Tassi di risalita vs. degassamento in sistemi vulcanici basici: quantificazione del parametro tempo come fattore primario di controllo dell’esplosività delle eruzioni

The rate of magma ascent is a crucial parameter in determining the explosivity of an eruption. Its role must be evaluated especially for violent eruptive episodes involving basic magma at open conduit volcanic systems, where low viscosity magmas generally feed weak explosive and/or effusive activity. A recent approach of investigation based on diffusion chronometry of volatile species along olivine-hosted embayments has been used to fix ascent rates for some eruptions occurred in arc volcanoes. This approach measures compositional gradients of volatile elements (i.e. H2O, CO2, S) that are produced by diffusion from the inner part of the embayment toward the outer melt as a response of degassing-driven decompression. Numerical modeling can retrieve timescales of diffusion, allowing an estimation of ascent rates. Quantification of volatile species dissolved in olivine-hosted melt inclusions is necessary for recognizing the original volatile contents in the magma, in order to track the degassing path and get the exsolution depth for each volatile component. Initial volatile contents and initial pressure before decompression need to be therefore constrained through melt inclusion-based studies. Mt. Etna volcano has been chosen as case study, which is one of the most active open conduit volcanoes worldwide. Specifically, three eruptive episodes characterized by different explosive intensity have been selected from the post-2011 recent activity, in order to figure out a range of ascent rates related to the different explosive intensities. The recent eruptive episodes include: 1) the paroxysmal episode of the February 19, 2013 at the New South East Crater (NSEC); 2) the violent eruption of the December 3, 2015 occurred at the Voragine Crater; 3) the flank eruption that affected the southeastern sector of the volcanic edifice on December 24-27, 2018. Modeling of volatile diffusion along melt embayment furnishes important indications on differences in the decompression-driven timescales of degassing for magmas emitted with markedly distinct eruptive dynamics at Mt. Etna volcano, starting from very similar physical and chemical conditions. Indeed, the intense paroxysmal activity at NSEC and Voragine are characterized by fast rates of magma ascent (0.11-0.57 MPa/s), really one order of magnitude greater than values obtained for the flank eruption occurred on Christmas 2018 (0.017-0.045 MPa/s). Results point out a crucial contribution of syn-eruptive degassing kinetics in controlling the intensity of explosive activity at Mt. Etna, which generally have been ascribed to the overpressurization of the shallowest reservoir due to gas injection coming from the deepest levels of the plumbing system.

Il tasso di risalita del magma rappresenta un parametro fondamentale nella determinazione dell’esplosività di una eruzione. Il suo ruolo deve essere valutato in particolar modo in casi di episodi eruttivi violenti in cui sono coinvolti magmi basici in vulcani a condotto aperto, dove le basse viscosità dei magmi generalmente alimentano attività debolmente esplosive e/o effusive. Un recente approccio di studio basato sulla diffusione degli elementi volatili lungo gli embayments presenti in cristalli di olivina è stato impiegato per la stima dei tassi di risalita del magma per alcune eruzioni in vulcani di arco. Questo approccio misura i gradienti composizionali degli elementi volatili (ovvero H2O, CO2, S) che sono generati dalla loro diffusione dalla parte interna degli emabyments verso il fuso esterno in risposta al degassamento indotto dalla decompressione. Modelli numerici permettono di calcolare il tempo in cui avviene il processo di diffusione, riuscendo così a determinare una stima del tasso di risalita. La quantificazione delle concentrazioni delle specie volatili disciolte nelle inclusioni presenti in cristalli di olivina è necessaria per risalire ai contenuti originari dei volatili nel magma, in modo da definire il percorso di degassamento e vincolare le profondità di essoluzione per ciascuna componente volatile. Le concentrazioni iniziali dei volatili e le pressioni iniziali alle quali ha inizio la decompressione devono essere quindi vincolate tramite lo studio delle inclusioni vetrose. Il vulcano Mt. Etna è stato scelto come caso studio, il quale rappresenta uno dei più attivi vulcani a condotto aperto nel mondo. Specificamente, 3 episodi eruttivi caratterizzati da differente esplosività sono stati selezionati dalla recente attività post-2011, in modo da definire un intervallo di tassi di risalita associate alle differenti intensità esplosive. I recenti episodi eruttivi includono: 1) L’episodio parossistico del 19 febbraio 2013 al Nuovo Cratere di Sud Est (NSEC); 2) la violenta eruzione del 3 dicembre 2015, verificatasi al Cratere Voragine (VOR); 3) l’eruzione di fianco che ha interessato il settore sudorientale dell’edificio vulcano nei giorni 24-27 dicembre 2018. La modellizzazione della diffusione degli elementi volatili lungo gli embayments ha permesso di ricavare importanti informazioni sui tempi di degassamento indotti dalla decompressione per magmi emessi con dinamiche eruttive marcatamente distinte al vulcano Mt. Etna, partendo da condizioni fisico-chimiche molto simili. Infatti, le intense attività parossistiche al NSEC e alla Voragine sono caratterizzate da alti tassi di risalita (0.11-0.57 MPa/s), un ordine di grandezza più grande dei valori ottenuti per l’eruzione di fianco avvenuta a Natale 2018 (0.017-0-045 MPa/s). I risultati indicano un contributo cruciale delle cinetiche di degassamento sin-eruttivo nel controllo dell’intensità delle eruzioni esplosive al Mt. Etna, che generalmente sono state attribuite alla sovrappressione della camera più superficiale dovuto dall’apporto di gas proveniente dalle zone più profonde del sistema di alimentazione.