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Lithium (Li) is a highly mobile alkali metal with a small ionic radius and a +1 charge, exhibiting incompatible behavior in silicate melts. This behavior is commonly described by the crystal/melt partition coefficient, which generally ranges between 0.1 and 0.7 in plagioclase. The lithium partitioning between plagioclase and silicate melt has been investigated experimentally, but data on fluid–crystal partitioning in volcanic conditions are absent. Understanding its behavior at these conditions is a major volcanological issue, as lithium is widely used to investigate crustal magmatic processes and to constrain the timescales of pre-eruptive processes in active volcanoes. In order to provide new experimental constraints on Li behavior during magma ascent, I conducted fluid–crystal partitioning experiments on plagioclase crystals from Stromboli volcano, erupted during the 2003 paroxysmal eruption. The shallow plumbing system of Stromboli is characterized by the interaction between a deep, gas-rich and crystal-poor magma (LP) and a shallow, degassed and crystal-rich magma (HP). Plagioclase crystals were selected and characterized using microanalytical techniques (FE-SEM, EPMA, and LA-ICP-MS), and subsequently used in interaction experiments performed at 1 bar and 1050 °C with aqueous fluids of variable composition (HCl and LiCl) and concentration (0.125–1 M). The same crystals were re-analyzed after the experiments to characterize the resulting compositional profiles.Experiments conducted with HCl fluids produced no substantial variations in Li concentration profiles, indicating that the presence of a complexing agent (Cl) in the fluid phase does not promote significant Li diffusion out of the crystal. Conversely, experiments performed with LiCl solutions of increasing molarity produced progressive Li enrichment in the plagioclase, following near-ideal (Henryan) behavior. These experiments allowed the determination of a fluid–plagioclase partition coefficient of 5.8, indicating a strong preference of Li for the fluid phase. Modeling of Li diffusion profiles in the experimental plagioclases enabled comparison between diffusion coefficients and timescales derived from the compositional profiles and those known experimental durations. This comparison resulted in a good agreement of the measured and calculated values, supporting the applicability of Li diffusion chronometry. Based on the experimentally determined fluid–plagioclase partition coefficient and mass-balance calculations of Li distribution among silicate melt, fluid, and crystals, the variations observed in natural plagioclase profiles from Stromboli can be interpreted in terms of fluid–crystal interaction. Considering the typical Li concentrations of HP (15–25 ppm) and LP (10–15 ppm) magmas, decreasing Li profiles from core to rim may be interpreted as the result of equilibration with a fluid derived from degassing of the LP magma, whereas increasing profiles may reflect equilibration with an HP-derived fluid. Although further experimental studies are required to assess the dependence of the partition coefficient on the physico-chemical conditions of the system, the value obtained here provides an important experimental constraint on the Li budget of shallow magmatic systems. Furthermore, it establishes a baseline for future petrological and geospeedometric applications aimed at constraining the timescales of syn-eruptive processes.

Il litio (Li) è un metallo alcalino altamente mobile per via del suo piccolo raggio ionico e carica (+1), con comportamento incompatibile nei magmi silicatici. Questo comportamento è descritto dal coefficiente di partizione cristallo/fuso, che nei plagioclasi varia generalmente tra 0,1 e 0,7. Sebbene il partizionamento del Li tra plagioclasio e fuso silicatico sia noto da lavori sperimentali, non esistono dati sul partizionamento fluido-cristalli in condizioni vulcaniche. Conoscere il comportamento del litio in condizioni magmatiche superficiali riveste oggi un’importanza notevole in ambito vulcanologico, in quanto ampiamente utilizzato per modellare processi magmatici crostali e determinare la durata di segnali pre-eruttivi in vulcani attivi. Per fornire nuovi vincoli sperimentali sul comportamento del Li durante la risalita dei magmi, ho condotto esperimenti di partizionamento fluido-cristallo su plagioclasi provenienti dal vulcano Stromboli (eruzione parossistica del 2003). Il sistema superficiale dello Stromboli è caratterizzato dall'interazione tra un magma profondo, ricco in gas e povero in cristalli (LP), e un magma superficiale, degassato e ricco in cristalli (HP). I cristalli sono stati selezionati ed analizzati attraverso tecniche microanalitiche (FE-SEM, EPMA e LA-ICP-MS), quindi utilizzati per esperimenti di interazione a 1 bar e 1050 °C con fluidi a diversa composizione (HCl e LiCl) e concentrazione (da 0.125 a 1 M) ed analizzati nuovamente dopo gli esperimenti. Gli esperimenti condotti con fluido HCl non hanno prodotto variazioni sostanziali nei profili di concentrazione di Li nei plagioclasi, indicando l’inefficacia della presenza di un elemento complessante nella fase fluida nella diffusione del Li verso l’esterno del cristallo. Al contrario, gli esperimenti condotti con soluzioni di LiCl a molarità crescente hanno mostrato un arricchimento dei cristalli nel contenuto in Li, secondo un comportamento quasi-ideale (Herniano). Questo ha permesso di ottenere un coefficiente di partizione fluido–plagioclasio di 5,8 indicando una preferenza del litio per la fase fluida. La modellizzazione dei profili di diffusione del Li nei plagioclasi sperimentali ha permesso di confrontare i coefficienti di diffusione e le scale temporali ricavate dai profili composizionali con la durata degli esperimenti, mostrando una buona corrispondenza e confermando l’applicabilità dell’approccio di cronometria diffusiva. Sulla base del coefficiente di partizione fluido-plagioclasio determinato dagli esperimenti e attraverso bilanci di massa sulla distribuzione del Li tra fuso silicatico, fluido e cristalli è possibile interpretare le variazioni dei profili osservati nei plagioclasi naturali di Stromboli. In particolare, considerato il contenuto tipico di litio dei magmi HP (15-25 ppm) e LP (10-15 ppm), i profili di concentrazione decrescenti dal nucleo al bordo possono essere interpretati come il risultato dell'equilibrio con un fluido derivato dal magma LP durante il degassamento, mentre quelli crescenti riflettono plagioclasi equilibratati con un fluido HP. Sebbene siano necessari ulteriori studi per valutare la dipendenza del coefficiente di partizione dalle condizioni fisico-chimiche del sistema, il valore ottenuto costituisce un importante vincolo sperimentale per ricostruire il budget di Li in sistemi magmatici superficiali e rappresenta una base fondamentale per future applicazioni petrologiche e geospeedometriche finalizzate alla ricostruzione delle time scale dei processi sin-eruttivi.