• Piton de la Fournaise
• geochemistry
• historical documents
• Explosive eruptions

Riassunto
La ricostruzione della storia eruttiva di un vulcano è passo fondamentale e imprescindibile per comprendere i processi che hanno controllato e controlleranno le dinamiche eruttive di quel vulcano ed è una premessa fondamentale per la valutazione della sua pericolosità.
Scopo di questa tesi è stata la dettagliata ricostruzione temporale del comportamento eruttivo del Piton de la Fournaise nell’isola de La Réunion, un grande vulcano attivo, a dominante attività effusiva. La ricerca si è focalizzata sul periodo 1708-1939, il meno conosciuto e studiato dell’attività storica, contraddistinto da una grande variabilità nella durata delle eruzioni e nella loro esplosività. Prima del 1900 l’attività del vulcano è stata caratterizzata da eruzioni effusive di lunga durata, presenza ripetuta di laghi di lava sommitali e frequenti eventi esplosivi; dopo il 1900 la situazione è cambiata drasticamente, con eruzioni effusive discrete, brevi, e attività esplosiva di minor intensità. Oltre che nella ricerca di documenti storici e nella loro interpretazione vulcanologica in chiave attuale, la tesi ha comportato un lavoro di campagna, nel corso del quale sono stati identificati e campionati, per la prima volta, depositi piroclastici relativi all’attività esplosiva storica del vulcano. Il più importante di questi livelli è composto principalmente di scorie basaltiche dense con subordinato materiale vetroso e vescicolato, cristalli anedrali di olivina, scorie dense, rossastre, alterate. E’ presente una frazione abbondante di litici densi e in minor misura di materiale intrusivo (gabbri).
Lo studio dei nuovi campioni è stato integrato da 36 reperti provenienti da una collezioni storica (raccolti da Alfred Lacroix e conservati nel Muséum National d’Histoire Naturelle, Paris).
Su una selezione dei campioni studiati sono state effettuate analisi chimiche (elementi maggiori e in tracce), isotopiche (Sr e Pb) e mineralogiche (olivine) per valutare un eventuale collegamento tra alimentazione magmatica e dinamica eruttiva.
A livello di elementi maggiori, la maggior parte dei campioni studiati cade nel campo tipico degli “Steady State Basalts” (SSB), cioè dei magmi che hanno alimentato le eruzioni più recenti del Piton de la Fournaise (6-7 wt.% MgO, 10-12 wt.% CaO, 0.6-0.9 wt.% K2O); quattrodici campioni devono essere invece classificati come “Oceaniti” (basalti arricchiti in olivina) (MgO >8 e fino al 29%; CaO = 5-11%; K2O = 0.4-0.7%). Una dozzina di campioni della serie studiata risultano avere i maggiori rapporti CaO/Al2O3 registrati al Piton de la Fournaise fino ad oggi; è stata inoltre riscontrata una lineare diminuzione dell’indice di alcalinità (AI) col tempo.
Riguardo ai rapporti isotopici dello Sr (87Sr/86Sr), di notevole interesse è che il periodo dal 1858 al 1863, di cui fa parte l’eruzione esplosiva del 1860 (la più grande in epoca storica), mostra un rapido cambiamento nei rapporti 87Sr/86Sr (variando da 0.704137 a 0.704249), mostrando quasi lo stesso range di variabilità riscontrato in tutta la serie di campioni disponibili dal 1700 ad oggi. Anche gli elementi in traccia mostrano la stessa ampia variabilità nella “serie 1860” aumentando anch’essi dal 1858 al 1863, con Ce/Yb = 19.77 - 23.13; La/Yb = 8.43 - 9.81; Nb/Zr = 0.095 - 0.120. Questi rapporti hanno quasi la stessa variabilità in tutto il periodo studiato (1708-1939): Ce/Yb = 18.59-24.13, La/Yb = 7.91-10.46 and Nb/Zr = 0.086-0.144. Vi è inoltre una correlazione lineare tra i rapporti degli elementi in traccia e il rapporto 87Sr/86Sr.
I prodotti delle eruzioni esplosive, e anche quelli dell’evento del 1860, contengono olivine con una grande variabilità composizionale (Fo78-88), con una moda principale a Fo85-86, più magnesiaca delle tipiche olivine del PdF (Fo81-84) o dei prodotti post-1900.
L’ampia variabilità negli elementi in traccia, isotopi e composizione delle olivine, permette di confrontare la “serie 1860” con le sequenze eruttive del 1998 e 2007 (le eruzioni più recenti a maggior volume), che sono ugualmente inusualmente eterogenee, suggerendo un’alimentazione di magma sia da serbatoi superficiali con magma già residente sia da parte di magmi più primitivi, profondi e potenzialmente ricchi in gas.


Abstract
The reconstruction of volcano eruptive history is one of the most important information to unravel the processes controlling past and future changes in eruptive dynamics and is a critical contribution to hazard assessment.
The aim of this work is to provide a detailed reconstruction of the time evolution in eruptive behaviour of a dominantly effusive basaltic volcano: Piton de la Fournaise. Our research focuses on a very recent (1708-1939) period of activity marked by major changes in terms of eruption duration and degree of explosivity. Long lasting lava lake and effusive activity together with frequent explosive events represent the typical behaviour of pre-1900 activity, while discrete, effusive and relatively short lived effusive eruptions are the typical post-1900 activity. Our study has integrated both new sampling and 36 samples of the historical collection of Alfred Lacroix (Muséum National d’Histoire Naturelle, Paris). The field work permitted for the first time to identify the thin ash deposits related to the historical explosive activity of the volcano.
We present a detailed dataset of chemical analysis (major elements, trace and isotopes, mineral composition) to assess whether the change in eruptive dynamics correlate with major evolution in the volcano plumbing system.
The main ash layer is composed mostly of dense scoriae of olivine basalt and minor components are glassy vesciculated shards, free anhedral olivine crystals and altered reddish dense scoriae. This juvenile fraction is associated with an abundant dense lithic fraction and a lesser amount of intrusive material (gabbros). Bulk rock analyses show that all pre-1900 magmas fall in the typical field of Steady State Basalts (SSB) feeding the recent PdF eruptions (6-7 wt.% MgO, 10-12 wt.% CaO, 0.6-0.9 wt.% K2O). 14 samples fall in the Oceanite (olivine rich) field with higher MgO (8-29 wt.% MgO, 5-11 wt.% CaO, 0.4-0.7 wt.% K2O). 12 samples have the highest CaO/Al2O3 ratio recorded at Piton de la Fournaise until present. Moreover the Alkalinity Index (AI) show a decreasing trend with time since 1700. About the 87Sr/86Sr ratio, so interesting is the 1858 to 1863 period, bracketing the major 1860 eruption, that show rapid change in 87Sr/86Sr (from 0.704137 to 0.704249 ranges), almost the same range variability of the entire period from 1700 to present.
Also trace elements shows the same large variability in the “1860 series”, increasing with time as the isotope ratios, with Ce/Yb = 19.77 - 23.13; La/Yb = 8.43 - 9.81; Nb/Zr = 0.095 - 0.120. Such ratios in the all studied period (1708-1939) have almost the same variability Ce/Yb = 18.59-24.13, La/Yb = 7.91-10.46 and Nb/Zr = 0.086-0.144. Furthermore trace elements ratios show a linear correlation with the 87Sr/86Sr ratio.
Products of the most explosive eruptions contain olivines with a large compositional range (78-88 MgO), with a main mode at Fo 85-86, more magnesian than the typical olivines (Fo81-84) or post-1900 products.
The wide variability in trace, isotopes and olivine compositions allows to compare the “1860 series” with the 1998 and 2007 sequences (which are the recent eruptions with largest volume), equally unusual heterogeneous, suggesting a magma supply either from shallow resident magmas and deep, more primitive, gas rich magmas.