• inclusioni silicatiche
• melt inclusions
• Stromboli
• Stromboli volcano
• volatile contents
• volatili

Lo studio dei gas vulcanici è essenziale per capire perché e con quali modalità il magma risalga in superficie, oltre a fornire informazioni sulle eventuali dinamiche eruttive. Durante la risalita del magma, quando la pressione delle rocce sovrastanti diminuisce, i gas disciolti si separano dal fluido ed essolvono; il rilascio delle singole specie gassose avviene in funzione della loro solubilità e della pressione. La quantificazione delle specie volatili è complessa, richiede particolari tecniche analitiche e spesso si effettua attraverso l’analisi delle inclusioni silicatiche intrappolate all’interno delle fasi minerali. Recenti pubblicazioni (Allard et al., 2021; Rose-Koga et al., 2021) hanno inoltre suggerito che spesso la CO2 (una delle specie volatili più importanti assieme all’H2O) migri dal vetro dell’inclusione alla bolla all’interno delle inclusioni stesse e che dunque, se si considera esclusivamente il vetro, si ottenga una sottostima delle concentrazioni di CO2. Questo lavoro di tesi ha quindi affrontato la problematica della quantificazione del contenuto dei volatili in magmi basaltici utilizzando quelli eoliani (Stromboli e Vulcano) come caso studio. In particolare, il lavoro ha esaminato prima un campione dell’eruzione della Sommata di Vulcano per valutare la problematica di migrazione della CO2 nella bolla di contrazione, e successivamente dei campioni dei parossismi del 3/07/2019 e del 28/08/2019 di Stromboli. Le analisi si sono focalizzate sull’indagine tramite spettroscopia Raman della bolla nelle inclusioni della Sommata di Vulcano al fine di individuare eventuale CO2 nella bolla e calcolare la sua concentrazione, dal momento che studi di letteratura (Gioncada et al., 1998) anteriori a questo lavoro di tesi avevano analizzato il vetro nelle inclusioni sui campioni della Sommata e non avevano evidenziato la presenza di CO2 nel vetro, indicando l’H2O come specie volatile principale. Successivamente, le analisi sono proseguite con i campioni eruttati durante gli eventi parossistici del 3/07/2019 e del 28/08/2019 a Stromboli. L’attenzione è stata posta non solo alla ricerca di cristalli di olivina rappresentativi di un magma profondo e importanti per comprendere la dinamica dell’eruzione, ma anche sulle inclusioni silicatiche contenute all’interno di questi cristalli, che forniscono importanti informazioni sul contenuto dei volatili nella fase pre-eruttiva.
A seguito della scelta dei campioni da analizzare e del materiale bibliografico di riferimento, sono state effettuate una serie attività di laboratorio per la preparazione dei campioni per le analisi Raman, FT-IR e per la microsonda elettronica. Mentre i dati Raman sui campioni di Vulcano non hanno permesso di rintracciare quantità misurabili di CO2 nelle bolle di contrazione, le analisi di microsonda elettronica hanno consentito di raccogliere dati sulla composizione dei cristalli, sulle melt inclusion, sugli embayment e sul vetro al bordo dei cristalli dei materiali di Stromboli. La tecnica FT-IR ha invece reso possibile calcolare le concentrazioni di CO2 e H2O nelle inclusioni silicatiche. A partire dai dati ottenuti sono stati dunque effettuati degli studi sulle pressioni di intrappolamento, sulle profondità e sui trend di degassamento. Le analisi hanno permesso di identificare due gruppi di cristalli distinti (Fo69-76 mol% e Fo82-86 mol%). Le concentrazioni di CO2 sono state rilevate soltanto in alcune inclusioni di luglio, e con trend di degassamento riconducibili ad un sistema chiuso. Le analisi hanno permesso inoltre di ipotizzare che l’innesco dell’evento del 3/07/2019 possa essere legato all’arrivo di una fase gassosa ricca in CO2. Una volta pressurizzato il sistema si ha avuto la risalita accoppiata di magma e fase gassosa dal serbatoio di magma profondo. Per l’evento del 28/08/2019, l’innesco di tale parossismo potrebbe essere stato invece l’arrivo di magma più evoluto che ha interagito con il magma già presente all’interno del sistema magmatico, ma solo una volta che gran parte della CO2 era già stata persa nell’evento di luglio, come suggerito in recenti lavori (Aiuppa et al., 2021) e in accordo con i dati ottenuti sulla quantificazione dei volatili ottenuti in questa tesi.
Abstract
The study of volcanic gases is essential to understand why and how the magma rises to the surface, as well as providing information on any eruptive dynamics. During the ascent of the magma, when the pressure of the overlying rocks decreases, the dissolved gases separate from the fluid and dissolve; the release of the single gaseous species occurs as a function of their solubility and pressure. The quantification of volatile species is complex, requires special analytical techniques and is often carried out through the analysis of silicate inclusions trapped within the mineral phases. Recent publications (Allard et al., 2021; Rose-Koga et al., 2021) have also suggested that CO2 (one of the most important volatile species along with H2O) often migrates from the glass of inclusion to the bubble within inclusions themselves and that therefore, if only glass is considered, an underestimation of CO2 concentrations is obtained. This thesis has therefore addressed the problem of quantifying the content of volatiles in basaltic magmas using the Aeolian ones (Stromboli and Vulcano) as a case study. In particular, the work first examined a sample of the eruption of the Sommata of Vulcano to evaluate the problem of migration of CO2 in the contraction bubble, and subsequently of the samples of the paroxysms of 07/3/2019 and 08/28/2019 of Stromboli. The analyzes focused on the investigation by Raman spectroscopy of the bubble in the inclusions of the Sommata of Vulcano in order to identify any CO2 in the bubble and calculate its concentration, since literature studies (Gioncada et al., 1998) prior to this thesis work had analyzed the glass in the inclusions on the Sommata samples and had not highlighted the presence of CO2 in the glass, indicating H2O as the main volatile species. Subsequently, the analyses continued with the samples erupted during the paroxysmal events of 3/07/2019 and 28/08/2019 in Stromboli. The focus was not only on the search for olivine crystals representative of a deep magma and important for understanding the dynamics of the eruption, but also on the silicate inclusions contained within these crystals, which provide important information on the content of the volatiles in the pre-eruptive phase.
Following the choice of the samples to be analyzed and the reference bibliographic material, a series of laboratory activities were carried out for the preparation of the samples for Raman, FT-IR and electronic microprobe analyzes. While the Raman data on the Vulcan samples did not allow to trace measurable quantities of CO2 in the contraction bubbles, the electron microprobe analyzes allowed to collect data on the composition of the crystals, on the melt inclusions, on the embayment and on the glass at the edge of the crystals. of Stromboli materials. The FT-IR technique, on the other hand, made it possible to calculate the CO2 and H2O concentrations in the silicate inclusions. Starting from the data obtained, studies were therefore carried out on trapping pressures, depths and degassing trends. The analyses allowed to identify two distinct crystal groups (Fo69-76 mol% and Fo82-86 mol%). CO2 concentrations were detected only in some inclusions in July, and with outgassing trends attributable to a closed system. The analyses also allowed us to hypothesize that the triggering of the 3/07/2019 event may be linked to the arrival of a gaseous phase rich in CO2. Once the system was pressurized, magma and gas phase coupled upward from the deep magma reservoir. For the event of 28/08/2019, the trigger of this paroxysm may have been the arrival of more evolved magma that has interacted with the magma already present within the magmatic system, but only once that a large part of CO2 had already been lost in the July event, as suggested in recent papers (Aiuppa et al., 2021) and in accordance with the data obtained on the quantification of volatiles obtained in this thesis.