabilità gravitativa, con mediana compresa tra 44.2 e 11 μm e sorting medio di 1.12 Φ, nettamente distinto dai campioni di fallout primario. L'analisi modale evidenzia la prevalenza di vetri densi e privi di vescicole, associati a un'alta percentuale di frammenti lavici, in contrasto con i vetri altamente vescicolati dei depositi di caduta. Nei depositi del 2024 è documentata inoltre la presenza abbondante di lapilli accrezionali (aggregati di cenere fine cementati) interpretati come il prodotto dell'interazione tra la nube di polvere generata dal collasso e il vapore acqueo prodotto dal contatto delle colate laviche in corso con il mare. La componente alterata registra la profondità del processo erosivo, con valori relativamente elevati nel campione medievale 850-988 AD (26.4%). Le analisi geochimiche sui materiali documentano composizioni che spaziano dalla serie shoshonitica attuale fino alla serie potassica del Neostromboli, confermando il rimescolamento di prodotti di epoche diverse durante i fenomeni di collasso. Il ritrovamento di frammenti di lave/scorie a leucite trasformata in analcime in un campione medievale attesta che alcuni collassi hanno intercettato il basamento del Neostromboli, situato a ~100 m al di sotto dell'attuale terrazza craterica. L'integrazione con il record sedimentario marino profondo suggerisce inoltre una proporzionalità diretta tra lo spessore delle torbiditi vulcanoclastiche depositate nei bacini distali e il volume dei collassi che le hanno generate, fornendo uno strumento proxy per stimare la magnitudo degli eventi pre-osservazione strumentale non altrimenti quantificabili. Queste evidenze convergenti dimostrano che i depositi da instabilità gravitativa di Stromboli costituiscono una memoria del processo meccanico di franamento del materiale del vulcano, riconoscibile nel record stratigrafico anche in assenza di documentazione storica diretta. La loro identificazione fornisce indicatori diagnostici rilevanti per i sistemi di monitoraggio e per la valutazione del rischio tsunamigenico associato ai collassi della Sciara del Fuoco.